Мелликен - Иоффе тәжірибесі

Шымкент қаласы ХГТУ шымкент колледжі Физика пәнінің мұғалімі магистр Исмагулова Айгүл Жамалқызы

Сабақтың тақырыбы: Мелликен-Иоффе тәжірибесі.
Сабақтың мақсаты:
Білімділік: Әрбір студенттің және бүкіл группаның оқу материалын меңгеру деңгейін анықтау,білімдерін тексеру, студенттердің есептерді шығара білу дағдыларын дамыту және бекіту.
Дамытушылық: Ұжымдық жұмыс орындай білу дағдыларын қалыптастыру, студенттердің өздігінен ойлау, өз жетістіктерін сезінуді үйрету.
Тәрбиелік: Алған білімді күнделікті өмірмен байланыстыра отырып,пайдалана білуге, ғылымға қызығушылықтарын ояту, өз білімін ізденуге дағдыландыру.
Сабақтың көрнекілігі: Интерактивті тақта, электрометр, электростатикалық машина, тесттер, ребус, кроссворд.
Сабақтың түрі: Рольдік ойын сабағы.
Сабақтың барысы:
Бұл сабақта студенттер анықтама бюросы, ойлы орталық, экспериментатор, тарихшы болып 4-ке бөлінеді.
1. Анықтама бюросы: ол бастапқы қажетті берілгендерді айтып отырады.
Мысалы: Заряд дегеніміз не? Электростатикалық өзара әсер дегенді қалай түсінуге болады? т.б. Анықтама бюросының мақсаты түрлі анықтамалармен, энциклопедиялармен, әдебиеттермен жұмыс істеу болып табылады.
2.Ойлы орталық: Бұл орталық жоғарыда туындаған сұрақтар бойынша гипотезалар мен ғылыми ойлар, заңдылықтар ұсынады.
3.Тарихшы: <<Электр заряды>> -электрон-янтарьдың пайда болу тарихын баяндаса,Кулон заңы мен Иоффе-Милликен тәжірибелерінің маңызын тарихи тұрғыда түсіндіреді.
4.Экспериментатор: элементар бөлшектің Иоффе-Мелликен тәжірибесінің нәтижесінде анықталғанын демонстрациялайды.
Сабағымызды бастамас бұрын бой сергітіп жұмбақтар шешейік.
1. Жай көзге корінбейді,
Қозғалуға ерінбейді. (молекула)
2. Аса қажет өмірде халық үшін,
Пайдаланамын күн сайын жарық үшін. (электр шамы)
3. Өзі затты құрайды,
Теңесуге таразыны сұрайды. (масса)
4. Қозғалысқа келтіріп, жылдамдығын береді.
Өлшемдерін қарасақ Ньютонға келеді. (күш)
5. Хабар алған алыстан,
Екі өріс табысқан . (электромагниттік толқын)
6. Жоғалмайды ешқашан, түрлендірсең егерде
Басқа күйге ауысса, жұмыс істейді әрқашан. (энергия).
7. Жердің жүзін шарлайсың,
Онсыз еш жерге бармайсың.
Көлікпен де, жаяу да,
Саралайсың, таңдайсың. (Жол)
8. Қозғалыста сипаттар шапшаңдықты,
Тағы да бір белгісіз шама шықты.
Ол болмаса денелер қозғалмайды,
Шешеді бұл жұмбақты қандай мықты? (Жылдамдық)
Осымен физикалық ұғымдарға байланысты жұмбақтар аяқталды. Ал енді анықтама бюросынан өзімізге керекті анықтаманы алайық.
1. Электр заряды, электр зарядының сақталу заңы, электростатиканың негізгі заңы. Денелердің бәрі ұсақ, одан да ұсақ бөлшектерге бөлуге келмейтін, элементар бөлшектер д.а. бөлшектерден тұратынын білеміз. Барлық денелердің массасы бар, сондықтан олар бір-біріне бүкіл әлемдік тартылыс заңы бойынша тартылады. Егер бөлшектер бірімен-бірі ара қашықтықтарының артуына қарай баяу кемитін және бүкіл әлемдік тартылыс күшінен көптеген есе асып түсетін күшпен өзара әсерлесетін болса, онда бұл бөлшектердің электр заряды бар деп атайды. Ал бөлшектердің өздері зарядталған д.а. Электр зарядтарының екі таңбасы болады. Барлық атомдық ядролардың құрамына кіретін элементар бөлшектердің протондардың зарядын оң зарядтар деп, ал электрондардың зарядын теріс зарядтар деп атайды.
