A felfedezés előfeltételei, hipotézisek

Thomson tapasztalata az volt, hogy tanulmányozza a párhuzamos fémlemezek rendszerén áthaladó katódsugarak, amelyek elektromos teret hoztak létre, és tekercsrendszereket, amelyek mágneses teret hoztak létre. Felfedezték, hogy a gerendák elhajlottak, amikor mindkét mezőt külön alkalmazták, és bizonyos arány mellett a gerendák nem változtatták meg egyenes pályájukat. Ez a térarány a részecskesebességtől függött. Egy sor mérést követően Thomson rájött, hogy a részecskék mozgási sebessége jóval kisebb, mint a fénysebesség – így kiderült, hogy a részecskéknek tömeggel kell rendelkezniük. Továbbá feltételezték ezeknek a részecskéknek az atomokban való jelenlétét és az atom modelljét, amelyet később Rutherford kísérletei során fejlesztettek ki.

Megjegyzések

Források

Wikimédia Alapítvány. 2010.

Nézze meg, mi az „Az elektron felfedezése” más szótárakban:

A fizika ága, amely az atomok belső szerkezetét vizsgálja. Az eredetileg oszthatatlannak hitt atomok összetett rendszerek. Hatalmas, protonokból és neutronokból álló magjuk van, amely körül az üres térben mozognak... ... Collier enciklopédiája

Ennek a kifejezésnek más jelentése is van, lásd: Elektron (jelentések). Az elektronszimbólum tömege 9,10938291(40) 10–31 kg, 0,510998928(11) MeV ... Wikipédia

- (a latin materialis anyagból) poliszemantikus eszme, amely leggyakrabban az alábbi jelentések valamelyikét vagy némelyikét kapja. 1. Állítás a létezésről vagy a valóságról: Csak az anyag létezik vagy valóságos; a lényeg... Filozófiai Enciklopédia

Tudománytörténet ... Wikipédia

A kognitív tevékenység speciális típusa, amelynek célja objektív, szisztematikusan szervezett és megalapozott tudás kialakítása a világról. Kölcsönhatásba lép más típusú kognitív tevékenységekkel: mindennapi, művészi, vallási, mitológiai... Filozófiai Enciklopédia

Elektron Szimbólum Tömeg 9,10938215(45)×10−31kg, 0.510998910(13) MeV/c2 Antirészecskés pozitron osztályok fermion, lepton ... Wikipédia

Elektron Szimbólum Tömeg 9,10938215(45)×10−31kg, 0.510998910(13) MeV/c2 Antirészecskés pozitron osztályok fermion, lepton ... Wikipédia

Kikoin A.K. Az elektron felfedezése //Kvantum. - 1985. - 3. sz. - P. 18-20.

Külön megállapodás alapján a Kvant folyóirat szerkesztőbizottságával és szerkesztőivel

Az „elektron” szó – az egyik töltött elemi részecske neve – és származékai manapság talán leggyakrabban megtalálhatók a tudományos és műszaki irodalomban. Viszonylag a közelmúltban jelent meg az „elektronika” szó, amely egyrészt az elektronok elektromágneses terekkel való kölcsönhatásának tudományát, másrészt a technika új területét jelöli. Az olyan melléknevek, mint az „elektronikus”, „elektronikus” stb., széles körben bekerültek nyelvünkbe és életünkbe. Elég, ha felidézzük például a különféle elektronikus eszközök, elektronikus számítógépek létezését.

Mikor, ki és hogyan fedezte fel az elektront? Mikor, ki és hogyan határozta meg alapvető tulajdonságait és tisztázta a természetben betöltött szerepét?

Sugarak vagy részecskék?

Az elektron felfedezése a gázkisüléssel, vagyis az elektromos áram gázon való átvezetésének folyamatával kapcsolatos több évtizedes kutatás lezárását jelenti (Physics 9, § 70-72). Különösen a múlt század közepe táján azt találták, hogy ha kellően nagy feszültséget kapcsolnak az üvegcsőben gázzal lezárt elektródákra, akkor elektromos áram halad át a gázon, és maga a gáz izzik. Az izzás jellege a gáznyomástól és az alkalmazott feszültségtől függ, a fény színét pedig a gáz jellege határozza meg. Azonban kellően alacsony nyomáson (körülbelül egy pascal, azaz százezrelék atmoszféra) a gáz izzása szinte eltűnik (bár az áram tovább folyik), de a cső üvege egy izzításba kezd. zöldes fény.

