Odkritje elektronov: Joseph John Thomson

Leta 1897 je britanski fizik Joseph John Thomson (1856-1940) odkril odkritje elektronov po vrsti eksperimentov, katerih cilj je bil proučiti naravo električnega praznjenja v vakuumu. Slavni znanstvenik je razlagal odstopanja žarkov električno napolnjenih plošč in magnetov kot dokaz, da so elektroni precej manjši od atomov.

Veliki fizik in znanstvenik je moral postati inženir

Thomson Joseph John, veliki znanstvenik, fizik in mentor, naj bi postal inženir, je razmišljal njegov oče, vendar takrat družina ni imela sredstev za plačilo šolnine. Namesto tega je mladi Thomson obiskoval koledž v Machesteru, nato pa v Cambridgeu. Leta 1884 je bil imenovan na prestižno mesto profesorja eksperimentalne fizike na Cambridgeu, čeprav je osebno opravil zelo malo eksperimentalnih del. Odkril je talent za razvoj opreme in diagnosticiranje s tem povezanih problemov. Thomson Joseph John je bil dober učitelj, navdihnil je svoje učence in veliko pozornost namenil širokemu problemu razvoja znanosti o poučevanju na univerzi in srednji šoli.

Nobelov nagrajenec

Thomson je prejel številne različne nagrade, vključno z Nobelovo nagrado za fiziko leta 1906. Z velikim veseljem je tudi videl, kako nekateri njegovi sodelavci prejmejo svoje Nobelove nagrade, vključno z Rutherfordom v kemiji leta 1908. Številni znanstveniki, kot so William Prout in Norman Lockyer, so predlagali, da atomi niso najmanjši delci v vesolju in da so zgrajeni iz več osnovnih enot.

Odkritje elektronov (na kratko)

Leta 1897 je Thompson predlagal, da je ena od osnovnih enot tisočkrat manjša od atoma, ta subatomski delec postal znan kot elektron. Znanstvenik je to odkril, zahvaljujoč raziskavam lastnosti katodnih žarkov. Ocenil je maso katodnih žarkov z merjenjem toplote, ki je bila sproščena, ko so žarki toplotnega prehoda prizadeli, in jo primerjali z magnetnim odklonom žarka. Njegovi poskusi pravijo ne le, da so katodni žarki 1000-krat lažji od atoma vodika, ampak tudi, da je njihova masa enaka ne glede na vrsto atoma. Znanstvenik je ugotovil, da so žarki sestavljeni iz zelo lahkih, negativno nabitih delcev, ki so univerzalni gradbeni material za atome. Te delce je imenoval "korpuske", kasneje pa so znanstveniki raje izbrali ime "elektroni", ki ga je predlagal George Johnston Stony leta 1891.

Thompsonovi poskusi

Če primerjamo odklon žarkov katodnih žarkov z električnimi in magnetnimi polji, je fizik dobil zanesljivejše meritve nabora in mase elektronov. Thomsonova izkušnja je bila izvedena znotraj posebnih katodnih cevi. Leta 1904 je postavil hipotezo, da je model atoma krog pozitivne snovi, v katerem je položaj delcev določen z elektrostatičnimi silami. Za razlago celote kot celote je Thompson predlagal, da se korpuske porazdelijo v homogeno polje pozitivnega naboja. Odkritje elektronov je omogočilo, da je mogoče atom razčleniti na še manjše dele in to je bil prvi korak pri izdelavi podrobnega modela atoma.

Zgodovina odkritja

Joseph John Thomson je splošno znan kot pionir elektronov. Večino svoje kariere je profesor delal na različnih vidikih prevodnosti električne energije s plini. Leta 1897 (leto odkrivanja elektronov) je eksperimentalno dokazal, da so tako imenovani katodni žarki v resnici negativno napolnjeni delci v gibanju.

Veliko zanimivih vprašanj je neposredno povezano s postopkom odkrivanja. Očitno je, da so značilnosti katodnih žarkov že pred Thomsonom, več znanstvenikov pa je že dalo svoj pomemben prispevek. Ali je mogoče natančno povedati, da je bil Thomson prvi, ki je odkril elektron? Konec koncev, ni izumil vakuumske cevi ali prisotnosti katodnih žarkov. Odkritje elektronov je čisto kumulativni proces. Kreditiran odkritar prispeva najpomembnejši prispevek, posploševanje in sistematizacijo vseh izkušenj, ki so se nabrali pred njim.

Tomsonov elektronski žarek

Veliko odkritje elektronov smo naredili s pomočjo posebne opreme in pod določenimi pogoji. Thomson je izvedel vrsto eksperimentov z uporabo premišljene cevi elektronske snopke, ki vključuje dve plošči, med katerimi so morali žarki potovati. Dolgoročni spori glede narave katodnih žarkov, ki so nastali pri prehodu električnega toka skozi plovilo, so bili zaustavljeni, od katerih je bila večina zraka evakuirana. To plovilo je bilo katodne cevi. Z uporabo izboljšane vakuumske metode je Thomson lahko predložil prepričljiv argument, da ti žarki sestavljajo delci, ne glede na vrsto plina in vrsto kovine, ki je bila uporabljena kot prevodnik. Thomson upravičeno lahko imenujemo oseba, ki je razdelila atom.

Znanstveni osvobojenec? Ne gre za Thomsona

Odličen fizik njegovega časa ni bil nikakršen znanstveni zasid, saj pogosto mislijo na briljantne znanstvenike. Bil je upravni vodja zelo uspešnega laboratorija Cavendish. Tam se je znanstvenik spoznal z Rosom Elizabeth Paget, na katerem se je poročil leta 1890.

Thomson ni le vodil številne raziskovalne projekte, temveč je financiral tudi obnovo laboratorijskih objektov z malo podpore na univerzi in visokih šolah. Bil je nadarjen učitelj. Ljudje, ki jih je zbral okrog njega od leta 1895 do leta 1914, so prišli v vse dele sveta. Nekateri pod njegovim poveljstvom so prejeli sedem Nobelovih nagrad. Bilo je med delom z Thomson v laboratoriju Cavendish leta 1910 Ernest Rutherford ki so vodile do sodobnega razumevanja notranje strukture atoma.

Thomson je bil zelo resen glede svojih poučevalnih dejavnosti: zjutraj je predaval na osnovnih tečajih in poučeval znanost, da bi popoldne diplomiral. Znanstvenik je upošteval, da je poučevanje koristno za raziskovalca, saj zahteva redno pregledovanje osnovnih idej in obenem pušča prostor za možnost odkrivanja novega, nekaj, na kar nihče ni prej opozoril. Zgodovina odkrivanja elektronov je jasno potrjena. Thompson je večino svojega znanstvenega dela posvetil študiji prehoda električno nabiti delci tekoč skozi redčeni plini in vakuumski prostor. Študiral je katodo in rentgensko žarke ter veliko prispeval k študiju atomske fizike. Poleg tega je Thomson razvil tudi teorijo gibanja elektrona na magnetnih in električnih poljah.