Все мы еще со школы знаем, что электрон имеет отрицательный заряд. Но почему?
Чтобы разобраться в этом вопросе сначала нам стоит понять, почему вообще у заряда существует положительный и отрицательный знак?
Все началось еще за долго до открытия электрона. Еще в конце 18 века Бенджамин Франклин занимался изучением атмосферного электричества. И тогда он заметил, что заряженные тела могут вести себя по-разному. Он первым обратил внимание на то, что наэлектризованные тела бывают двух типов. Тогда он и предложил называть их положительными и отрицательными. Именно в этот момент и появилось это разделение зарядов на положительные и отрицательные.
Начиная с этого времени, благодаря этим знаниям, было сконструировано множество источников электрического тока. Разрабатывалось множество электрических цепей. К ним применялось описание, которое использовало понятие о положительном и отрицательном контактах, об аноде и катоде. Хотя на тот момент люди еще не понимали природу и всю глубокую физику, которая кроется в электрическом токе. Тогда не было понятия о существовании таких маленьких частицах как электроны.
Ту идею, что электрический ток создается благодаря движению маленьких частичек, у которых имеется электрический заряд, предложит Джордж Стони в конце 19 века. Именно он ввел в науку такой термин как электрон.
Экспериментально обнаружить и описать электрон удалось Джону Томсону в 1897 году. Он обнаружил, что при облучении цинкового катода ультрафиолетовым светом, с этого катода уносится отрицательный заряд. Изначально он поставил цель нахождения и определения отношения массы и заряда частиц катодного луча, которые он называл корпускулами, но позже он начал использовать термин, предложенный Стони - электрон.
Установка, которую использовал Томсон в своем опыте, называется трубка Гейсслера. Электроны, вылетающие с катода в результате электронной фотоэмиссии, ускоряются в пространстве между катодом и анодом. Далее на их пути попадаются отклоняющие пластины.
Довольно точно измерить величину заряда электрона, в опыте с поляризацией капелек масла, удалось Милликену в 1909 году. Описывать этот опыт в статье я не вижу смысла, т.к. он довольно сложный и требует немалых выкладок формул. Так же в этом опыте было доказано, что электрический заряд дискретен.
Заряд электрона является элементарным, то есть наименьшим в природе. Но это не совсем так: в физике частиц существуют такие объекты, заряд которых меньше заряда электрона, и называются они кварками. Но вот дело в том, что они не способны существовать самостоятельно. Они могут существовать только в связи друг с другом. Если вам интересна тема кварков, то прошу в комментарии. Так, например, объединение двух верхних и одного нижнего кварка дает нам протон, заряд которого по модулю равен заряду электрона. А вот электрон, на данном этапе развития науки, представляется как элементарная и неделимая частица.
Итак, подытожим: придание заряду какого-либо знака, было необходимостью. Так как заряженные тела могут вести себя по-разному. И исторические предпосылки послужили тому, что у электрона оказался отрицательный знак. Если бы Франклин в свое время определил знаки заряда иначе, то электрон тогда был сейчас положительной частицей.
Открытие электрона - это одно из самых выдающихся и значимых достижений в истории науки. Благодаря этому, стало возможным развитие множества разделов физики. Например, физика твердого тела и вытекающая отсюда физика полупроводниковых устройств, на которых сегодня работает практически все электронные девайсы вокруг нас, начиная от микроволновки у вас на кухне, заканчивая космическими аппаратами. Не забывайте оценивать статью и подписываться на канал, дальше вас ждет много интересного!