Автор Тема: Как микрометром измерить заряд электрона  (Прочитано 922 раз)

0 Пользователей и 1 Гость просматривают эту тему.

Оффлайн doroshev vp

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 5
  • Репутация: +0/-0
    Измеряя удлинение  железной (или титановой) проволоки  Δl  (l – длина, d - диаметр), растягиваемой весом p = mg груза, массой  m, можно рассчитать   величину элементарного  заряда (Рис.1) http://samlib.ru/img/d/doroshew/ris/din.jpg.
    В соответствии с законом Гука  механическое напряжение σ =4p/πd2 в проволоке пропорционально деформации ξ=Δl/l:
σ= Eξ,
где, Е - модуль Юнга.
   В каждой ячейке кристаллической решётки металла  проволоки механическому давлению
σ= 4mg/πd2, (1)
противодействуют    приращение кулоновских сил Δf иона железа с   «газом» свободных электронов (Рис.2 Объёмно-центрированная кубическая решётка железа или титана) http://samlib.ru/img/d/doroshew/ris/cr3.jpg
σ1 = Δf/s (2),
   где, s =  a2/2 – половина площади основания ячейки кристаллической решётки (поскольку у атома металла два свободных электрона);  a =  2,86*10-10 , м - постоянная кристаллической решётки.
    Ионы кубической решётки металла (Рис.2) взаимодействуют со свободными электронами на расстояниях от a/2 до a√3/2.
    Величину Δf определим, как   приращение  сил Кулона при растяжении на величину ξ = da/a
Δf = 2 k e2ξ/(a/2)2
,
где,  k = 9*109  Нм2 / Кл2– коэффициент пропорциональности; e, Кл – заряд электрона.
    Можно показать (взяв интеграл функции x-2 в пределах x = 1 …√3 и разделив на диапазон изменения  абсцисс), что среднее значение Δf  составит
Δfср = 0,57 *Δf  = 4,59 k e2ξ/a2.
   Поскольку  (2) σ1 = 2Δfср / a2, получим
σ1=9,18 k e2ξ/a4
   Используя σ1 = σ и равенство (1), найдём заряд электрона
e = a2 (1,74g/kπ)0,5(m/ξd2)0,5 = 20,01*10-25(m/ξd2)0,5.
   При l =1м,  m = 1 кг,  d = 1мм , получаем
e = 6,32 *10-19/Δl0,5  = 1,69* 10-19, Кл,
где,  Δl = 14  – удлинение отожжённой железной проволоки, измеряемое  в  сотых  долях миллиметра (цена деления шкалы  микрометра макета Рис.1).
  Вывод. 1.Возможно косвенное измерение заряда электрона простыми механическими средствами.
2. Проведя измерение в лабораторных условиях  при использовании титановой проволоки можно получить  повторяемость результата, поскольку разброс значений модуля Юнга титана около 1%.


Оффлайн djsvarnoiy

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 12 031
  • Репутация: +96/-14
  • Пол: Мужской
    • E-mail
А что такое заряд в принципе?

Оффлайн doroshev vp

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 5
  • Репутация: +0/-0
А что такое заряд в принципе?
Заряд (физика)
Эта статья — о понятии заряда в самом общем физическом смысле. О заряде, связанном с электрическими явлениями см. Электрический заряд; о других значениях см. Заряд (значения).
В физике понятие заря́д используется для описания нескольких физических величин, таких как электрический заряд в электромагнетизме или цветовой заряд в квантовой хромодинамике. Все эти заряды связаны с сохранением квантовых чисел.

Формальное определение
В более абстрактном смысле заряд является некоторым генератором непрерывной симметрии исследуемой физической системы. Если физическая система обладает какой-либо симметрией, то по теореме Нётер следует существование сохраняющегося тока. Субстанция, которая «течёт» в этом токе, является «зарядом», который является генератором (локальной) группы симметрии. Этот заряд иногда называют зарядом Нётер.

Так, например, электрический заряд является генератором U(1) симметрии электромагнетизма. Сохраняющийся ток есть электрический ток.

В случае местной, динамической симметрии, любой заряд связан с калибровочным полем, а при квантовании калибровочное поле становится калибровочным бозоном. По теории заряды «излучают» калибровочные поля. Например, калибровочным полем электромагнетизма является электромагнитное поле, а калибровочным бозоном является фотон.

Иногда слово «заряд» используется как синоним «генератора», при этом подразумевается генератор симметрии. Точнее, если группа симметрии является группой Ли, то заряд понимается как соответствие системе корней группы Ли; дискретность системы корней соответствует квантованию заряда.вной симметрии исследуемой физической системы.https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/1794942

Оффлайн djsvarnoiy

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 12 031
  • Репутация: +96/-14
  • Пол: Мужской
    • E-mail
Круто :shocked:
А своими словами... Есть что сказать?

Оффлайн djsvarnoiy

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 12 031
  • Репутация: +96/-14
  • Пол: Мужской
    • E-mail
    Измеряя удлинение  железной (или титановой) проволоки  Δl  (l – длина, d - диаметр), растягиваемой весом p = mg груза, массой  m, можно рассчитать   величину элементарного  заряда (Рис.1)
..
А для резинки тоже можно расчитать?

