जोसेफ जॉन थॉमसन द्वारा इलेक्ट्रॉनों की खोज। इलेक्ट्रॉन की खोज: जोसेफ जॉन थॉमसन थॉम्पसन के प्रयोग

खोज, परिकल्पना के लिए पूर्वापेक्षाएँ

थॉमसन के प्रयोग में समानांतर धातु प्लेटों की एक प्रणाली से गुजरने वाली कैथोड किरणों के बीम का अध्ययन करना शामिल था, जिसने एक विद्युत क्षेत्र बनाया और कॉइल्स की प्रणालियों ने एक चुंबकीय क्षेत्र बनाया। यह पता चला कि जब दोनों क्षेत्रों को अलग-अलग लागू किया गया था, तो बीम विक्षेपित हो गए थे, और उनके बीच एक निश्चित अनुपात पर, बीम ने अपने सीधे प्रक्षेपवक्र को नहीं बदला था। यह क्षेत्र अनुपात कण गति पर निर्भर करता था। मापों की एक श्रृंखला आयोजित करने के बाद, थॉमसन ने पाया कि कणों की गति की गति प्रकाश की गति से बहुत कम है - इस प्रकार यह दिखाया गया कि कणों में द्रव्यमान होना चाहिए। इसके अलावा, परमाणुओं में इन कणों की उपस्थिति और परमाणु के एक मॉडल के बारे में परिकल्पना की गई, जिसे बाद में रदरफोर्ड के प्रयोगों में विकसित किया गया।

सूत्रों का कहना है

विकिमीडिया फ़ाउंडेशन. 2010.

देखें अन्य शब्दकोशों में "इलेक्ट्रॉन की खोज" क्या है:

भौतिकी की वह शाखा जो परमाणुओं की आंतरिक संरचना का अध्ययन करती है। परमाणु, जिन्हें मूल रूप से अविभाज्य माना जाता था, जटिल प्रणालियाँ हैं। उनके पास प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से युक्त एक विशाल कोर है, जिसके चारों ओर वे खाली स्थान में घूमते हैं... ... कोलियर का विश्वकोश

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एक विशेष प्रकार की संज्ञानात्मक गतिविधि जिसका उद्देश्य दुनिया के बारे में वस्तुनिष्ठ, व्यवस्थित रूप से व्यवस्थित और प्रमाणित ज्ञान विकसित करना है। अन्य प्रकार की संज्ञानात्मक गतिविधि के साथ परस्पर क्रिया करता है: रोजमर्रा, कलात्मक, धार्मिक, पौराणिक... दार्शनिक विश्वकोश

इलेक्ट्रॉन प्रतीक द्रव्यमान 9.10938215(45)×10−31किग्रा, 0.510998910(13) MeV/c2 एंटीपार्टिकल पॉज़िट्रॉन क्लासेस फ़र्मियन, लेप्टान ... विकिपीडिया

किकोइन ए.के. इलेक्ट्रॉन की खोज //क्वांटम। - 1985. - नंबर 3. - पी. 18-20.

"क्वांट" पत्रिका के संपादकीय बोर्ड और संपादकों के साथ विशेष समझौते से

शब्द "इलेक्ट्रॉन" - आवेशित प्राथमिक कणों में से एक का नाम - और इसके व्युत्पन्न शायद इन दिनों वैज्ञानिक और तकनीकी साहित्य में सबसे अधिक बार पाए जाते हैं। अपेक्षाकृत हाल ही में, "इलेक्ट्रॉनिक्स" शब्द सामने आया, जो एक ओर, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों के साथ इलेक्ट्रॉनों की बातचीत का विज्ञान, और दूसरी ओर, प्रौद्योगिकी का एक नया क्षेत्र दर्शाता है। "इलेक्ट्रॉनिक", "इलेक्ट्रॉनिक" आदि विशेषण हमारी भाषा और हमारे जीवन में व्यापक रूप से प्रवेश कर चुके हैं। उदाहरण के लिए, विभिन्न इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और इलेक्ट्रॉनिक कंप्यूटरों के अस्तित्व को याद करना पर्याप्त है।

इलेक्ट्रॉन की खोज कब, किसने और कैसे की? कब, किसने और कैसे इसके मूल गुणों का निर्धारण किया और प्रकृति में इसकी भूमिका को स्पष्ट किया?

किरणें या कण?

इलेक्ट्रॉन की खोज गैस डिस्चार्ज में कई दशकों के शोध के पूरा होने का प्रतिनिधित्व करती है, यानी गैस के माध्यम से विद्युत प्रवाह पारित करने की प्रक्रिया (भौतिकी 9, § 70-72)। विशेष रूप से, पिछली शताब्दी के मध्य के आसपास, यह पाया गया कि यदि गैस के साथ ग्लास ट्यूब में सील किए गए इलेक्ट्रोड पर पर्याप्त उच्च वोल्टेज लागू किया जाता है, तो गैस के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह गुजरता है, और गैस स्वयं चमकती है। चमक की प्रकृति गैस के दबाव और लागू वोल्टेज पर निर्भर करती है, और प्रकाश का रंग गैस की प्रकृति से निर्धारित होता है। हालाँकि, पर्याप्त रूप से कम दबाव (लगभग एक पास्कल, यानी वायुमंडल का एक लाखवाँ भाग) पर, गैस की चमक लगभग गायब हो जाती है (हालाँकि धारा प्रवाहित होती रहती है), लेकिन ट्यूब का ग्लास चमकना शुरू कर देता है हरी रोशनी.