Mi történik a kisülési csőben, miután a gázfény eltűnik? Ebben a kérdésben hosszú távú vita alakult ki a jelenséget legaktívabban tanulmányozó fizikusok között.

Német fizikusok (G. Hertz, E. Goldstein) úgy vélték, hogy a cső katódjából speciális sugarak áradnak ki, amelyek hatására az üveg izzik. Ezért hívták őket katódsugarak. Hertz, aki felfedezte az elektromágneses hullámokat, természetesen hajlamos volt azt hinni, hogy a katódsugarak különleges elektromágneses hullámok, hasonlóak a fényhez, de láthatatlan fény.

Angol fizikusok (W. Crookes, A. Schuster, majd J. J. Thomson) úgy vélték, hogy nem sugarak jönnek ki a katódból, hanem néhány negatív töltésű részecske, és ezek hatására izzott az üveg. Crookes például azzal érvelt, hogy ezek olyan gázmolekulák, amelyek a katódtól távolodva negatív töltést vesznek fel, majd az anód felé felgyorsulnak a vonzási erő hatására. Ezt támasztotta alá az a tény, hogy a katódsugarakat mágneses tér eltéríti. Természetesen a német fizikusok is tudtak erről a fontos tényről, de akkor még nem volt biztos, hogy az elektromágneses hullámok nem lépnek kölcsönhatásba a mágneses mezővel.

Mindkét vitatkozó fél határozottan megállapította, hogy a katódsugarak tulajdonságai nem függenek attól, hogy a katód milyen anyagból készül. Ez a vita nagyon gyümölcsöző volt, mivel a tudósok mindegyik csoportja megpróbált olyan kísérleteket kitalálni és végrehajtani, amelyek bebizonyították, hogy igazuk van.

A döntő kísérleteket 1897-ben Joseph John Thomson angol fizikus végezte. Ezek a kísérletek a töltött részecskék elektromos és mágneses térben történő mozgásának megfigyeléséből álltak.

Töltött részecskék mozgása elektromos és mágneses térben

A legutóbbi számban „A Faraday-számról és a töltött részecske fajlagos töltéséről” című cikkben kimutatták, hogy a sebesség υ és a gyorsulás A egy töltött részecske elektromos térben lévő töltése határozza meg a részecske fajlagos töltése \(~\dfrac(q)(m)\) ( q- részecsketöltés, m- tömege):

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

Ahol U- feszültség és E- térerősség.

De kiderül, hogy egy részecske mozgása be mágneses a mezőt a fajlagos töltése is meghatározza. Mutassuk meg.

Részecskénként töltéssel q(az egyszerűség kedvéért pozitívnak fogjuk tekinteni), \(~\vec \upsilon\) kezdeti sebességgel mozogva indukciós mágneses térben \(~\vec B\), a Lorentz-erő \(~\vec F_L\) törvények ("Fizika 9", 89. §). Ha a \(~\vec \upsilon\) vektor merőleges a \(~\vec B\) vektorra, akkor a Lorentz-erő abszolút értékben egyenlő qυBés a sebességvektorra és a mágneses indukcióvektorra merőlegesen irányul. Mivel az erő merőleges a részecske sebességére, ezért a részecske körben mozog, ami centripetális gyorsulást ad neki. Newton második törvényének erre az esetre a formája van

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

hol a sugár r köröket kapunk

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

Így egy részecske mágneses indukciójának és kezdeti sebességének adott értékénél a pályájának görbületi sugarát valójában a részecske fajlagos töltése határozza meg \(~\left(\dfrac(q)(m) \right) \).

Az utolsó egyenlőségből egy képletet kaphatunk magának a fajlagos töltésnek a meghatározására:

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

A kör sugara rés indukció BAN BEN könnyen mérhető. De még mindig tudnia kell a sebességet υ olyan részecskék, amelyeket nem olyan könnyű mérni. Thomsonnak sikerült megkerülnie ezt a nehézséget. És ez így van.

J. J. Thomson kísérletei

Thomson kísérleteinek célja az volt, hogy meghatározzák azoknak a feltételezett részecskéknek a fajlagos töltését, amelyek az angol fizikusok szerint katódsugarakat képeznek. A Thomson által készített készülék sematikusan látható az ábrán.

