Как микрометром измерить заряд электрона

[EUgeneUS]

VPD в сообщении #1588644 писал(а):

Задача определения элементарного заряда - это составная часть общей задачи о связи механики и электричества.
Никакого противоречия сформулированных задач (в предложенной их постановке) не усматриваю.

Значит Вы сами не совсем понимаете, что делаете.
Попробую объяснить.

1. Вы построили некую модель, описывающую модуль Юнга через энергию металлическойй связи и другие величины, в том числе через заряд электрона.
2. Используя эту модель можно оценить, "измерить" заряд электрона.

Этот эксперимент может дать ответ на один из следующих вопросов:

1. Подтверждается ли модель экспериментальными данными или отвергается? Для условий экспериммента.
2. Каков заряд электрона? (с указанием точности измерений и с учетом точности модели)

Но никогда эксперимент не даст ответа на оба вопроса.

-- 07.04.2023, 14:16 --

VPD
Вы неверно используете этот тэг.

-- 07.04.2023, 14:22 --

VPD в сообщении #1588644 писал(а):

Что вы имеете ввиду?
Я, как раз, и отвечаю на вопросы по эксперименту.

Я имею в виду, что
а) Ваш эксперимент сводится к измерению модуля Юнга для стальной проволоки.
б) Вот и сообщите результаты измерений. То есть измеренный модуль Юнга. Желательно с указанием доверительного интервала.

[Geen]

VPD в сообщении #1588644 писал(а):

Это энергия металлической связи железа.
Справочная величина

Простите?...
Так "заряд электрона" тоже "справочная величина"...
И как Вы микрометром измерите эту "справочную величину"?

[svv]

(VPD)

Как стать мастером по оформлению гиперссылок

[VPD]

Geen в сообщении #1588657 писал(а):

VPD в сообщении #1588644 писал(а):

Это энергия металлической связи железа.
Справочная величина

Простите?...
Так "заряд электрона" тоже "справочная величина"...
И как Вы микрометром измерите эту "справочную величину"?

Как? См. формулу (3).
А основная идея темы в том, что бы показать, что физика - это просто, что "не боги горшки обжигают".
Что каждый интересующийся может в гараже "пощупать" фундаментальную константу, определяющую наш мир.
Я же не открытие делаю, а демонстрирую (в очень простом опыте) давно найденную глубокую связь механики и электромагнетизма.
Демонстрирую принципиальную возможность микрометром - измерителем механической физической величины (длины) не напрямую, естественно, а косвенно измерить физическую величину электрическую (элементарный заряд).
Косвенные измерения - тоже измерения. Или вы так не считаете?

[EUgeneUS]

VPD в сообщении #1588662 писал(а):

А основная идея темы в том, что бы показать, что физика - это просто, что "не боги горшки обжигают".
Что каждый интересующийся может в гараже "пощупать" фундаментальную константу, определяющую наш мир.

Конечно, я только за то, чтобы показать, что физика - то просто. Но нужно же понимать, что делаешь. А то понаберут ютуберов на познавательные каналы, а потом на каждом выпуске лицо себе разбивать фейспалмом. Потому что опыты у них, конечно, зрелищные получаются, а как рот откроют для объяснений - хоть стой, хоть падай.
Не надо так поступать.

Итак, что Вы делаете, на самом деле.
1. Вы собрали установку, которая измеряет удлинение проволоки под нагурзкой. Можете измерить удлининение, относительное удлинение, и расчитать значение модуля Юнга для материала проволоки. На этом экспериментальная часть закончилась. Всё.

2. Далее пошли трактовки результатов эксперимента.
Вы пишите некую модель явления - как модуль Юнга от каких-то параметров "микромира". Вот тут:

VPD в сообщении #1588522 писал(а):

Приращение сил упругости при растяжении проволоки
$\Delta$f = 2(ze)^2\xi /4\pi\varepsilon r^2 = 7,210^10 e^2 ξ r_1^-2$;
где, $z = 2$ - для двухвалентного железа;
$ e$ – заряд электрона;
$\varepsilon= 8,8510^12 $, Кул$^2$/Нм$^2$ - электрическая постоянная вакуума;
$r = N 3,610^10 e^2/ w =1,4110^-10$ м ,
$N$ – число Авогадро;
$w = $390 кДж/моль – энергия металлической связи

Причем описание даётся настолько неаккуратно, что смылс теряется.
Что такое $\xi$? Причем тут число Авогадро, которого в первоначальной формуле нет и т.д. и т.п.

3. Хорошо, предположим, Вы собрались и сделали это описание в читаемом виде, как принято на форуме.
Ваша модель связывает некоторые параметры.

4. Вы говорите: "Мы измеряем заряд электрона, а остальные параметры возьмём из справочника!". Нет. Это так не работает, и сказать такое Вы не имеете права. Вот по каким причинам:

а) Нет никакой уверенности и даже аргументов, что Ваша модель адекватна.
б) Вы не можете быть уверены, что данные, которые Вы получили из справочника, получены не косвенными методами с использованием значения для заряда электрона! А если случится такое, Вы попадаете в порошчный круг: кто-то измерил энергию металлической связи косвенно (и использовал значение для заряда электрона), Вы проводите свой опыт, и используете это значение для нахождения запряда электрона.

В чём можно быть уверенным точно, так это именно в справочном значении для заряда электрона, которое измеряеттся разными методами. Поэтому Ваш опыт не может считаться измерением заряда электорона.

В лучшем случае:
а) если Ваша модель будет признана адекватной (а для этого её как минимум надо нормально оформить, чтобы было понятно, что откуда берется, и какие вводятся обозначения).
б) Вы можете сказать, что измерили (а скорее - оценили) энергию металлической связи для железа. Взяв значение для заряда электрона и число Авоградро из справочников.