गैस की चमक गायब होने के बाद डिस्चार्ज ट्यूब में क्या होता है? इस मुद्दे पर, उन भौतिकविदों के बीच एक दीर्घकालिक विवाद उत्पन्न हुआ जिन्होंने इस घटना का सबसे सक्रिय अध्ययन किया।

जर्मन भौतिकशास्त्रियों (जी. हर्ट्ज़, ई. गोल्डस्टीन) का मानना था कि ट्यूब के कैथोड से विशेष किरणें निकलती हैं, जो कांच को चमकाती हैं। इसीलिए उन्हें बुलाया जाने लगा कैथोड किरणें. हर्ट्ज़, जिन्होंने विद्युत चुम्बकीय तरंगों की खोज की थी, स्वाभाविक रूप से यह मानने के इच्छुक थे कि कैथोड किरणें विशेष विद्युत चुम्बकीय तरंगें हैं, जो प्रकाश के समान हैं, लेकिन अदृश्य प्रकाश हैं।

अंग्रेजी भौतिकविदों (डब्ल्यू. क्रूक्स, ए. शूस्टर, फिर जे.जे. थॉमसन) का मानना था कि कैथोड से किरणें नहीं निकलती थीं, बल्कि कुछ नकारात्मक चार्ज वाले कण निकलते थे और यह उनके प्रभाव में था कि कांच चमकता था। उदाहरण के लिए, क्रुक्स ने तर्क दिया कि ये गैस के अणु हैं, जो कैथोड से दूर जाकर ऋणात्मक आवेश प्राप्त कर लेते हैं और फिर एनोड की ओर आकर्षण बल द्वारा त्वरित हो जाते हैं। यह इस तथ्य से समर्थित था कि कैथोड किरणें चुंबकीय क्षेत्र द्वारा विक्षेपित होती हैं। बेशक, जर्मन भौतिक विज्ञानी भी इस महत्वपूर्ण तथ्य के बारे में जानते थे, लेकिन उस समय तक यह दृढ़ता से स्थापित नहीं हुआ था कि विद्युत चुम्बकीय तरंगें चुंबकीय क्षेत्र के साथ बातचीत नहीं करती हैं।

दोनों विवादित पक्षों द्वारा यह दृढ़ता से स्थापित किया गया था कि कैथोड किरणों के गुण इस बात पर निर्भर नहीं करते हैं कि कैथोड किस सामग्री से बना है। यह बहस बहुत उपयोगी रही, क्योंकि वैज्ञानिकों के प्रत्येक समूह ने ऐसे प्रयोग करने और उन्हें अंजाम देने की कोशिश की जो उन्हें सही साबित कर सकें।

निर्णायक प्रयोग 1897 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जोसेफ जॉन थॉमसन द्वारा किए गए थे। इन प्रयोगों में विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में आवेशित कणों की गति का अवलोकन करना शामिल था।

विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र में आवेशित कणों की गति

पिछले अंक में, लेख "फैराडे संख्या और आवेशित कण के विशिष्ट आवेश पर" में यह दिखाया गया था कि गति υ और त्वरण एविद्युत क्षेत्र में किसी आवेशित कण का निर्धारण कण के विशिष्ट आवेश \(~\dfrac(q)(m)\) द्वारा किया जाता है ( क्यू- कण आवेश, एम- इसका द्रव्यमान):

\(~\upsilon = \sqrt(2 \dfrac(q)(m) U)\) , \(~a = \dfrac(q)(m) E\) ,

कहाँ यू- वोल्टेज, और इ- फील्ड की छमता।

लेकिन यह पता चला है कि एक कण की गति अंदर है चुंबकीयक्षेत्र भी उसके विशिष्ट प्रभार से निर्धारित होता है। चलिए दिखाते हैं.

आवेश के साथ प्रति कण क्यू(सरलता के लिए हम इसे सकारात्मक मानेंगे), प्रारंभिक गति \(~\vec \upsilon\) के साथ चुंबकीय क्षेत्र में प्रेरण \(~\vec B\) के साथ, लोरेंत्ज़ बल \(~\vec F_L\) अधिनियम ("भौतिकी 9", §89)। यदि वेक्टर \(~\vec \upsilon\) वेक्टर \(~\vec B\) के लंबवत है, तो निरपेक्ष मान में लोरेंत्ज़ बल बराबर है qυBऔर वेग वेक्टर और चुंबकीय प्रेरण वेक्टर के लंबवत निर्देशित है। चूँकि बल कण की गति के लंबवत है, यह कण को एक वृत्त में गति करने का कारण बनता है, जिससे उसे अभिकेन्द्रीय त्वरण मिलता है। इस मामले के लिए न्यूटन के दूसरे नियम का रूप है

\(~m \dfrac(\upsilon^2)(r) = q \upsilon B\) ,

त्रिज्या के लिए कहां आरहमें वृत्त मिलते हैं

\(~r = \dfrac(m \upsilon)(qB) = \dfrac(\upsilon)(B \dfrac(q)(m))\) .

इस प्रकार, किसी कण के चुंबकीय प्रेरण और प्रारंभिक वेग के दिए गए मान के लिए, इसके प्रक्षेप पथ की वक्रता की त्रिज्या वास्तव में कण के विशिष्ट आवेश \(~\left(\dfrac(q)(m) \right) द्वारा निर्धारित की जाती है। \).

अंतिम समानता से हम विशिष्ट चार्ज निर्धारित करने के लिए एक सूत्र प्राप्त कर सकते हैं:

\(~\dfrac(q)(m) = \dfrac(\upsilon)(Br)\) .

वृत्त त्रिज्या आरऔर प्रेरण मेंमापना आसान है. लेकिन आपको अभी भी गति जानने की आवश्यकता है υ ऐसे कण जिन्हें मापना इतना आसान नहीं है। थॉमसन इस मुश्किल से निकलने में कामयाब रहे। और इस तरह.

जे जे थॉमसन द्वारा प्रयोग

थॉमसन के प्रयोगों का उद्देश्य उन कथित कणों के विशिष्ट आवेश को निर्धारित करना था, जो अंग्रेजी भौतिकविदों के अनुसार, कैथोड किरणें बनाते हैं। थॉमसन द्वारा बनाए गए उपकरण को चित्र में योजनाबद्ध रूप से दिखाया गया है।

एक कैथोड को कांच के बर्तन में मिलाया जाता है को, और एनोड ए, डायाफ्राम और संधारित्र प्लेटें। बीच में कोऔर एकैथोड किरणें उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त उच्च वोल्टेज की आपूर्ति की जाती है। एनोड और डायाफ्राम में छेद किरणों की एक संकीर्ण किरण को "काट" देते हैं जो बर्तन की विपरीत दीवार से टकराती है, जहां यह कांच को चमकने का कारण बनती है। चित्र में बिंदीदार वृत्त कुंडलियों (बर्तन के बाहर) का प्रतिनिधित्व करता है जो संधारित्र के विद्युत क्षेत्र (और चित्र के तल) के लंबवत चुंबकीय क्षेत्र बनाता है।