Egy katódot egy üvegedénybe forrasztanak NAK NEK, és anód A, membrán és kondenzátor lemezek. Között NAK NEKÉs A kellően nagy feszültséget szolgáltatnak a katódsugarak előállításához. Az anódon és a membránon lévő lyukak „kivágnak” egy keskeny sugársugarat, amely az edény szemközti falába ütközik, ahol az üveg izzást okoz. A szaggatott kör az ábrán a tekercseket jelöli (az edényen kívül), amelyek a kondenzátor elektromos terére (és az ábra síkjára) merőleges mágneses teret hoznak létre.

Ha csak egy kondenzátor elektromos tere jön létre a csőben, és a felső lemez pozitív töltésű, akkor a sugárnyaláb, ha valóban negatív töltésű részecskékből áll, felfelé eltérül (pálya a a képen). Ha csak mágneses teret hozunk létre, amely a minta síkján túlra irányul tőlünk, akkor a nyaláb lefelé terelődik (trajektória b). A cső végfalának fénye alapján könnyen megállapítható, hogy a sugár pontosan hol ütközik.

De lehetőség van az elektromos térerősség \(~\vec E\) és a mágneses indukció \(~\vec B\) olyan értékeinek kiválasztására, hogy a nyaláb egyáltalán ne térjen el, és egyenes úton haladjon (az ábrán látható az ábrán pirossal). Ez azt jelenti, hogy a részecskére ható elektromos erő nagysága egyenlő a Lorentz-erővel: qE = qυB. Innen kapjuk a részecskesebesség kifejezését \(~\upsilon = \dfrac(E)(B)\). Ha behelyettesítjük a fajlagos töltés képletébe, azt találjuk

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

Thomson kísérletében minden a várt módon történt. Elektromos térben a sugár egy pályán mozgott ( a), mágnesben - másképp ( b). Amikor mindkét mező egyidejűleg hatott, a sugár egyáltalán nem térült el.

A könnyen mérhető mennyiségeket tartalmazó (és a részecskesebességet nem tartalmazó) képlettel (*) meg lehetett határozni a korábban katódsugaraknak nevezett részecskék fajlagos töltését. E részecskék fajlagos töltése szörnyen nagynak bizonyult: 1,76·10 11 C/kg. Ezeket a részecskéket elektronoknak nevezzük. Ezért ma már általánosan elfogadott, hogy az elektron felfedezésének éve 1897, és ennek a legfontosabb felfedezésnek a szerzője Joseph John Thomson.

Mivel az elektronok mindig kirepülnek a kisülési cső katódjából, függetlenül attól, hogy a katód milyen anyagból készült, arra a következtetésre juthatunk, hogy az elektronok bármely atom részei. Thomson ezt a hipotézist ugyanebben 1897-ben fejtette ki.

Az elkövetkező néhány évben Thomson (valamint más tudósok) kimutatta, hogy a termikus emisszió során felmelegített fémből kibocsátott részecskék azonos fajlagos töltéssel rendelkeznek, vagyis egyben elektronok is. A fémekből fény hatására kilökődő részecskék is azonos fajlagos töltéssel rendelkeznek. És ezek is elektronok!

J. J. Thomson 1906-ban fizikai Nobel-díjat kapott az elektromosság gázokon való áthaladásával kapcsolatos elméleti és kísérleti tanulmányaiért (ami az elektron felfedezéséhez vezetett).

Az elektron tömegéről és töltéséről

Egy elektron fajlagos töltésének értékét ismerve külön-külön sem a töltés értékéről, sem az elektron tömegének értékéről nem lehet semmit mondani. A múlt század végén azonban már ismert volt a hidrogénion fajlagos töltésének értéke, valamint az is, hogy a hidrogénion töltése abszolút értékben (de nem előjelben) megegyezik a töltéssel. az elektroné. És ez lehetővé teszi, hogy mondjunk valamit az elektron tömegéről. Valójában az elektron és a hidrogénion fajlagos töltése egyenlő

\(~\dfrac(e)(m_e) = 1,76 \cdot 10^(11)\) C/kg, \(~\dfrac(e)(m_H) = 9,65 \cdot 10^(7) \) C/ kg

(Itt e- elektron töltési modulus, ahogy általában jelölik, m e - elektron tömeg, m H - hidrogénion tömege). A \(~\dfrac(e)(m_e)\)-t elosztva \(~\dfrac(e)(m_H)\-vel, azt kapjuk, hogy az elektron tömege körülbelül 1840-szer kisebb, mint a hidrogénion tömege.

