Номер 3, страница 160, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 4. Электрический заряд. Электрическое поле. Параграф 40. Делимость электрического заряда. Электрон. Вопросы и задания - номер 3, страница 160.

Условие.

3. К камере установки в опытах Иоффе подключался вакуумный насос. Как вы думаете, зачем из камеры откачивался воздух?

Решение.

Решение

Опыты Иоффе (аналогичные опытам Милликена) проводились для определения элементарного электрического заряда — заряда электрона. Суть эксперимента заключалась в наблюдении за движением очень маленькой заряженной частицы (пылинки) в электрическом поле и поле силы тяжести. Для точного измерения необходимо было минимизировать влияние посторонних сил на эту частицу. Откачивание воздуха из камеры с помощью вакуумного насоса преследовало несколько ключевых целей.

1. Устранение сопротивления воздуха. Движущаяся в воздухе пылинка испытывает силу сопротивления, которая зависит от скорости и усложняет расчеты. В вакууме этой силой можно пренебречь, и движение частицы определяется в основном только двумя силами: силой тяжести $F_g = mg$ и электрической силой $F_e = qE$. Это позволяет значительно упростить уравнения движения и повысить точность измерений.

2. Исключение конвекционных потоков. Незначительные перепады температур внутри камеры могут вызывать движение воздуха (конвекцию). Эти потоки способны хаотично перемещать легкую пылинку, что вносит существенные погрешности в эксперимент. В вакууме конвекция отсутствует.

3. Предотвращение столкновений с молекулами воздуха. Столкновения заряженной пылинки с молекулами газов, составляющих воздух, могут изменять ее скорость и, что более важно, ее заряд. Это сделало бы результаты наблюдений недостоверными. Создание вакуума уменьшает количество таких столкновений.

4. Предотвращение электрического пробоя. Для создания сильного и однородного электрического поля между пластинами конденсатора подается высокое напряжение. При атмосферном давлении это могло бы привести к электрическому разряду (пробою) в воздухе, что нарушило бы условия эксперимента. В разреженном газе (вакууме) вероятность пробоя значительно снижается.

Ответ:

Воздух из камеры откачивался для того, чтобы минимизировать влияние посторонних факторов на движение заряженной частицы. Создание вакуума позволяет исключить сопротивление воздуха, конвекционные потоки, столкновения с молекулами воздуха и предотвратить электрический пробой. Это обеспечивает условия, при которых на частицу действуют практически только сила тяжести и электрическая сила, что необходимо для точного определения элементарного заряда.