जब ट्यूब में केवल संधारित्र का विद्युत क्षेत्र बनाया जाता है और ऊपरी प्लेट को सकारात्मक रूप से चार्ज किया जाता है, तो किरणों की किरण, यदि इसमें वास्तव में नकारात्मक चार्ज किए गए कण होते हैं, तो ऊपर की ओर विक्षेपित हो जाती है (प्रक्षेपवक्र) एछवि पर) यदि केवल एक चुंबकीय क्षेत्र बनाया जाता है, जो पैटर्न के तल से परे हमसे दूर निर्देशित होता है, तो किरण नीचे की ओर विक्षेपित हो जाती है (प्रक्षेपवक्र बी). ट्यूब की अंतिम दीवार की चमक से यह निर्धारित करना आसान है कि किरण वास्तव में कहाँ टकराती है।

लेकिन विद्युत क्षेत्र की ताकत \(~\vec E\) और चुंबकीय प्रेरण \(~\vec B\) के ऐसे मूल्यों का चयन करना संभव है कि किरण बिल्कुल भी विचलित न हो और एक सीधे पथ के साथ चलती हो (दिखाया गया है) चित्र में लाल रंग में)। इसका मतलब यह है कि कण पर कार्य करने वाला विद्युत बल लोरेंत्ज़ बल के परिमाण के बराबर है: त्वरित अनुमानों = qυB. यहां से हमें कण वेग \(~\upsilon = \dfrac(E)(B)\) के लिए अभिव्यक्ति प्राप्त होती है। इसे विशिष्ट आवेश के सूत्र में प्रतिस्थापित करने पर, हम पाते हैं

\(~\dfrac(q)(m) = \dfrac(E)(B^2 r)\) . (*)

थॉमसन के प्रयोग में सब कुछ आशा के अनुरूप हुआ। एक विद्युत क्षेत्र में, किरण एक प्रक्षेपवक्र के साथ चलती है ( ए), चुंबकीय में - अलग तरीके से ( बी). जब दोनों क्षेत्र एक साथ कार्य करते थे, तो किरण बिल्कुल भी विक्षेपित नहीं होती थी।

सूत्र (*) का उपयोग करना, जिसमें आसानी से मापी जाने वाली मात्राएँ शामिल हैं (और कण गति शामिल नहीं है), कणों के विशिष्ट आवेश को निर्धारित करना संभव था जिसे पहले कैथोड किरणें कहा जाता था। इन कणों का विशिष्ट आवेश राक्षसी रूप से बड़ा निकला: 1.76·10 11 सी/किग्रा। इन कणों को इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। इसलिए, अब यह आम तौर पर स्वीकार किया जाता है कि इलेक्ट्रॉन की खोज का वर्ष 1897 है, और इस सबसे महत्वपूर्ण खोज के लेखक जोसेफ जॉन थॉमसन हैं।

चूँकि इलेक्ट्रॉन हमेशा डिस्चार्ज ट्यूब के कैथोड से बाहर निकलते हैं, भले ही कैथोड किस सामग्री से बना हो, यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि इलेक्ट्रॉन किसी भी परमाणु का हिस्सा हैं। थॉमसन ने यह परिकल्पना 1897 में ही व्यक्त की थी।

अगले कुछ वर्षों में, थॉमसन (साथ ही अन्य वैज्ञानिकों) ने दिखाया कि थर्मिओनिक उत्सर्जन के दौरान गर्म धातु से उत्सर्जित कणों में एक ही विशिष्ट चार्ज होता है, यानी कि वे भी इलेक्ट्रॉन होते हैं। प्रकाश द्वारा धातुओं से निकलने वाले कणों का भी विशिष्ट आवेश समान होता है। और ये भी इलेक्ट्रॉन हैं!

गैसों के माध्यम से बिजली के पारित होने (इलेक्ट्रॉन की खोज के लिए अग्रणी) के सैद्धांतिक और प्रायोगिक अध्ययन के लिए, जे जे थॉमसन को 1906 में भौतिकी में नोबेल पुरस्कार मिला।

इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान और आवेश के बारे में

किसी इलेक्ट्रॉन के विशिष्ट आवेश के मान को जानकर न तो आवेश के मान के बारे में और न ही इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के मान के बारे में अलग से कुछ कहा जा सकता है। हालाँकि, पिछली शताब्दी के अंत तक, हाइड्रोजन आयन के विशिष्ट आवेश का मान पहले से ही ज्ञात था, साथ ही यह तथ्य भी ज्ञात था कि हाइड्रोजन आयन का आवेश निरपेक्ष मान में (लेकिन संकेत में नहीं) आवेश के बराबर है इलेक्ट्रॉन का. और यह हमें इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के बारे में कुछ कहने की अनुमति देता है। वास्तव में, इलेक्ट्रॉन और हाइड्रोजन आयन के विशिष्ट आवेश क्रमशः बराबर होते हैं

\(~\dfrac(e)(m_e) = 1.76 \cdot 10^(11)\) C/किग्रा, \(~\dfrac(e)(m_H) = 9.65 \cdot 10^(7) \) C/ किलोग्राम

(यहाँ इ- इलेक्ट्रॉन आवेश मापांक, जैसा कि आमतौर पर दर्शाया जाता है, एमई - इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान, एमएच - हाइड्रोजन आयन का द्रव्यमान)। \(~\dfrac(e)(m_e)\) को \(~\dfrac(e)(m_H)\) से विभाजित करने पर, हम पाते हैं कि इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान हाइड्रोजन आयन के द्रव्यमान से लगभग 1840 गुना कम है।

थॉमसन के प्रयोगों के लगभग 15 साल बाद, संयुक्त राज्य अमेरिका में आर. मिलिकन और रूस में ए.एफ. इओफ़े ने सीधे इलेक्ट्रॉन के आवेश को मापा, जो 1.6 · 10 -19 सी के बराबर निकला। इससे इलेक्ट्रॉन द्रव्यमान का मान 9.1·10 -31 किलोग्राम हो जाता है। ये प्रकृति में आवेश और द्रव्यमान के सबसे छोटे मान हैं।