Körülbelül 15 évvel Thomson kísérletei után R. Millikan az USA-ban és A. F. Ioffe Oroszországban közvetlenül megmérte az elektron töltését, amely 1,6·10 -19 C-nak bizonyult. Így az elektron tömege 9,1·10 -31 kg. Ezek a töltés és a tömeg legkisebb értékei a természetben.

Joseph John Thomson Manchesterben született. Itt Manchesterben végzett az Owens College-ban, majd 1876-1880-ban a Cambridge-i Egyetemen tanult a híres College of the Holy Trinity-ben (Trinity College). 1880 januárjában Thomson sikeresen letette záróvizsgáit, és a Cavendish Laboratóriumban kezdett dolgozni.

Thomson a kísérleti fizika megszállottja volt. Megszállottan a szó legjobb értelmében. Thomson tudományos eredményeit nagyra értékelte a Cavendish Laboratórium igazgatója Rayleigh. Amikor 1884-ben lemondott igazgatói posztjáról, nem habozott Thomsont ajánlani utódjának.

1884 és 1919 között Thomson vezette a Cavendish laboratóriumot. Ez idő alatt a világfizika jelentős központjává, a fizikusok nemzetközi iskolájává vált. Itt kezdtük meg tudományos útunkat Rutherford, Bor, Langevinés sokan mások, köztük orosz tudósok.

Thomson kutatási programja széles volt: az elektromos áram gázokon való áthaladásának kérdései, a fémek elektronelmélete, a különféle sugarak természetének kutatása...

A katódsugarak tanulmányozása után Thomson mindenekelőtt úgy döntött, hogy megvizsgálja, vajon kellő körültekintéssel végezték-e elődei kísérleteit, akik a sugarak elektromos térrel történő eltérítését érték el. Megismételt kísérletet fog ki, ehhez speciális berendezéseket tervez, figyeli a megrendelés végrehajtásának alaposságát, a várt eredmény nyilvánvaló.

A Thomson által tervezett csőben a katódsugarakat engedelmesen vonzották a pozitív töltésű lemezhez, és egyértelműen taszították a negatívtól. Vagyis úgy viselkedtek, ahogy az várható volt a gyorsan repülő, negatív elektromossággal feltöltött apró testtestek folyamától. Kiváló eredmény!

Ez minden bizonnyal véget vethet a katódsugarak természetével kapcsolatos vitáknak. Thomson azonban nem tekintette kutatását befejezettnek. Miután minőségileg meghatározta a sugarak természetét, pontos mennyiségi definíciót akart adni az őket alkotó sejttestekre.

Az első sikertől inspirálva új csövet tervezett: egy katódot, gyorsító elektródákat gyűrűk és lemezek formájában, amelyekre terelőfeszültséget lehetett alkalmazni. A katóddal szemközti falra vékony réteget vitt fel olyan anyagból, amely a beérkező részecskék hatására izzik. Az eredmény a katódsugárcsövek őse volt, amely annyira ismerős volt számunkra a televíziók és radarok korában.

Thomson kísérletének célja az volt, hogy egy sejtnyalábot elektromos térrel eltérítsen, és ezt az elhajlást mágneses térrel kompenzálja. A kísérlet eredményeként levont következtetések elképesztőek voltak. Először is kiderült, hogy a részecskék óriási sebességgel, közel fénysebességgel repülnek a csőben. Másodszor pedig a testek tömegegységére eső elektromos töltés fantasztikusan nagy volt.

Milyen részecskék voltak ezek: hatalmas elektromos töltéseket hordozó ismeretlen atomok, vagy jelentéktelen tömegű, de kisebb töltésű apró részecskék? Felfedezte továbbá, hogy a fajlagos töltés és az egységnyi tömeg aránya állandó érték, amely független a részecskék sebességétől, a katód anyagától és a gáz természetétől, amelyben a kisülés megtörténik.

Az ilyen függetlenség riasztó volt. Úgy tűnik, hogy a testek valamiféle univerzális anyagrészecskék, atomok alkotóelemei voltak. „A kísérletek hosszas vitája után – írja visszaemlékezésében Thompson – kiderült, hogy nem kerülhettem el a következő következtetéseket:

1. Az atomok nem oszthatatlanok, mert a negatív töltésű részecskéket elektromos erők, gyorsan mozgó részecskék becsapódása, ultraibolya fény vagy hő kiszakíthatják belőlük.

