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Tolman-Experiment

Physik

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Basiswissen


Im Jahr 1916 zeigte der US-amerikanische Physiker Richard Chace Tolman (1881 bis 1948), dass Elektrizität aus frei beweglichen Ladungsträgern mit einer trägen Masse bestehen.[1] Die Grundidee war es, einen Metallstab so schnell zu beschleunigen, dass die freien Elektronen aufgrund ihrer Trägheit zu einem Ende des Stabes tendieren. Alternativ könne man, so Tolman, auch eine Metallscheibe sehr schnell (bis 5000 U/min) rotieren lassen. Die freien Elektronen müssten dann aufgrund der Zentrifugalkraft nach außen geschleudert werden. Beide Effekte führen dazu, dass Elektronen von einem Ort weg hin zu einem anderen Ort wandern, was zu einer messbaren elektrischen Spannung führen müsste.[2][4] Gleichzeitig konnte Tolman eine konkurrierende Theorie des Physikers J. J. Thomson zurückweisen.[3] Siehe auch Elektronenmasse ↗

Fußnoten


  • [1] "The modern theories of electricity have led to the belief that the passage of an electric current through a metal really consists in the progressive motion of 'free' electrons contained in the body of the metal itself. If this be true we may now expect a number of effects arising from the mass of these electons which were not predictable on the basis of older theories which thought of electricity as a sort of intangible massless fluid. As examples of such effects, we should expect the rear end of an accelerated rod of metal to become negativeley charged owing to the lagging behind of the relatively mobile electrons which the metal contains, and should expect the periphery of a rotating disk to become negatively charged owing to the action of centrifugal force on the electrons in the disk. Such effects, however, would presumably be very small, owing to the exceedingly small mass probably associtaed with the electron." In: Richard Chace Tolman, T. D. Stewart: The electromotive force produced by the acceleration of metals. In: Physical Review. 8 (2): 97–116. 1916.
  • [2] Die gemessenen Spannungen waren so gering, dass sogar die Stärke des Erdmagnetfeldes mit berücksichtigt werden musste: "Not only does the varying part of the earth's magnetic field produce difficulties for experiments of this kind, but the steady horizontal component of the earth's magnetic field must also be neutralized...". In: Richard Chace Tolman, T. D. Stewart: The electromotive force produced by the acceleration of metals. In: Physical Review. 8 (2): 97–116. 1916.
  • [3] Tolman wies nicht nur nach, dass Elektronen sehr wahrscheinlich eine Masse besitzen. Seine quantitativen, das heißt zahlenmäßig fassbaren Ergebnisse, ließen auch Rückschlüsse auf die Natur der Ladungsträger zu. Tolman ging von Elektronen als frei beweglichen Trägern negativer Ladung aus. Eine konkurrierende Theorie von J. J. Thomson ging von Dipolen (doublets) aus. Das wies Tolman zurück: "According to his [J. J. Thomson] theory, a metal contains atoms which are in the nature of electrical doublets which will orient themselves parallel to any applied electrical field. These atoms are assumed to have the power of ejecting electrons in the same direction as the axis of the doublet and hence the conducting process on the basis of this theory consists in a tendency for orientation of the doublets under the action of the applied electromotive force and consequent ejection of electrons from one atom to another in the direction which the current is known to flow." Tolman fügt dem an, dass es zweifelhaft (doubtful) sei, ob diese Theorie mit den Messergebnisse (experimental results) in Übereinstimmung (agreement) gebracht werden könne. In: Richard Chace Tolman, T. D. Stewart: The electromotive force produced by the acceleration of metals. In: Physical Review. 8 (2): 97–116. 1916.
  • [4] "Metalle wurden beschleunigt und die auftretenden Strom- und Spannungsstöße wurden dabei gemessen. Wenn die freien Ladungsträger eine Masse besitzen, dann haben sie auch eine Trägheit. Die Elektronen führen ihre Bewegung beim Abbremsen weiter aus und werden somit gegen die positiven Atomrümpfe im Kristallgitter verschoben. Zwischen diesen Raumladungen entsteht ein elektrisches Kraftfeld und somit bildet sich eine messbare Spannung aus." In: Grundlagen der Elektrotechnik. Ausgewählte Kapitel und ergänzende Beiträge zur Vorlesung zum Thema Experimente in der Elektrotechnik. Dozent Wolfgang Stuchlik. DLR Lampoldshausen, Abt. VEA. DHBW - MOS WiSe 2017. Dort das Kapitel "2.1 Das Tolman-Experiment" auf Seite 7.