जोसेफ जॉन थॉमसनमैनचेस्टर में पैदा हुआ. यहां मैनचेस्टर में, उन्होंने ओवेन्स कॉलेज से स्नातक की उपाधि प्राप्त की, और 1876-1880 में उन्होंने कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय के प्रसिद्ध कॉलेज ऑफ़ द होली ट्रिनिटी (ट्रिनिटी कॉलेज) में अध्ययन किया। जनवरी 1880 में, थॉमसन ने सफलतापूर्वक अपनी अंतिम परीक्षा उत्तीर्ण की और कैवेंडिश प्रयोगशाला में काम करना शुरू किया।

थॉमसन प्रायोगिक भौतिकी के प्रति जुनूनी थे। शब्द के सर्वोत्तम अर्थों में जुनूनी। कैवेंडिश प्रयोगशाला के निदेशक ने थॉमसन की वैज्ञानिक उपलब्धियों की बहुत सराहना की रेले. जब उन्होंने 1884 में निदेशक पद से इस्तीफा दे दिया, तो उन्होंने थॉमसन को अपने उत्तराधिकारी के रूप में अनुशंसित करने में संकोच नहीं किया।

1884 से 1919 तक थॉमसन ने कैवेंडिश प्रयोगशाला का निर्देशन किया। इस समय के दौरान, यह विश्व भौतिकी का एक प्रमुख केंद्र, भौतिकविदों का एक अंतरराष्ट्रीय स्कूल बन गया। यहां हमने अपनी वैज्ञानिक यात्रा शुरू की रदरफोर्ड, बोर, लैंग्विनऔर रूसी वैज्ञानिकों सहित कई अन्य।

थॉमसन का शोध कार्यक्रम व्यापक था: गैसों के माध्यम से विद्युत धारा के पारित होने के प्रश्न, धातुओं का इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत, विभिन्न प्रकार की किरणों की प्रकृति पर शोध...

कैथोड किरणों का अध्ययन करने के बाद, थॉमसन ने सबसे पहले यह जांचने का निर्णय लिया कि क्या उनके पूर्ववर्तियों के प्रयोग, जिन्होंने विद्युत क्षेत्रों द्वारा किरणों का विक्षेपण प्राप्त किया था, पर्याप्त सावधानी से किए गए थे। वह एक बार-बार प्रयोग की कल्पना करता है, इसके लिए विशेष उपकरण डिजाइन करता है, आदेश के निष्पादन की संपूर्णता की निगरानी करता है, और अपेक्षित परिणाम स्पष्ट होता है।

थॉमसन द्वारा डिज़ाइन की गई ट्यूब में, कैथोड किरणें सकारात्मक रूप से चार्ज की गई प्लेट की ओर आज्ञाकारी रूप से आकर्षित हुईं और नकारात्मक से स्पष्ट रूप से विकर्षित हुईं। अर्थात्, उन्होंने नकारात्मक विद्युत से चार्ज होकर तेजी से उड़ने वाली छोटी कणिकाओं की धारा से अपेक्षा के अनुरूप व्यवहार किया। उत्कृष्ट परिणाम!

यह निश्चित रूप से कैथोड किरणों की प्रकृति के बारे में सभी विवादों को समाप्त कर सकता है। लेकिन थॉमसन ने अपने शोध को पूरा नहीं माना। किरणों की प्रकृति को गुणात्मक रूप से निर्धारित करने के बाद, वह उन कणिकाओं को एक सटीक मात्रात्मक परिभाषा देना चाहते थे जो उन्हें बनाती थीं।

पहली सफलता से प्रेरित होकर, उन्होंने एक नई ट्यूब डिज़ाइन की: एक कैथोड, रिंग और प्लेटों के रूप में त्वरित इलेक्ट्रोड, जिस पर एक विक्षेपण वोल्टेज लागू किया जा सकता था। कैथोड के सामने की दीवार पर, उन्होंने आने वाले कणों के प्रभाव में चमकने में सक्षम पदार्थ की एक पतली परत लगाई। परिणाम कैथोड रे ट्यूब का पूर्वज था, जो टेलीविजन और रडार के युग में हमसे परिचित था।

थॉमसन के प्रयोग का लक्ष्य कणिकाओं की किरण को विद्युत क्षेत्र से विक्षेपित करना और चुंबकीय क्षेत्र से इस विक्षेपण की भरपाई करना था। प्रयोग के परिणामस्वरूप वह जिन निष्कर्षों पर पहुंचे वे आश्चर्यजनक थे। सबसे पहले, यह पता चला कि कण ट्यूब में भारी गति से उड़ते हैं, प्रकाश गति के करीब। और दूसरी बात, कणिकाओं के प्रति इकाई द्रव्यमान पर विद्युत आवेश काल्पनिक रूप से बड़ा था।

वे किस प्रकार के कण थे: विशाल विद्युत आवेश वाले अज्ञात परमाणु, या नगण्य द्रव्यमान वाले लेकिन छोटे आवेश वाले छोटे कण? उन्होंने आगे पता लगाया कि एक इकाई द्रव्यमान के लिए विशिष्ट चार्ज का अनुपात एक स्थिर मूल्य है, जो कणों की गति, कैथोड सामग्री और गैस की प्रकृति से स्वतंत्र होता है जिसमें निर्वहन होता है।

ऐसी आज़ादी चिंताजनक थी. ऐसा लगता है कि कणिकाएं किसी प्रकार के पदार्थ के सार्वभौमिक कण, परमाणुओं के घटक थे। "प्रयोगों की लंबी चर्चा के बाद," थॉम्पसन अपने संस्मरणों में लिखते हैं, "यह पता चला कि मैं निम्नलिखित निष्कर्षों से बच नहीं सका:

1. परमाणु अविभाज्य नहीं हैं क्योंकि ऋणावेशित कण विद्युत बलों, तेज गति से चलने वाले कणों के प्रभाव, पराबैंगनी प्रकाश या गर्मी से अलग हो सकते हैं।