2. Ezek a részecskék mind azonos tömegűek, ugyanazt a negatív elektromos töltést hordozzák, függetlenül attól, hogy milyen atomokból származnak, és minden atom alkotóelemei.

3. E részecskék tömege kisebb, mint egy ezredrésze a hidrogénatom tömegének. Eredetileg ezeket a részecskéket korpuszkuláknak neveztem, de manapság a megfelelőbb "elektron" néven nevezik őket.

Thomson elkezdte a számításokat. Mindenekelőtt meg kellett határozni a titokzatos testek paramétereit, majd talán el lehet dönteni, hogy mik is azok. A számítások eredményei azt mutatták: kétségtelenül az ismeretlen részecskék nem mások, mint a legkisebb elektromos töltések - oszthatatlan elektromos atomok, vagy elektronok.

1897. április 29-én abban a helyiségben, ahol a Londoni Királyi Társaság több mint kétszáz éven át ülései zajlottak, beszámolója hangzott el. A hallgatók örültek. A jelenlévők örömét egyáltalán nem magyarázta, hogy J. J. Thomson kolléga olyan meggyőzően tárta fel a katódsugarak valódi természetét.

A helyzet sokkal súlyosabb volt. Az atomok, az anyag elsődleges építőkövei, megszűntek elemi, kerek szemcsék lenni, áthatolhatatlanok és oszthatatlanok, belső szerkezet nélküli részecskék...

Ha negatív töltésű részecskék kirepülhettek belőlük, az azt jelenti, hogy az atomoknak valamiféle összetett rendszernek kellett lenniük, olyan rendszernek, amely pozitív elektromossággal töltött valamiből és negatív töltésű testekből - elektronokból áll. Most tovább, láthatóvá váltak a jövőbeni keresések legszükségesebb irányai.

Először természetesen pontosan meg kellett határozni egy elektron töltését és tömegét. Ez lehetővé tenné az összes elem atomtömegének tisztázását, a molekulák tömegének kiszámítását, és ajánlásokat adna a reakciók helyes összetételére.

1903-ban ugyanabban a Cavendish-laboratóriumban, Thomsonban G. Wilson fontos változást hozott Thomson módszerében. Egy olyan edényben, amelyben az ionizált levegő gyors adiabatikus tágulása megy végbe, kondenzátorlemezeket helyeznek el, amelyek között elektromos tér képződik, és megfigyelhető a felhő hullása, tér jelenlétében és hiányában egyaránt.

Wilson mérései az elektron töltésének 3,1-szeresét adtak az abs.el mínusz tizedik hatványához. egységek Wilson módszerét sok kutató alkalmazta, köztük a Szentpétervári Egyetem hallgatói is MalikovÉs Alekszejev, aki úgy találta, hogy a töltés 4,5-szerese 10 a mínusz tizedes teljesítmény abs.el. egységek Ez volt a legközelebbi eredmény a valódi értékhez, amelyet azelőtt kaptak, hogy a Millikan 1909-ben elkezdte mérni az egyéni eséseket.

Tehát felfedezték és megmérték elektron - univerzális atomrészecske, az első a fizikusok által felfedezett úgynevezett „elemi részecskék” közül. Ez a felfedezés lehetővé tette a fizikusok számára, hogy mindenekelőtt felvehessék az anyag elektromos, mágneses és optikai tulajdonságainak újszerű vizsgálatának kérdését.

Információforrás: Samin D.K. „Száz nagy tudományos felfedezés”, M.: „Veche”, 2002.

A vita arról, hogy ki fedezte fel az elektront, a mai napig tart. Joseph Thomson mellett egyes tudománytörténészek Hendrik Lorentz-et és Peter Zeemant látják az elemi részecske felfedezőjének, mások - Emil Wichert, mások - Philip Lenard. Szóval ki ő - a tudós, aki felfedezte az elektront?

Az atom oszthatatlant jelent

Az "atom" fogalmát a filozófusok vezették be. Az ókori görög gondolkodó, Leukippusz a Kr.e. V. században. e. azt sugallta, hogy a világon minden apró részecskékből áll. Tanítványa, Démokritosz atomoknak nevezte őket. A filozófus szerint az atomok a világegyetem „építőkövei”, oszthatatlanok és örökkévalóak. Az anyagok tulajdonságai formájuktól és külső szerkezetüktől függenek: az áramló víz atomjai simaak, a fématomok profilfogakkal rendelkeznek, amelyek keménységet adnak a testnek.

