Масса электрона является фундаментальным свойством этой субатомной частицы. В этой статье блога мы углубимся в различные методы определения массы электрона, а также приведем примеры кода, демонстрирующие эти методы. Независимо от того, являетесь ли вы студентом, исследователем или просто интересуетесь тонкостями физики элементарных частиц, эта статья предоставит вам ценную информацию о массе электрона.

Метод 1: эксперимент Милликена с каплей масла
Описание: эксперимент Милликена с каплей масла — это классический метод определения заряда электрона, который затем можно использовать для расчета его массы.
Пример кода:

# Constants
oil_density = 886  # kg/m^3
gravity = 9.8  # m/s^2
oil_viscosity = 1.8E-5  # N*s/m^2
charge = 1.6E-19  # C
def calculate_electron_mass(q):
    F = (4/3) * oil_density * gravity * (radius  3)  # buoyant force
    v_terminal = (2 * q * F) / (6 * np.pi * oil_viscosity * radius)  # terminal velocity
    mass = (3 * np.pi * oil_viscosity * radius * v_terminal) / (2 * q)
    return mass
radius = 2E-6  # m
electron_mass = calculate_electron_mass(charge)
print("The mass of an electron is:", electron_mass, "kg")

Метод 2: эксперимент Томсона по e/m
Описание: эксперимент Томсона по e/m включает измерение отклонения электронов в электрическом и магнитном поле для расчета отношения массы к заряду (e/m) электрона..
Пример кода:

# Constants
B = 1.2  # Tesla
V = 2000  # Volts
d = 0.1  # meters
e_m_ratio = (2 * V) / (B  2 * d  2)
electron_mass = e_m_ratio * 1.6E-19
print("The mass of an electron is:", electron_mass, "kg")

Метод 3: циклотронная частота
Описание: метод циклотронной частоты использует взаимосвязь между магнитным полем и частотой кругового движения электрона в магнитном поле.
Пример кода:

# Constants
B = 0.5  # Tesla
e = 1.6E-19  # C
pi = 3.14159
def calculate_electron_mass(frequency):
    mass = (e * B) / (2 * pi * frequency)
    return mass
frequency = 10E6  # Hz
electron_mass = calculate_electron_mass(frequency)
print("The mass of an electron is:", electron_mass, "kg")

Метод 4: Релятивистская энергия
Описание: Этот метод предполагает использование релятивистского уравнения для энергии частицы для расчета массы электрона.
Пример кода:

# Constants
c = 3E8  # m/s
energy = 2E-13  # Joules
def calculate_electron_mass(energy):
    mass = energy / (c  2)
    return mass
electron_mass = calculate_electron_mass(energy)
print("The mass of an electron is:", electron_mass, "kg")

В этой статье мы рассмотрели несколько методов определения массы электрона. Мы рассмотрели эксперимент Милликена с каплей масла, эксперимент Э/М Томсона, метод циклотронных частот и релятивистский энергетический подход. Каждый метод дает уникальную информацию о массе электрона, а прилагаемые примеры кода демонстрируют, как можно выполнить эти расчеты. Понимая массу электрона, мы глубже понимаем фундаментальные строительные блоки нашей Вселенной.