2. कि ये सभी कण एक ही द्रव्यमान के हैं, नकारात्मक विद्युत का समान आवेश रखते हैं, चाहे वे किसी भी प्रकार के परमाणु से आए हों, और सभी परमाणुओं के घटक हैं।

3. इन कणों का द्रव्यमान हाइड्रोजन परमाणु के द्रव्यमान के हजारवें हिस्से से भी कम है। मैंने मूल रूप से इन कणों को कणिका कहा था, लेकिन अब इन्हें अधिक उपयुक्त नाम "इलेक्ट्रॉन" से बुलाया जाता है।

थॉमसन ने गणना करना शुरू किया। सबसे पहले, रहस्यमय कणिकाओं के मापदंडों को निर्धारित करना आवश्यक था, और फिर, शायद, यह तय करना संभव होगा कि वे क्या थे। गणना के नतीजों से पता चला: इसमें कोई संदेह नहीं है, अज्ञात कण सबसे छोटे विद्युत आवेशों - बिजली के अविभाज्य परमाणु, या इलेक्ट्रॉनों से ज्यादा कुछ नहीं हैं।

29 अप्रैल, 1897 को, उस कमरे में जहां दो सौ से अधिक वर्षों से रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन की बैठकें होती थीं, उनकी रिपोर्ट हुई। श्रोता प्रसन्न हो गये। उपस्थित लोगों की ख़ुशी इस तथ्य से बिल्कुल भी स्पष्ट नहीं थी कि सहकर्मी जे.जे. थॉमसन ने कैथोड किरणों की वास्तविक प्रकृति को इतने स्पष्ट रूप से प्रकट किया था।

स्थिति बहुत अधिक गंभीर थी. परमाणु, पदार्थ के प्राथमिक निर्माण खंड, प्राथमिक गोल कण, अभेद्य और अविभाज्य, बिना किसी आंतरिक संरचना के कण रह गए हैं...

यदि नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण उनमें से उड़ सकते हैं, तो इसका मतलब है कि परमाणु किसी प्रकार की जटिल प्रणाली रहे होंगे, एक प्रणाली जिसमें सकारात्मक बिजली और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कण - इलेक्ट्रॉनों से चार्ज किया गया कुछ होगा। अब आगे, भविष्य की खोजों के लिए सबसे आवश्यक दिशा-निर्देश स्पष्ट हो गए हैं।

सबसे पहले, निश्चित रूप से, एक इलेक्ट्रॉन के आवेश और द्रव्यमान को सटीक रूप से निर्धारित करना आवश्यक था। इससे सभी तत्वों के परमाणुओं के द्रव्यमान को स्पष्ट करना, अणुओं के द्रव्यमान की गणना करना और प्रतिक्रियाओं की सही संरचना के लिए सिफारिशें देना संभव हो जाएगा।

1903 में, थॉमसन की उसी कैवेंडिश प्रयोगशाला में जी. विल्सनथॉमसन की पद्धति में एक महत्वपूर्ण परिवर्तन किया। एक बर्तन में जिसमें आयनित हवा का तेजी से एडियाबेटिक विस्तार होता है, कैपेसिटर प्लेटें रखी जाती हैं, जिनके बीच एक विद्युत क्षेत्र बनाया जा सकता है और बादल गिरने को क्षेत्र की उपस्थिति और उसकी अनुपस्थिति दोनों में देखा जा सकता है।

विल्सन के माप ने इलेक्ट्रॉन के आवेश का मान 3.1 गुना 10 से लेकर एबीएस.ईएल की शून्य से दसवीं शक्ति तक दिया। इकाइयां विल्सन की पद्धति का उपयोग सेंट पीटर्सबर्ग विश्वविद्यालय के छात्रों सहित कई शोधकर्ताओं द्वारा किया गया था मलिकोवऔर Alekseev, जिसने आवेश को 4.5 गुणा 10 से शून्य से दसवें घात ab.el के बराबर पाया। इकाइयां 1909 में मिलिकन द्वारा व्यक्तिगत बूंदों को मापना शुरू करने से पहले प्राप्त वास्तविक मूल्य का यह निकटतम परिणाम था।

इसलिए इसकी खोज की गई और इसे मापा गया इलेक्ट्रॉन - परमाणुओं का सार्वभौमिक कण, भौतिकविदों द्वारा खोजे गए तथाकथित "प्राथमिक कणों" में से पहला। इस खोज ने भौतिकविदों को, सबसे पहले, पदार्थ के विद्युत, चुंबकीय और ऑप्टिकल गुणों का नए तरीके से अध्ययन करने का प्रश्न उठाने में सक्षम बनाया।

जानकारी का स्रोत: सैमिन डी.के. "एक सौ महान वैज्ञानिक खोजें।", एम.: "वेचे", 2002।

इलेक्ट्रॉन की खोज किसने की, इस पर बहस आज भी जारी है। जोसेफ थॉमसन के अलावा, विज्ञान के कुछ इतिहासकार हेंड्रिक लोरेंत्ज़ और पीटर ज़िमन को प्राथमिक कण के खोजकर्ता के रूप में देखते हैं, अन्य - एमिल विचर्ट, और अभी भी अन्य - फिलिप लेनार्ड। तो वह कौन है - वह वैज्ञानिक जिसने इलेक्ट्रॉन की खोज की?

परमाणु का अर्थ है अविभाज्य

"परमाणु" की अवधारणा को दार्शनिकों द्वारा उपयोग में लाया गया था। 5वीं शताब्दी ईसा पूर्व में प्राचीन यूनानी विचारक ल्यूसिपस। इ। सुझाव दिया कि दुनिया में हर चीज़ छोटे कणों से बनी है। उनके छात्र डेमोक्रिटस ने उन्हें परमाणु कहा। दार्शनिक के अनुसार, परमाणु ब्रह्मांड के "निर्माण खंड" हैं, अविभाज्य और शाश्वत। पदार्थों के गुण उनके आकार और बाहरी संरचना पर निर्भर करते हैं: बहते पानी के परमाणु चिकने होते हैं, धातु के परमाणुओं में प्रोफ़ाइल दांत होते हैं जो शरीर को कठोरता प्रदान करते हैं।