A kiváló orosz tudós, M. V. Lomonoszov, az atomi-molekuláris elmélet megalapítója úgy vélte, hogy az egyszerű anyagok összetételében a sejteket (molekulákat) egy típusú atom, míg a komplexeket különböző típusú atomok alkotják.

Egy autodidakta kémikus (Manchester) 1803-ban kísérleti adatokra támaszkodva, és a hidrogénatomok tömegét hagyományos mértékegységnek véve megállapította egyes elemek relatív atomtömegét. Az angolok atomelmélete nagy jelentőséggel bírt a kémia és a fizika további fejlődése szempontjából.

A 20. század elejére kísérleti adatok egész sora halmozódott fel, amelyek bizonyítják az atom szerkezetének összetettségét. Ide tartozik a fotoelektromos hatás jelensége (G. Hertz, A. Stoletov 1887), a katód (J. Plücker, W. Crooks, 1870) és a röntgensugarak (V. Roentgen, 1895), a radioaktivitás (A) felfedezése. Becquerel, 1896).

A katódsugarakkal dolgozó tudósokat két táborra osztották: egyesek a jelenség hullám jellegét, mások a korpuszkuláris természetet feltételezték. Kézzelfogható eredményeket ért el Jean Baptiste Perin, az Ecole Normale Supérieure (Lille, Franciaország) professzora. 1895-ben kísérletekkel kimutatta, hogy a katódsugarak negatív töltésű részecskék áramlása. Talán Peren a fizikus, aki felfedezte az elektront?

A nagy teljesítmények küszöbén

George Stoney fizikus és matematikus (Royal Irish University, Dublin) 1874-ben hangot adott annak a feltételezésnek, hogy az elektromosság diszkrét. Melyik évben és ki volt? Az elektrolízissel kapcsolatos kísérleti munka során D. Stoney határozta meg a minimális elektromos töltés értékét (bár a kapott eredmény (10 -20 C) 16-szor kisebb volt a ténylegesnél ). 1891-ben egy ír tudós az elemi elektromos töltés mértékegységét „elektronnak” nevezte (az ógörög „borostyán” szóból).

Egy évvel később Hendrik Lawrence Netherlands) megfogalmazta elektronikai elméletének főbb rendelkezéseit, amelyek szerint bármely anyag szerkezete diszkrét elektromos töltéseken alapul. Ezeket a tudósokat nem tekintik a részecske felfedezőjének, de elméleti és gyakorlati kutatásaik megbízható alapot nyújtottak Thomson jövőbeli felfedezéséhez.

Megingathatatlan lelkes

Arra a kérdésre, hogy ki és mikor fedezte fel az elektront, az enciklopédiák egyértelmű és egyértelmű választ adnak – Joseph John Thomson 1897-ben. Mi tehát az angol fizikus érdeme?

A Londoni Királyi Társaság leendő elnökének édesapja könyvkereskedő volt, és gyermekkora óta beleoltotta fiába a nyomtatott szó szeretetét és az új ismeretek iránti vágyat. A fiatal matematikus, Joseph Thomson az Owens College (1903-tól és 1880-ban a Cambridge-i Egyetem) elvégzése után a Cavendish Laboratóriumban dolgozott. A kísérleti kutatások teljesen lenyűgözték a fiatal tudóst. A kollégák megjegyezték fáradhatatlanságát, elszántságát és rendkívüli szenvedélyét a gyakorlat iránt. munka.

1884-ben, 28 évesen Thomsont kinevezték a laboratórium igazgatójává, Lord C. Rayleigh utódjaként. Thomson vezetése alatt a laboratórium a következő 35 évben a világ fizika egyik legnagyobb központjává nőtte ki magát. N. Bor és P. Langevin innen indult útjára.

Figyelem a részletekre

Thomson a katódsugarak tanulmányozásával kapcsolatos munkáját elődei kísérleteinek ellenőrzésével kezdte. Számos kísérlethez speciális berendezéseket készítettek a laboratóriumigazgató személyes rajzai alapján. Miután megkapta a kísérletek minőségi megerősítését, Thomsonnak eszébe sem jutott abbahagyni. Fő feladatának a sugarak és alkotó részecskéi természetének pontos mennyiségi meghatározását tekintette.