Қоршаған ортаның денелерімен әрекеттеспейтін денелер жүйесін оқшауланған немесе тұйықталған деп атайды. Бұл жүйедегі электрлену құбылысы электр зарядының сақталу заңына бағынады. Тұйық жүйеде барлық бөлшектер зарядтарының алгебралық қосындысы өзгеріссіз қалады. Егер бөлшектердің зарядтарын q1, q2, ...., qnарқылы белгілесек, онда q1+q2+q3+....+qn=const. Әлемдегі электр заряды сақталады. Әлемнің толық заряды нолге тең деуге болады. Себебі оң зарядталған элементар бөлшектердің саны теріс зарядталған элементар бөлшектер санына тең. Тыныштықтағы екі нүктелік зарядталған денелердің өзара әсерлесу заңы - электростатиканың негізгі заңы. Бұл заңды 1785 жылы Шарль Огюстен Кулон тағайындады. Сондықтан электростатиканың негізгі заңы оның атымен Кулон заңы д.а. Қозғалмайтын зарядталған екі нүктелік дененің вакуумдағы өзара әсерлесу күші олардың зарядтарының модульдерінің көбейтіндісіне тура пропорционал және ара қашықтықтың квадратына кері пропорционал болады. Бұл күшті кулондық күш д.а. F=kq1+q2r2.
2. Зарядталған элементар бөлшектердің электрондар мен протондардан басқа тағы бірнеше түрі бар. Алайда тек протондар мен электрондар ғана еркін күйде шексіз ұзақ уақыт өмір сүре алады. Зарядталған басқа бөлшектер секундтың миллионнан бір үлесіндей ғана уақыт өмір сүреді. Олар шапшаң элементар бөлшектер соқтығысқан кезде туады да, сәл ғана уақыт өмір сүргеннен кейін ыдырап, басқа бөлшектерге айналады. Электр заряды жоқ бөлшектерге нейтрон жатады. Нейтрондар протондармен бірге атом ядросының құрамына кіреді. Зарядталған денелерді электрометр деп аталатын аспаппен анықтаймыз. Зарядталған күйде электрометрдің тілі вертикаль орналасады. Егер зарядталған денемен электрометр таяқшасы жанасатын болса, онда оған және электрометр тіліне зарядтың белгілі бір бөлігі өтеді де,тіл ауытқиды. Мұндай ауытқу электрометр оң және теріс зарядталғанда да байқалады. Электрометр көмегімен дененің электрлену дәрежесін,яғни заряд мөлшерін анықтауға болады. Егер денеде бір таңбалы зарядты элементар бөлшектердің саны басым болса, онда макроскопиялық дене электрлі зарядталған болады. Дененің теріс зарядты болуы электрондардың протондарға қарағанда басым екеніне байланысты, ал оң зарядты болуы керісінше, электрондардың жетіспейтіндігімен байланысты. Элементар бөлшектерде электр зарядының бар болуы олардың бір-бірімен Кулон заңы бойынша өзара әсерлесетінін көрсетеді. Жіпке асылған, зарядталған екі шардың біріне-бірі тартылатынын, не тебілетінін оңай бақылауға болды. Бұдан мынадай қорытынды шығады қозғалмайтын зарядталған екі нүктелік дененің өзара әсер күштері сол денелерді қосатын түзудің бойымен бағытталады.
3. <<Электр заряды>> -электрон-янтарьдың пайда болу тарихына тоқталатын болсақ, біздің заманымыздан 2500 жыл бұрынақ янтарьды жүнге үйкегенде, янтарьдың басқа заттарды өзіне тарту қасиеті артатындығы байқалған. XVI ғасырда ағылшын дәрігері Гильберт шыны, шайыр, күкірт т.б. заттардың бойында үйкелістің нәтижесінде <<бір нәрсе>>, жаңа қасиет-басқа заттарды өзіне тарту қасиеті пайда болады деген екен. Осы <<бір нәрсе>> электр немесе электр заряды деп аталады. Электр деген сөз гректің <<электрон>> (янтарь) деген сөзінен шыққан. Зарядтардың түрлерін ажырату үшін Франклин 1747 жылы электр зарядтарының екі түрі болатындығы туралы пікір қозғады. Ол шыны таяқшаны жібекпен үйкегенде пайда болатын электр зарядын оң заряд деп, ал эбонит таяқшаны жүн матаға үйкегенде пайда болатын зарядты теріс заряд деп атауды ұсынды. 1672 жылы неміс ғалымы О.фон Герикенің кітабы шықты. Ол онда электр машинасымен жүргізілген тәжірибені сипаттады. Бұл машина айналатын темір оське орнатылған күкірттен жасалған шардан тұрады. Айналатын шарды құрғақ алақанмен сүрте отырып, электрлік эффектілерді күшейтуге болады. Герике жеке жағдайларда жеңіл денелер электрленген шарға тартылып қана қоймай, одан тебілетінін де байқады.