परमाणु-आणविक सिद्धांत के संस्थापक, उत्कृष्ट रूसी वैज्ञानिक एम.वी. लोमोनोसोव का मानना था कि सरल पदार्थों की संरचना में, कणिकाएँ (अणु) एक प्रकार के परमाणु से बनती हैं, जबकि जटिल पदार्थ विभिन्न प्रकार से बनते हैं।

1803 में एक स्व-सिखाया रसायनज्ञ (मैनचेस्टर) ने प्रयोगात्मक डेटा पर भरोसा करते हुए और हाइड्रोजन परमाणुओं के द्रव्यमान को एक पारंपरिक इकाई के रूप में लेते हुए, कुछ तत्वों के सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान की स्थापना की। रसायन विज्ञान और भौतिकी के आगे के विकास के लिए अंग्रेज़ के परमाणु सिद्धांत का बहुत महत्व था।

20वीं सदी की शुरुआत तक, प्रयोगात्मक डेटा की एक पूरी श्रृंखला जमा हो गई थी, जो परमाणु की संरचना की जटिलता को साबित करती थी। इसमें फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव (जी. हर्ट्ज़, ए. स्टोलेटोव 1887), कैथोड की खोज (जे. प्लुकर, डब्ल्यू. क्रुक्स, 1870) और एक्स-रे (वी. रोएंटजेन, 1895) किरणें, रेडियोधर्मिता (ए) की घटना शामिल है। बेकरेल, 1896)।

कैथोड किरणों के साथ काम करने वाले वैज्ञानिकों को दो शिविरों में विभाजित किया गया था: कुछ ने घटना की तरंग प्रकृति को माना, दूसरों ने - कणिका प्रकृति को। इकोले नॉर्मले सुप्रीयर (लिले, फ्रांस) के प्रोफेसर जीन बैप्टिस्ट पेरिन द्वारा ठोस परिणाम प्राप्त किए गए। 1895 में, उन्होंने प्रयोगों के माध्यम से दिखाया कि कैथोड किरणें नकारात्मक चार्ज कणों की एक धारा हैं। शायद पेरेन ही वह भौतिक विज्ञानी हैं जिन्होंने इलेक्ट्रॉन की खोज की थी?

महान उपलब्धियों की दहलीज पर

भौतिक विज्ञानी और गणितज्ञ जॉर्ज स्टोनी (रॉयल आयरिश यूनिवर्सिटी, डबलिन) ने 1874 में यह धारणा व्यक्त की कि बिजली अलग है। वह किस वर्ष और कौन था? इलेक्ट्रोलिसिस पर प्रायोगिक कार्य के दौरान, यह डी. स्टोनी ही थे जिन्होंने न्यूनतम विद्युत आवेश का मान निर्धारित किया था (हालाँकि प्राप्त परिणाम (10 -20 C) वास्तविक से 16 गुना कम था ). 1891 में, एक आयरिश वैज्ञानिक ने प्राथमिक विद्युत आवेश की इकाई का नाम "इलेक्ट्रॉन" (प्राचीन ग्रीक "एम्बर" से) रखा।

एक साल बाद, हेंड्रिक लॉरेंस नीदरलैंड्स) ने अपने इलेक्ट्रॉनिक सिद्धांत के मुख्य प्रावधानों को तैयार किया, जिसके अनुसार किसी भी पदार्थ की संरचना असतत विद्युत आवेशों पर आधारित होती है। इन वैज्ञानिकों को कण का खोजकर्ता नहीं माना जाता है, लेकिन उनका सैद्धांतिक और व्यावहारिक शोध थॉमसन की भविष्य की खोज के लिए एक विश्वसनीय आधार बन गया।

अटूट उत्साही

इस प्रश्न पर कि इलेक्ट्रॉन की खोज किसने और कब की, विश्वकोश स्पष्ट और स्पष्ट उत्तर देते हैं - जोसेफ जॉन थॉमसन 1897 में। तो अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी की योग्यता क्या है?

रॉयल सोसाइटी ऑफ़ लंदन के भावी अध्यक्ष के पिता एक पुस्तक विक्रेता थे और बचपन से ही उन्होंने अपने बेटे में मुद्रित शब्दों के प्रति प्रेम और नए ज्ञान की प्यास पैदा की थी। ओवेन्स कॉलेज (1903 से - और 1880 में कैम्ब्रिज विश्वविद्यालय) से स्नातक होने के बाद, युवा गणितज्ञ जोसेफ थॉमसन कैवेंडिश प्रयोगशाला में काम करने चले गए। प्रायोगिक अनुसंधान ने युवा वैज्ञानिक को पूरी तरह से आकर्षित किया। सहकर्मियों ने उनकी अथक परिश्रम, दृढ़ संकल्प और व्यावहारिक के लिए असाधारण जुनून को देखा। काम।

1884 में, 28 वर्ष की आयु में, थॉमसन को लॉर्ड सी. रेले के स्थान पर प्रयोगशाला का निदेशक नियुक्त किया गया। थॉमसन के नेतृत्व में, प्रयोगशाला अगले 35 वर्षों में विश्व भौतिकी के सबसे बड़े केंद्रों में से एक बन गई। एन. बोर और पी. लैंग्विन ने यहीं से अपनी यात्रा शुरू की।

विस्तार पर ध्यान

थॉमसन ने अपने पूर्ववर्तियों के प्रयोगों की जाँच करके कैथोड किरणों के अध्ययन पर अपना काम शुरू किया। कई प्रयोगों के लिए प्रयोगशाला निदेशक के व्यक्तिगत चित्र के अनुसार विशेष उपकरण बनाए गए थे। प्रयोगों की गुणात्मक पुष्टि प्राप्त करने के बाद, थॉमसन ने वहाँ रुकने के बारे में सोचा भी नहीं। उन्होंने अपना मुख्य कार्य किरणों और उनके घटक कणों की प्रकृति का सटीक मात्रात्मक निर्धारण करना माना।

निम्नलिखित प्रयोगों के लिए डिज़ाइन की गई नई ट्यूब में विक्षेपण वोल्टेज के साथ न केवल सामान्य कैथोड और त्वरित इलेक्ट्रोड (प्लेट और रिंग के रूप में) शामिल थे। कणिकाओं का प्रवाह किसी पदार्थ की पतली परत से ढकी एक स्क्रीन पर निर्देशित होता था जो कणों के टकराने पर चमकती थी। प्रवाह को विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र के संयुक्त प्रभाव से नियंत्रित किया जाना चाहिए था।