Оффлайн doroshev vp

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 5
  • Репутация: +0/-0
А для резинки тоже можно расчитать?
  Не знаю.
  Удалось лишь для одного вида кристалла.

Оффлайн doroshev vp

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 5
  • Репутация: +0/-0
Круто :shocked:
А своими словами... Есть что сказать?
Своими словами давать определение фундаментального понятия?
 Шутите?
 Это всё равно, что своими словами пересказать стихотворение Пушкина.

Оффлайн Константин Резников

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 6 339
  • Репутация: +47/-36
  • Пол: Мужской
  • We will rock you
    • E-mail
Т.е., если мы измерим Вашим методом заряд электрона в деревянной проволоке, то там он (заряд) будет иным? И, получается, что заряд электрона величина вариативная? А также, почему именно электрона? Потому, что   применили k = 9*109  Нм2 / Кл2– коэффициент пропорциональности; e, Кл – заряд электрона? НО, применив известное значение k = 9*109 , не кажется ли Вам, что лошадка бегает по кругу и в уме круги считает?

Оффлайн djsvarnoiy

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 12 031
  • Репутация: +96/-14
  • Пол: Мужской
    • E-mail
Своими словами давать определение фундаментального понятия?
 Шутите?
 Это всё равно, что своими словами пересказать стихотворение Пушкина.
Понятно, - тут гипотез Вы не измышляете

Оффлайн djsvarnoiy

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 12 031
  • Репутация: +96/-14
  • Пол: Мужской
    • E-mail
  Не знаю.
  Удалось лишь для одного вида кристалла.
yess

Оффлайн Унжаков

  • Магистр
  • ****
  • Сообщений: 279
  • Репутация: +4/-0
А что такое заряд в принципе?
 
Заряд элементарный  е=1,6022E-19  к=а*сек
Элементарный электрический заряд – это способность электрона формировать в своей окрестности электрическую модификацию внешнего поля, а также взаимодействовать с аналогичным полем, созданным другими электрическими зарядами. 
Поле электрической активности это векторный поток биполейЭ (биполей, активированных по электрической составляющей), продуцируемый элементарным электрическим зарядом.
Дивергенция электрона Dive= е²/ε₀sеИв  = 4,3906E+47  1/сек
Элементарный импульс   Ив =Кm*с = 2,2102E-42   кг*м/сек
Сечение электрона   sе = π r² = 2,9876E-33  м²
Радиус электрона   rе   = 3,0838E-17  м
Электрическая постоянная    ε₀=e²/Dive*sе*Ив= ε₀=1/µ0/c² =8,8542E-12 к²/н/м²=ф/м

Оффлайн doroshev vp

  • Новичок
  • *
  • Сообщений: 5
  • Репутация: +0/-0
Т.е., если мы измерим Вашим методом заряд электрона в деревянной проволоке, то там он (заряд) будет иным? И, получается, что заряд электрона величина вариативная?
Если вы создадите верную электрическую модель упругости дерева (или любого другого твёрдого материала), то получите ту же величину заряда электрона.
 Мне удалось построить верную электрическую модель кубического кристалла метала. Поэтому и совпали первые цифры справочного  значения элементарного заряда (он же является и зарядом элементарной частицы электрон).
Потому, что   применили k = 9*109  Нм2 / Кл2– коэффициент пропорциональности; e, Кл – заряд электрона?
В системе СИ в законе Кулона есть этот коэффициент.
НО, применив известное значение k = 9*109 , не кажется ли Вам, что лошадка бегает по кругу и в уме круги считает?
   Не кажется.
 Все выкладки выполнены  строго.
 Порочного круга нет.
   Законы Гука и Кулона одинаково хорошо работают, как в макро-, так и микромире.

Оффлайн djsvarnoiy

  • Эксперт
  • *****
  • Сообщений: 12 031
  • Репутация: +96/-14
  • Пол: Мужской
    • E-mail
 
Заряд элементарный  е=1,6022E-19  к=а*сек
Элементарный электрический заряд – это способность электрона формировать в своей окрестности электрическую модификацию внешнего поля, а также взаимодействовать с аналогичным полем, созданным другими электрическими зарядами. 
Поле электрической активности это векторный поток биполейЭ (биполей, активированных по электрической составляющей), продуцируемый элементарным электрическим зарядом.
Дивергенция электрона Dive= е²/ε₀sеИв  = 4,3906E+47  1/сек
Элементарный импульс   Ив =Кm*с = 2,2102E-42   кг*м/сек
Сечение электрона   sе = π r² = 2,9876E-33  м²
Радиус электрона   rе   = 3,0838E-17  м
Электрическая постоянная    ε₀=e²/Dive*sе*Ив= ε₀=1/µ0/c² =8,8542E-12 к²/н/м²=ф/м
Каков механизм отталкивания электронов между собой и такое же притяжение, в зависимости от спина...?