十九世紀的科學界正流行一個神奇的電力裝置「陰極射線管」。

1858年，

德國物理學家普呂克在一根密封的玻璃管兩端

各接上一金屬板作為電極，

用抽氣機將玻璃管內壓力抽至接近真空，

並在兩電極接上高壓的直流電源。

普呂克想要觀察真空管中氣體的放電過程。

當開啟開關後真空管開始發出光芒，

並且出現明顯的光束軌跡。

科學界對此一放電現象十分感興趣，

並且想要知道這些光束究竟是什麼造成的？

由於這束光是由陰極射向陽極，

所以當時科學家們將這道從陰極射出的光束，

稱之為「陰極射線」。

這根通電後會發光的管子

在之後引發了科學界許多的討論與相關研究，

對於陰極射線本質到底是波還是粒子產生了極大的爭論。

為了證實自己的假設正確，

科學家們做了大量的實驗來證實自己的論點，

其中以主張陰極射線是波的德國學派、

以及主張陰極射線是粒子的英國學派最為有名。

兩方人馬紛紛努力找尋支持自己論點的證據，

在這段時間裡他們發現了許多現象。

其中英國學派的JJ湯姆森思考著粒子跟波最大的差別，

就是粒子具有體積和質量。

為了要證明陰極射線管內的光束是粒子，

JJ湯姆森做了許多的實驗。

首先我們看到第一個實驗。

我們設置一障礙物，

放置在陰極射線經過的路徑中，

其管壁上塗有螢光物質，

被障礙物遮蔽的地方，

因不會發光而相對形成陰影，

由此可證明陰極射線為直線傳播。

緊接著我們進行第二個實驗。

這次我們把小風車放置在陰極射線經過的路徑中，

會發現其小風車會因為陰極射線的撞擊而造成轉動，

由此可證明陰極射線為粒子流。

再來我們看到第三個實驗。

此時我們在陰極射線的管外面加上一個磁場，

發現陰極射線在磁場中有特定的偏向。

除了磁場外，

我們在陰極射線的管外面加上一個電場，

發現陰極射線會因為受到正極的吸引而產生偏向，

由此可以證明陰極射線所帶的電荷是負電。

更進一步透過陰極射線在磁場和電場中的偏轉，

可推算出此粒子電荷量與其質量的比值，

也就是俗稱的荷質比，

得知電子的荷質比為 1.76乘10的8次方 庫侖每克。

最後第四個實驗。

我們發現不論如何改變放電管中的氣體種類和陰極的材料，

陰極射線的性質都不會改變，

證明「這個帶負電的粒子應該是所有原子之基本粒子」。

由以上的實驗，

JJ湯姆森將這個陰極射線裡面的負電粒子稱之為「電子」，

而電子的發現也讓湯姆森得到了1906年的諾貝爾物理獎。

而1909年美國的密立坎設計了油滴實驗，

測得了電子的電量。

油滴實驗的裝置是在兩塊平行排列的金屬板通電，

建立一個均勻電場。

金屬板上有小孔，

利用噴霧器在金屬板上方噴出細小油滴，

這些油滴從金屬板的小孔落下時，

吸附由X射線照射兩極間之氣體所產生的

氣態陽離子或自由電子，

使油滴帶正電荷或負電荷；

此時帶負電的油滴受到兩個方向的力，

一是向上的靜電力、

一是向下的重力，

透過調整電場的強弱，

使帶負電的油滴所受之電力與重力相等達兩力平衡，

此時油滴靜止或是等速運動（在此忽略空氣阻力）。

我們就可以得到：

靜電力等於電荷q乘電場強度E；

重力等於質量m乘重力加速度g；

當油滴靜止或等速運動時，

靜電力等於重力（qE等於mg），

只要把已知的電場E移項，

就可得到油滴的電荷

q等於 mg除以E。

實驗結果發現：

任何帶電量q都是基本電量e的整數倍。

透過最大公因數，

我們就可以得到電子的基本電量

e等於 1.6乘10的負19次方 庫侖。

由湯姆森的陰極射線所算出來的荷質比，

m分之e 等於 1.76乘10的8次方 庫侖每克，

和密立坎的油滴實驗所算出的基本電量

e等於 1.6乘10的負19次方 庫侖，

把基本電量代入荷質比中，

可得電子質量m等於 9.1乘10的負28次方 克。

讓我們來總結一下這支影片的學習內容。

由湯姆森的陰極射線實驗和密立坎的油滴實驗，

不但證明了電子的存在，

並且算出了電子質量比道耳頓的原子質量還小上許多，

由此可知原子不是最小的粒子，

其中有電子的存在。

電子的出現被稱為十九世紀末的大發現，

這個世界上最輕的粒子，

讓科學家們更接近了電的本質，

並且也打破了當初道耳頓的原子說中「原子不可被分割」的鐵則，

讓世人開啟了更多原子內部的想像空間。

想問大家原子內部除了有電子還有其他哪些粒子呢？

那電子就是世上最小的粒子了嗎？

歡迎留言告訴我們你的答案哦！

下次見囉，

bye bye