परमाणु के घटक

अग्रणी बनना कठिन है. अपनी मान्यताओं का बचाव करना और भी कठिन है, जो हजारों वर्षों से स्थापित अवधारणाओं के विपरीत हैं। खुद पर और अपनी टीम पर विश्वास ने थॉमसन को इलेक्ट्रॉन की खोज करने वाला व्यक्ति बना दिया।

अनुभव ने आश्चर्यजनक परिणाम उत्पन्न किये। कणों का द्रव्यमान हाइड्रोजन आयनों की तुलना में 2 हजार गुना कम निकला। किसी कणिका के आवेश और उसके द्रव्यमान का अनुपात प्रवाह गति, कैथोड सामग्री के गुणों या गैसीय माध्यम की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है जिसमें निर्वहन होता है। मन में एक निष्कर्ष आया जो सभी आधारों का खंडन करता है: कणिकाएँ एक परमाणु के भीतर पदार्थ के सार्वभौमिक कण हैं। समय-समय पर, थॉमसन ने परिश्रमपूर्वक और सावधानीपूर्वक प्रयोगों और गणनाओं के परिणामों की जाँच की। जब कोई संदेह नहीं रहा, तो रॉयल सोसाइटी ऑफ लंदन को कैथोड किरणों की प्रकृति पर एक रिपोर्ट दी गई। 1897 के वसंत में, परमाणु अविभाज्य होना बंद हो गया। 1906 में, जोसेफ थॉमसन को भौतिकी में नोबेल पुरस्कार से सम्मानित किया गया था।

अज्ञात जोहान विचर्ट

कोनिंग्सबोर और फिर गौटिंगेन विश्वविद्यालय में भूभौतिकी शिक्षक, हमारे ग्रह के भूकंप विज्ञान के शोधकर्ता जोहान एमिल विचर्ट का नाम भूवैज्ञानिकों और भूगोलवेत्ताओं के पेशेवर हलकों में बेहतर जाना जाता है। लेकिन यह भौतिकविदों से भी परिचित है। यह एकमात्र व्यक्ति है जिसे थॉमसन के साथ आधिकारिक विज्ञान इलेक्ट्रॉन के खोजकर्ता के रूप में मान्यता देता है। और बिल्कुल सटीक होने के लिए, विचर्ट के प्रयोगों और गणनाओं का वर्णन करने वाला काम जनवरी 1897 में प्रकाशित हुआ था - अंग्रेज़ की रिपोर्ट से चार महीने पहले। इलेक्ट्रॉन की खोज किसने की यह ऐतिहासिक रूप से पहले ही तय हो चुका है, लेकिन तथ्य एक तथ्य ही है।

संदर्भ के लिए: थॉमसन ने अपने किसी भी कार्य में "इलेक्ट्रॉन" शब्द का उपयोग नहीं किया। उन्होंने "कॉर्पसक्ल्स" नाम का प्रयोग किया।

प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन की खोज किसने की?

पहले प्राथमिक कण की खोज के बाद, परमाणु की संभावित संरचना के बारे में धारणाएँ बनाई जाने लगीं। पहले मॉडलों में से एक थॉमसन द्वारा स्वयं प्रस्तावित किया गया था। उन्होंने कहा, एक परमाणु किशमिश के हलवे के टुकड़े की तरह है: एक सकारात्मक रूप से चार्ज किया गया शरीर जो नकारात्मक कणों से घिरा हुआ है।

1911 (न्यूजीलैंड, ग्रेट ब्रिटेन) में उन्होंने सुझाव दिया कि परमाणु मॉडल में एक ग्रहीय संरचना होती है। दो साल बाद, उन्होंने परमाणु के नाभिक में एक धनात्मक आवेशित कण के अस्तित्व की परिकल्पना की और इसे प्रयोगात्मक रूप से प्राप्त करने के बाद इसे प्रोटॉन कहा। उन्होंने प्रोटॉन के द्रव्यमान के साथ एक तटस्थ कण के नाभिक में उपस्थिति की भी भविष्यवाणी की (न्यूट्रॉन की खोज 1932 में अंग्रेजी वैज्ञानिक जे. चैडविक ने की थी)। 1918 में, जोसेफ थॉमसन ने प्रयोगशाला का नियंत्रण अर्नेस्ट रदरफोर्ड को हस्तांतरित कर दिया।

कहने की आवश्यकता नहीं है, इलेक्ट्रॉन की खोज ने हमें पदार्थ के विद्युत, चुंबकीय और ऑप्टिकल गुणों पर एक नया नज़र डालने की अनुमति दी। परमाणु और परमाणु भौतिकी के विकास में थॉमसन और उनके अनुयायियों की भूमिका को कम करके आंकना मुश्किल है।

इलेक्ट्रॉन एक उपपरमाण्विक कण है जो विद्युत और चुंबकीय दोनों क्षेत्रों पर प्रतिक्रिया करता है।

19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध के दौरान, भौतिकविदों ने कैथोड किरणों की घटना का सक्रिय रूप से अध्ययन किया। सबसे सरल उपकरण जिसमें उन्हें देखा गया वह दुर्लभ गैस से भरी एक सीलबंद ग्लास ट्यूब थी, जिसमें दोनों तरफ एक इलेक्ट्रोड मिलाया गया था: एक तरफ कैथोड, विद्युत बैटरी के नकारात्मक ध्रुव से जुड़ा हुआ; दूसरे के साथ - एनोड, सकारात्मक ध्रुव से जुड़ा हुआ है। जब कैथोड-एनोड जोड़ी पर उच्च वोल्टेज लागू किया गया, तो ट्यूब में दुर्लभ गैस चमकने लगी, और कम वोल्टेज पर चमक केवल कैथोड क्षेत्र में देखी गई, और बढ़ते वोल्टेज के साथ - पूरे ट्यूब के अंदर; हालाँकि, जब गैस को ट्यूब से बाहर पंप किया गया, तो एक निश्चित क्षण से शुरू होकर, चमक कैथोड क्षेत्र में गायब हो गई, एनोड के पास शेष रह गई। वैज्ञानिकों ने इसके लिए चमक को जिम्मेदार ठहराया कैथोड किरणें.