A következő kísérletekre tervezett új cső nem csak a szokásos katód- és gyorsítóelektródákat (lemezek és gyűrűk formájában) tartalmazta terelőfeszültséggel. A vértestek áramát egy vékony anyagréteggel borított képernyőre irányították, amely izzott, amikor a részecskék ütköztek. Az áramlást az elektromos és a mágneses mező együttes hatására kellett volna szabályozni.

Egy atom alkotóelemei

Nehéz úttörőnek lenni. Még nehezebb megvédeni a több ezer éve kialakult elképzelésekkel ellentétes hiedelmeit. Az önmagában és a csapatában való hit tette Thomsont az elektron felfedezőjévé.

A tapasztalat lenyűgöző eredményeket hozott. A részecskék tömege 2 ezerszer kisebbnek bizonyult, mint a hidrogénionoké. A testrész töltésének tömegéhez viszonyított aránya nem függ az áramlási sebességtől, a katód anyagának tulajdonságaitól vagy a kisülési gázközeg természetétől. Eszembe jutott egy olyan következtetés, amely minden alapnak ellentmond: a korpuszkulák az anyag univerzális részecskéi egy atomon belül. Thomson időről időre szorgalmasan és gondosan ellenőrizte a kísérletek és számítások eredményeit. Amikor már nem volt kétség, jelentést tettek a katódsugarak természetéről a Londoni Királyi Társaságnak. 1897 tavaszán az atom megszűnt oszthatatlan lenni. 1906-ban Joseph Thomson fizikai Nobel-díjat kapott.

Ismeretlen Johann Wichert

A köningsböri, majd a göttingeni egyetem geofizika tanára, bolygónk szeizmográfiájának kutatója, Johann Emil Wichert neve ismertebb a geológusok és geográfusok szakmai köreiben. De a fizikusok számára is ismerős. Ez az egyetlen személy, akit a hivatalos tudomány Thomsonnal együtt az elektron felfedezőjeként ismer el. És hogy teljesen pontosak legyünk, a Wichert kísérleteit és számításait leíró munka 1897 januárjában jelent meg – négy hónappal korábban, mint az angol jelentésében. Történelmileg már eldöntötték, hogy ki fedezte fel az elektront, de a tény tény marad.

Referenciaként: Thomson egyetlen művében sem használta az „elektron” kifejezést. A "testek" nevet használta.

Ki fedezte fel a protont, a neutront és az elektront?

Az első elemi részecske felfedezése után kezdtek feltételezések lenni az atom lehetséges szerkezetéről. Az egyik első modellt maga Thomson javasolta. Az atom szerinte olyan, mint egy darab mazsolapuding: egy pozitív töltésű test, amelyet negatív részecskék tarkítanak.

1911-ben (Új-Zéland, Nagy-Britannia) azt javasolta, hogy az atommodellnek bolygószerkezete van. Két évvel később feltételezte egy pozitív töltésű részecske létezését az atommagban, és miután kísérleti úton megszerezte, protonnak nevezte. Megjósolta egy proton tömegű semleges részecske jelenlétét is az atommagban (a neutront J. Chadwick angol tudós fedezte fel 1932-ben). 1918-ban Joseph Thomson átadta a laboratórium irányítását Ernest Rutherfordnak.

Mondanunk sem kell, hogy az elektron felfedezése lehetővé tette számunkra, hogy új pillantást vetjünk az anyag elektromos, mágneses és optikai tulajdonságaira. Thomson és követőinek az atom- és magfizika fejlődésében betöltött szerepét nehéz túlbecsülni.

Az elektron egy szubatomi részecske, amely mind az elektromos, mind a mágneses mezőre reagál.

A 19. század második felében a fizikusok aktívan tanulmányozták a katódsugarak jelenségét. A legegyszerűbb készülék, amelyben megfigyelték őket, egy finomított gázzal töltött, lezárt üvegcső volt, amelybe mindkét oldalon elektródát forrasztottak: az egyik oldalon. katód, csatlakoztatva az elektromos akkumulátor negatív pólusához; másikkal - anód, csatlakozik a pozitív pólushoz. Amikor nagy feszültséget kapcsoltak a katód-anód párra, a csőben lévő ritkított gáz izzani kezdett, és alacsony feszültségeknél az izzás csak a katód régióban volt megfigyelhető, és a feszültség növekedésével - a teljes cső belsejében; azonban amikor a gázt kiszivattyúzták a csőből, egy bizonyos pillanattól kezdve a fény eltűnt a katód tartományban, és az anód közelében maradt. A tudósok ezt a fényt tulajdonították katódsugarak.

