Elektronun keşfi sürecinde, kimi muhtemelen hatalı, farklı şekillerde uygulanmış bir deneydir. Deneyin tarihçesine çok değinmeyeceğim.
Bu deneyin sürecindeki en önemli ilk noktası bana göre 1879'da William Crookes tarafından yapılan gözlemdir. Zaten o zamana kadar keşfedilmiş katot ışın tüpündeki (ilerleyen kısımlarda CRT diyeceğim) elektronlardan kaynaklı görünen ışının manyetik alan etkisi altında yönünü değiştirmesi, bükülmesidir bu gözlem. Bunu en iyi şu video gösteriyor:
Tüpe kuzey kutbu yaklaştırılıyor, dolayısıyla mıknatıstan tüpe doğru bir manyetik alan mevcut. Bunu aklımızda tutalım.
Kuzey kutbu tüpe yaklaştırıldıkça ışının aşağı doğru saptığını görebilirsiniz. Bunu da yine basit fizik bilgisiyle, sağ el kuralıyla, açıklayabiliriz:
Elektrik alan deneyini daha sonra tekrarlayan Thomson, muhtemelen Hertz'ten daha iyi bir kurulumla deneyi yaptığı için doğru sonuca ulaşmıştır. Thomson, bu tüpün alt ve üstüne paralel alüminyum plakalar yerleştirip elektrik alanın yönüne göre ışının sapmasını inceledi. Üst taraftaki plaka negatif olduğu zaman ışın aşağı, alttaki negatif yüklü olduğu zamansa ışın yukarı doğru sapmıştı, hatta bu sapma elektrik alanın büyüklüğüyle doğru orantılı olarak değişmekteydi. Bu da önceki deneyin sonuçlarını doğrular şekilde ışının negatif yüklü tanecikler tarafından oluşturulduğunu kanıtlar niteliktedir.
Thomson bu deney ve sonuçları sayesinde kendi isimlendirdiği elektronun kütlesinin yüküne oranını hesaplayabildi. Bir atoma göre yaptığı kıyaslamada da elektronun kütlesinin bir hidrojen iyonunun 1/1836'sı kadar olduğunu hesapladı. Elektronun en küçük atomdan 1000 kat daha hafif olduğunun bu hesabı da katot ışınlarının metal plakaları nasıl delebildiğini ve elektrik akımın bakır tellerden nasıl akabildiğini açıklayıcı niteliktedir. Kütle/yük oranını türeterek elektronun hızını da hesaplayan Thomson ışık hızının 1/10'i gibi bir değere ulaşmıştır. Bu da onu o dönemki bilinen en küçük ve hızlı madde yapmıştır.
Buraya kadar bahsettiğim CRT; televizyonlarda, monitörlerde hatırladığımız CRT'den başkası değil. Aynı elektron tabancası sistemi bu monitörlerde de kullanılmaktaydı. Bu yüzden bu kadar kalın ve hantallardı. Birisinin içinin örneğini aşağı koyuyorum görmeyen varsa diye.
Belki yaşayanınız vardır, bazen bu televizyonlarda renklerde kayma olurdu. Böyle durumlarda bir mıknatıs yardımıyla ekranda renklerin yerini resmen değiştirebilirdiniz. Küçükken çok kez yaptığım ve açıkçası eğlendiğim bir şeydi
Bu deneyin sürecindeki en önemli ilk noktası bana göre 1879'da William Crookes tarafından yapılan gözlemdir. Zaten o zamana kadar keşfedilmiş katot ışın tüpündeki (ilerleyen kısımlarda CRT diyeceğim) elektronlardan kaynaklı görünen ışının manyetik alan etkisi altında yönünü değiştirmesi, bükülmesidir bu gözlem. Bunu en iyi şu video gösteriyor:
0.00 - 0.53:
Videonun ilk kısımlarında bir CRT bize tanıtılıyor. Tüpün ortasında gördüğünüz ışın elektronlar tarafından oluşturulmuş olup tüp içindeki argon gazının varlığı sayesinde görünebilir bir durumda. Ayrıca belki de böyle bir ışının neden normal koşullarda da bir miktar aşağı sapmadığını düşünebilirsiniz. Elektronlar çok hızlı olduğu için hele o kadar kısa bir mesafade böyle bir sapma gözlenemez olduğu gibi yer çekimi de göz ardı edilebilir durumda.0.53 - 2.27:
İlerleyen dakikalarda tüpe bir mıknatıs yaklaştırıldığını görüyoruz. Ortaokul bilgimizi hatırlayalım. Manyetik alan çizgileri mıknatısın kuzey kutbundan dışarı, güney kutbundan içeri doğru yönelmekteydi.