1880 के दशक के अंत तक कैथोड किरणों की प्रकृति के बारे में चर्चा ने तीव्र विवादात्मक स्वरूप धारण कर लिया। जर्मन स्कूल के प्रमुख वैज्ञानिकों के भारी बहुमत की राय थी कि कैथोड किरणें, प्रकाश की तरह, अदृश्य ईथर की तरंग गड़बड़ी हैं। इंग्लैंड में उनका मानना था कि कैथोड किरणें गैस के ही आयनित अणुओं या परमाणुओं से बनी होती हैं। प्रत्येक पक्ष के पास अपनी परिकल्पना का समर्थन करने के लिए मजबूत सबूत थे। आणविक परिकल्पना के समर्थकों ने इस तथ्य की ओर सही ही इशारा किया कि कैथोड किरणें चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव में विक्षेपित हो जाती हैं, जबकि प्रकाश किरणें चुंबकीय क्षेत्र से प्रभावित नहीं होती हैं। इसलिए, वे आवेशित कणों से बने होते हैं। दूसरी ओर, कणिका परिकल्पना के समर्थक कई घटनाओं की व्याख्या नहीं कर सके, विशेष रूप से 1892 में खोजी गई पतली एल्यूमीनियम पन्नी के माध्यम से कैथोड किरणों के लगभग निर्बाध मार्ग का प्रभाव।

आख़िरकार, 1897 में, युवा अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे. जे. थॉमसन ने इन विवादों को हमेशा के लिए ख़त्म कर दिया, और साथ ही इलेक्ट्रॉन के खोजकर्ता के रूप में सदियों के लिए प्रसिद्ध हो गए। अपने प्रयोग में, थॉमसन ने एक बेहतर कैथोड रे ट्यूब का उपयोग किया, जिसके डिज़ाइन को इलेक्ट्रिक कॉइल्स द्वारा पूरक किया गया था जो ट्यूब के अंदर एक चुंबकीय क्षेत्र बनाता था (एम्पीयर के नियम के अनुसार), और समानांतर इलेक्ट्रिक कैपेसिटर प्लेटों का एक सेट जिसने अंदर एक विद्युत क्षेत्र बनाया था नली। इसके लिए धन्यवाद, चुंबकीय और विद्युत दोनों क्षेत्रों के प्रभाव में कैथोड किरणों के व्यवहार का अध्ययन करना संभव हो गया।

एक नए ट्यूब डिज़ाइन का उपयोग करते हुए, थॉमसन ने लगातार दिखाया कि:

विद्युत की अनुपस्थिति में कैथोड किरणें चुंबकीय क्षेत्र में विक्षेपित हो जाती हैं;
चुंबकीय क्षेत्र की अनुपस्थिति में कैथोड किरणें विद्युत क्षेत्र में विक्षेपित हो जाती हैं;
संतुलित तीव्रता के विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की एक साथ कार्रवाई के साथ, उन दिशाओं में उन्मुख जो अलग-अलग दिशाओं में विचलन का कारण बनते हैं, कैथोड किरणें सीधी रेखा में फैलती हैं, यानी, दोनों क्षेत्रों की कार्रवाई पारस्परिक रूप से संतुलित होती है।

थॉमसन ने पाया कि विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के बीच का संबंध जिस पर उनका प्रभाव संतुलित होता है, उस गति पर निर्भर करता है जिस पर कण चलते हैं। मापों की एक श्रृंखला आयोजित करने के बाद, थॉमसन कैथोड किरणों की गति की गति निर्धारित करने में सक्षम थे। यह पता चला कि वे प्रकाश की गति से बहुत धीमी गति से चलते हैं, जिसका अर्थ है कि कैथोड किरणें केवल कण हो सकती हैं, क्योंकि प्रकाश सहित कोई भी विद्युत चुम्बकीय विकिरण, प्रकाश की गति से यात्रा करता है (विद्युत चुम्बकीय विकिरण का स्पेक्ट्रम देखें)। ये अज्ञात कण. थॉमसन ने उन्हें "कॉर्पसकल" कहा, लेकिन वे जल्द ही "इलेक्ट्रॉन" के रूप में जाने जाने लगे।

यह तुरंत स्पष्ट हो गया कि इलेक्ट्रॉनों को परमाणुओं के हिस्से के रूप में मौजूद होना चाहिए - अन्यथा, वे कहां से आएंगे? 30 अप्रैल, 1897 - रॉयल सोसाइटी ऑफ़ लंदन की एक बैठक में थॉमसन द्वारा अपने परिणामों की रिपोर्ट की तारीख - को इलेक्ट्रॉन का जन्मदिन माना जाता है। और इस दिन परमाणुओं की "अविभाज्यता" का विचार अतीत की बात बन गया (पदार्थ की संरचना का परमाणु सिद्धांत देखें)। दस साल से कुछ अधिक समय बाद परमाणु नाभिक की खोज के साथ (रदरफोर्ड का प्रयोग देखें), इलेक्ट्रॉन की खोज ने परमाणु के आधुनिक मॉडल की नींव रखी।

ऊपर वर्णित "कैथोड" ट्यूब, या अधिक सटीक रूप से, कैथोड रे ट्यूब, आधुनिक टेलीविजन पिक्चर ट्यूब और कंप्यूटर मॉनिटर के सबसे सरल पूर्ववर्ती बन गए, जिसमें इलेक्ट्रॉनों की सख्ती से नियंत्रित मात्रा को गर्म कैथोड की सतह से बाहर निकाल दिया जाता है। वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्रों में वे कड़ाई से निर्दिष्ट कोणों पर विक्षेपित होते हैं और स्क्रीन की फॉस्फोरसेंट कोशिकाओं पर बमबारी करते हैं, जिससे उन पर एक स्पष्ट छवि बनती है, जो फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के परिणामस्वरूप होती है, जिसकी खोज कैथोड की वास्तविक प्रकृति के बारे में हमारी जानकारी के बिना असंभव होगी। किरणें.