Номер 1, страница 136 - гдз по физике 8 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 8. Строение атома. Элементы классической электронной теории. Параграф 37. Электронная проводимость металлов. Вопросы - номер 1, страница 136.

Условие.

1. Какой опыт доказывает, что свободными носителями заряда в металлах являются электроны?

Решение.

1. Существует несколько классических опытов, доказывающих, что свободными носителями заряда в металлах являются электроны. Наиболее прямыми и убедительными являются опыты по изучению инерции носителей заряда.

Самый известный из них — опыт американских физиков Ричарда Толмена и Томаса Стюарта, проведенный в 1916 году. Несколькими годами ранее, в 1913 году, аналогичные по идее, но более сложные в исполнении эксперименты были проведены российскими учеными Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси.

Суть опыта Толмена-Стюарта заключалась в следующем:
1. Катушку с большим количеством витков тонкой медной проволоки раскручивали до большой угловой скорости, а затем резко тормозили до полной остановки.
2. В момент резкой остановки катушки свободные носители заряда (предположительно, электроны) внутри проволоки, обладая массой, по инерции продолжали свое движение на короткое расстояние. Тяжелые ионы кристаллической решетки металла, в свою очередь, останавливались вместе с проволокой.
3. Это кратковременное упорядоченное движение свободных зарядов представляло собой импульс электрического тока, который регистрировался с помощью чувствительного баллистического гальванометра, подключенного к концам катушки.
4. Измерив полный заряд $\text{Q}$, прошедший через цепь гальванометра, и зная начальную линейную скорость провода $\text{v}$ и другие параметры катушки, ученые смогли рассчитать удельный заряд носителей тока — отношение их заряда к массе ($q/m$).

Результат измерений показал, что удельный заряд носителей в металле отрицателен, а его значение с высокой точностью совпало с уже известным на тот момент удельным зарядом электрона $e/m_e \approx 1.76 \cdot 10^{11}$ Кл/кг, определенным Дж. Дж. Томсоном в опытах с катодными лучами. Это стало неопровержимым доказательством того, что электрический ток в металлах создается движением свободных электронов.

Также доказательством электронной природы проводимости металлов служит эффект Холла. Знак возникающей в проводнике с током в магнитном поле поперечной ЭДС (ЭДС Холла) напрямую зависит от знака носителей заряда. Для большинства металлов он отрицателен.

Ответ: Эксперименты, доказывающие, что носителями заряда в металлах являются электроны, основаны на явлении инерции носителей заряда (опыты Толмена-Стюарта и Мандельштама-Папалекси). В этих опытах было измерено отношение заряда к массе ($q/m$) носителей тока, которое оказалось равным удельному заряду электрона.