Tüpe kuzey kutbu yaklaştırılıyor, dolayısıyla mıknatıstan tüpe doğru bir manyetik alan mevcut. Bunu aklımızda tutalım.
Kuzey kutbu tüpe yaklaştırıldıkça ışının aşağı doğru saptığını görebilirsiniz. Bunu da yine basit fizik bilgisiyle, sağ el kuralıyla, açıklayabiliriz:
- Öncelikle ışının gittiği yönü sağ elimizin 4 parmağıyla gösteriyoruz.
- 4 parmağımızın gösterdiği yönü bozmadan avuç içimiz manyetik alan çizgilerinin yönünü gösterecek şekilde elimizi tutuyoruz.
- Şimdi elimizin duruşunu bozmadan 4 parmağımızı avuç içimize boğru büküyoruz.
- Son haliyle
yapan elimizin baş parmağı bize istediğimiz yönü göstermeli.
2.27 - 4.03:
Bir yandan videoyu izleyip bir yandan da dediklerimi denediyseniz, ve gerekli fizik bilgisine sahip değilseniz biraz şaşkınlığa düşmüş olabilirsiniz. Çünkü her şeyi doğru yapmanız sonucunda elde edeceğiniz yön videoda görülenin tam tersi olacaktır. Neden? Çünkü az önce uyguladığımız sağ el kuralı pozitif yüklü tanecikler için geçerli. Crookes buraya kadar gelip ışının sağ el kuralının zıttı yönünde saptığını görünce ışını oluşturan taneciklerin negatif yüklü olduğunu rahatlıkla tahmin edebilmişti.Videodan bağımsız:
Bu aşamadan sonra ışını oluşturan "şey"in ne olduğu konusunda fikir ayrılığına düştü bilim insanları. 1880'lerin sonlarına doğru çoğu Fransız ve İngiliz fizikçi bu ışınların elektrik yüklü parçacıklar tarafından oluşturulduğunu düşünüyorlardı. Çoğu Alman fizikçi ise ışının dalgalar tarafından oluşturulmuş olması gerektiğini düşünüyor, buna sebebdüz çizgiler halinde yol alıp yer çekiminden etkilenmemesini gösteriyorlardı. Bu ışınların ne olduğunu anlamak için elektrik alandan etkilenip etkilenmediğini denemek isteyen Heinrich Hertz yaptığı deneyde ışınların elektrik alandan etkilenmediğini raporladı. Bu sonuç, şu anda bildiğimizin aksine bir sonuçtur ve yanlıştır.Elektrik alan deneyini daha sonra tekrarlayan Thomson, muhtemelen Hertz'ten daha iyi bir kurulumla deneyi yaptığı için doğru sonuca ulaşmıştır. Thomson, bu tüpün alt ve üstüne paralel alüminyum plakalar yerleştirip elektrik alanın yönüne göre ışının sapmasını inceledi. Üst taraftaki plaka negatif olduğu zaman ışın aşağı, alttaki negatif yüklü olduğu zamansa ışın yukarı doğru sapmıştı, hatta bu sapma elektrik alanın büyüklüğüyle doğru orantılı olarak değişmekteydi. Bu da önceki deneyin sonuçlarını doğrular şekilde ışının negatif yüklü tanecikler tarafından oluşturulduğunu kanıtlar niteliktedir.
Thomson bu deney ve sonuçları sayesinde kendi isimlendirdiği elektronun kütlesinin yüküne oranını hesaplayabildi. Bir atoma göre yaptığı kıyaslamada da elektronun kütlesinin bir hidrojen iyonunun 1/1836'sı kadar olduğunu hesapladı. Elektronun en küçük atomdan 1000 kat daha hafif olduğunun bu hesabı da katot ışınlarının metal plakaları nasıl delebildiğini ve elektrik akımın bakır tellerden nasıl akabildiğini açıklayıcı niteliktedir. Kütle/yük oranını türeterek elektronun hızını da hesaplayan Thomson ışık hızının 1/10'i gibi bir değere ulaşmıştır. Bu da onu o dönemki bilinen en küçük ve hızlı madde yapmıştır.
Buraya kadar bahsettiğim CRT; televizyonlarda, monitörlerde hatırladığımız CRT'den başkası değil. Aynı elektron tabancası sistemi bu monitörlerde de kullanılmaktaydı. Bu yüzden bu kadar kalın ve hantallardı. Birisinin içinin örneğini aşağı koyuyorum görmeyen varsa diye.
Belki yaşayanınız vardır, bazen bu televizyonlarda renklerde kayma olurdu. Böyle durumlarda bir mıknatıs yardımıyla ekranda renklerin yerini resmen değiştirebilirdiniz. Küçükken çok kez yaptığım ve açıkçası eğlendiğim bir şeydi