[VPD]

EUgeneUS в сообщении #1588656 писал(а):

Этот эксперимент может дать ответ на один из следующих вопросов:

1. Подтверждается ли модель экспериментальными данными или отвергается? Для условий экспериммента.
2. Каков заряд электрона? (с указанием точности измерений и с учетом точности модели)

Но никогда эксперимент не даст ответа на оба вопроса.

Оба вопроса в "одном флаконе".
Единственно возможная модель - кулоновское взаимодействие содержит в себе величину заряда. То есть, заряд электрона это параметр модели.
Зачем задачу разделять на два вопроса?

-- 07.04.2023, 15:39 --

EUgeneUS в сообщении #1588674 писал(а):

Причем описание даётся настолько неаккуратно, что смылс теряется.
Что такое $\xi$?

Это относительное удлинение проволоки, введённое в формуле закона Гука. При записи в латексе я определение упустил - был невнимателен при вычитке текста. Извините.
Что касается неаккуратности - согласен. Я там не верно оформил верную формулу в латексе.
Однако,эта формула повторяется в верной записи в конце, при выводе окончательного выражения.

-- 07.04.2023, 15:45 --

EUgeneUS в сообщении #1588674 писал(а):

Причем тут число Авогадро, которого в первоначальной формуле нет

Энергия связи приведена в Дж/ моль и пересчитана на один атом через число Авогадро.
Я считал эти подробности не интересными и не расписывал выкладки подробно.
Но формулы перепроверил и считаю, что вывод окончательного выражения корректен.
Я бы переписал материал подробнее , но редактирование текста первого поста мне недоступно.

[VPD]

EUgeneUS в сообщении #1588656 писал(а):

Я имею в виду, что
а) Ваш эксперимент сводится к измерению модуля Юнга для стальной проволоки.
б) Вот и сообщите результаты измерений. То есть измеренный модуль Юнга. Желательно с указанием доверительного интервала.

Зачем мне это делать?
Модуль Юнга комплексный механический параметр.
Намного нагляднее использовать простые механические данные:
массу растягивающего груза, длину проволоки, диаметр проволоки, удлинение проволоки.
По ним определиться (формула (3)) искомый электрический параметр - элементарный заряд.

[Geen]

VPD в сообщении #1588693 писал(а):

По ним определиться (формула (3)) искомый электрический параметр - элементарный заряд.

нет, не по ним. а главным образом, по энергии связи... и неким "мифическим" радиусам....

[VPD]

Geen в сообщении #1588714 писал(а):

VPD в сообщении #1588693 писал(а):

По ним определиться (формула (3)) искомый электрический параметр - элементарный заряд.

нет, не по ним. а главным образом, по энергии связи... и неким "мифическим" радиусам....

Это вовсе не "мифические" радиусы.
Параметры $r ,r_1$ имеют конкретный физический смысл.
$r$ - это среднее расстояние между положительно заряжённым ионом железа и отрицательно заряженным "газом" свободных электронов проводимости. Не могут же ионы "слиться с электронами.
$r_1$ - радиус иона железа, который определяет площадь на которую давит кулоновская сила металлической связи.
Энергия связи - известный физический параметр. Какая к нему претензия?

[Geen]

VPD в сообщении #1588716 писал(а):

Энергия связи - известный физический параметр.

Вам уже ответили на это выше.

-- 07.04.2023, 20:44 --

VPD в сообщении #1588716 писал(а):

Параметры $r ,r_1$ имеют конкретный физический смысл.

Расскажите как измерить их микрометром.

-- 07.04.2023, 20:45 --

В общем, это всё напоминает кашу из топора.

[VPD]

Geen в сообщении #1588719 писал(а):

Расскажите как измерить их микрометром.

Они из справочника.
Являются коэффициентами пропорциональности, как обычно бывает во многих физических формулах.
Вы же не просите измерять весами ускорение свободного падения , когда определяете груз $p=mg$ массой $m$.
Таки и здесь микрометр измеряет то, что ему и положено - длину растяжения проволоки.

[Geen]

VPD в сообщении #1588721 писал(а):

Таки и здесь микрометр измеряет то, что ему и положено - длину растяжения проволоки.

Или, переводя, ничего близкого к заряду электрона...

[VPD]

Geen в сообщении #1588719 писал(а):

В общем, это всё напоминает кашу из топора.

Понял. Спасибо за критику.
Однако, я вижу дело иначе.
Мне не приходилось видеть публикации, в которых представлена количественная связь, например, сил упругости с электрическими параметрами атомов.

-- 07.04.2023, 20:25 --

Geen в сообщении #1588725 писал(а):

VPD в сообщении #1588721 писал(а):

Таки и здесь микрометр измеряет то, что ему и положено - длину растяжения проволоки.

Или, переводя, ничего близкого к заряду электрона...

Милицейский радар измеряет допплеровский сдвиг частоты, который, по вашему, конечно, ничего общего не имеет со скоростью авто.
Ладно.

[Geen]

VPD в сообщении #1588726 писал(а):

Милицейский радар измеряет допплеровский сдвиг частоты, который, по вашему, конечно, ничего общего не имеет со скоростью авто.

Не надо передёргивать.

[VPD]

Geen в сообщении #1588728 писал(а):

VPD в сообщении #1588726 писал(а):

Милицейский радар измеряет допплеровский сдвиг частоты, который, по вашему, конечно, ничего общего не имеет со скоростью авто.

Не надо передёргивать.

Никакого передёргивания.
Я привёл пример косвенных измерений, объективность которых вы отвергаете.
Однако, косвенных измерений, пожалуй больше, чем прямых.