Az 1880-as évek végére a katódsugarak természetéről folytatott vita éles polemikus jelleget öltött. A német iskola kiemelkedő tudósainak túlnyomó többsége azon a véleményen volt, hogy a katódsugarak a fényhez hasonlóan a láthatatlan éter hullámzavarai. Angliában azon a véleményen voltak, hogy a katódsugarak ionizált molekulákból vagy magának a gáznak atomjaiból állnak. Mindkét félnek erős bizonyítékai voltak hipotézisük alátámasztására. A molekuláris hipotézis támogatói helyesen mutattak rá arra a tényre, hogy a katódsugarakat a mágneses tér hatása eltéríti, míg a fénysugarakat a mágneses tér nem befolyásolja. Ezért töltött részecskékből állnak. Másrészt a korpuszkuláris hipotézis támogatói számos jelenséget nem tudtak megmagyarázni, különösen az 1892-ben felfedezett vékony alumíniumfólián keresztül a katódsugarak szinte akadálytalan áthaladásának hatását.

Végül 1897-ben a fiatal angol fizikus, J. J. Thomson végleg véget vetett ezeknek a vitáknak, és egyúttal az elektron felfedezőjeként vált évszázadokon át híressé. Thomson kísérletében egy továbbfejlesztett katódsugárcsövet használt, amelynek kialakítását elektromos tekercsekkel egészítették ki, amelyek (az Ampere-törvény szerint) mágneses teret hoztak létre a cső belsejében, és párhuzamos elektromos kondenzátorlemezekkel, amelyek elektromos teret hoztak létre a cső belsejében. a cső. Ennek köszönhetően lehetővé vált a katódsugarak viselkedésének vizsgálata mágneses és elektromos mezők hatására egyaránt.

Egy új csőkialakítással Thomson következetesen megmutatta, hogy:

• a katódsugarak mágneses térben eltérnek elektromos tér hiányában;
• a katódsugarakat mágneses tér hiányában elektromos térben eltérítik;
• a kiegyensúlyozott intenzitású, külön-külön ellentétes irányú eltérést okozó irányokba orientált elektromos és mágneses mezők egyidejű hatására a katódsugarak egyenes vonalúan terjednek, vagyis a két tér hatása kölcsönösen kiegyensúlyozott.

Thomson azt találta, hogy az elektromos és mágneses mezők közötti kapcsolat, amelynél hatásuk kiegyensúlyozott, a részecskék mozgási sebességétől függ. Méréssorozat elvégzése után Thomson képes volt meghatározni a katódsugarak mozgási sebességét. Kiderült, hogy sokkal lassabban mozognak, mint a fénysebesség, ami azt jelentette, hogy a katódsugarak csak részecskék lehetnek, mivel minden elektromágneses sugárzás, beleértve magát a fényt is, fénysebességgel halad (lásd: Elektromágneses sugárzás spektruma). Ezek az ismeretlen részecskék. Thomson „testtesteknek” nevezte őket, de hamarosan „elektronok” néven váltak ismertté.

Azonnal világossá vált, hogy az elektronoknak az atomok részeként kell létezniük – különben honnan származnának? 1897. április 30-át – amikor Thomson a Londoni Királyi Társaság ülésén beszámolt eredményeiről – az elektron születésnapjának tekintik. És ezen a napon az atomok „oszthatatlanságának” gondolata a múlté lett (lásd: Az anyag szerkezetének atomi elmélete). Az atommag felfedezésével együtt, amely valamivel több mint tíz évvel később következett (lásd Rutherford kísérletét), az elektron felfedezése megalapozta az atom modern modelljét.

A fent leírt „katódcsövek”, pontosabban a katódsugárcsövek a modern televíziós képcsövek és számítógép-monitorok legegyszerűbb elődjei lettek, amelyekben szigorúan ellenőrzött mennyiségű elektron üt ki a forró katód felületéről, hatása alatt. a váltakozó mágneses mezőkből szigorúan meghatározott szögekben eltérnek, és bombázzák a képernyők foszforeszkáló celláit, tiszta képet alkotva rajtuk, a fotoelektromos hatás eredményeként, amelynek felfedezése szintén lehetetlen lenne a katód valódi természetének ismerete nélkül. sugarak.