XVIII ғасырдың ортасында зарядтардың өзара әрекеттесу заңы бүкіл әлемдік тартылыс заңына ұқсас деген пікрлер айтыла бастады. Осы пікірдің дұрыстығын 1785 жылы француз ғалымы Кулон дәлелдеді. Ол өте сезімтал таразы алып, сол арқылы екі зарядтың қалай әрекеттесетінін анықтады. Бұл таразы <<иірілмелі таразы>> деп аталды. Ол серпінді жіңішке сымға асылған шыны таяқшадан тұрды. Таяқшаның екі ұшына бірін-бірі теңгеріп тұратын шар ілінді. Иірілмелі таразы зарядталған шарлардың өзара әсер күшін, ара қашықтығын тексеру мүмкіндігін берді.
XX ғ. басында яғни 1906-1916 жылдары орыс ғалымы Абрам Федорович Иоффе мен американдық ғалым Роберт Милликен электр зарядын өлшеуге байланысты тәжірибе жасады. Олар электр зарядының бөліну шегі бар, әрі қарай бөлінбейтін ең аз теріс заряды бар бөлшек электрон деп аталады деген қорытындыға келді. Электронның электр заряды элементар заряд деп аталады. Электрон заряды теріс және оны е әрпімен белгілейді:е = - 1,6 * 10-19 Кл, m=9,1*10-31 кг. Заряд шамасының өлшем бірлігі ретінде 1 Кулон ( 1Кл) алынған.
4. Абрам Федорович Иоффе мен Роберт Милликен элементар бөлшектердің бар екенін және олардың зарядын тәжірибе жүзінде анықтады. Ғалымдар тәжірибені мына қондырғымен жүргізді. Суретте қондырғының схемасы берілген. Ауасы жоғарғы вакуумға дейін сорылған, жабық ыдыста екі металл пластина орналасқан. А камерасынан О тесік арқылы мырыш ұнтағын жібереді. Бұл ұнтақтарды микроскоп арқылы бақлап отырған. Мырыштың ұнтағы теріс зарядталған деп жорамалдайық, ауырлық күшінің әсерінен ол төмен түседі. Бірақ ұнтақты ауырлық күшіне қарамай ауада ұстап тұраламыз деді Иоффе, егер пластиналарды оң және теріс етіп зарядтап қойсақ. Бұл жағдайда зарядталған пластиналар арасындағы мырыш ұнтағына ауырлық күшімен қатар электр күшіде әсер етеді. Егер ауырлық күші электр күшіне тең болса, онда ұнтақ тепетеңдік қалпында ауада қалықтап тұрады. Тепетеңдік қалпында тұрған мырыш ұнтағына ультракүлгін сәулемен әсер еткенде, оның заряды азайып, ол құлай бастайды. Себебі ұнтаққа әсер етіп тұрған электр күші азайды. Бұл процесті бірнеше рет қайталап ғалым мынадай қорытындыға келеді: ұнтақ заряды үнемі екі зарядқа кеміп отырған. Соңында ұнтақ заряды зат бөлігімен кетеді. Бұдан табиғатта ең кіші одан әрі бөлінбейтін заряд шығады. Ол электрон. Ағылшын ғалымы Роберт Милликен тәжірибені май тамшыларымен жүргізді. Ол май тамшыларының электр өрісінде қозғалыс жылдамдығын өлшей келе, электрон зарядын анықтай білді.
Қорытынды:
1. Кез келген дене молекуладан, ал ол өз кезегінде элементар бөлшектерден тұрады.
2. Элементар бөлшектердің бір емес, бірнеше түрі бар. Пратон, нейтрон, электрон.
3. Элементар бөлшектің Мелликен-Иоффе тәжірибесі нәтижесінде заряды анықталды. е=1.6x10-19Кл, заряды теріс.

Осымен сабағымыз аяқталды, уақыт бөліп келгендеріңізге алғыс білдіреміз.