Адкрыццё электрона: Джозэф Джон Томсан

У 1897 году брытанскім фізікам Джозэфам Джонам Томсанам (1856-1940) было здзейснена адкрыццё электрона пасля серыі эксперыментаў, мэтай якіх было вывучэння прыроды электрычнага разраду ў вакууме. Знакаміты вучоны інтэрпрэтаваў адхіленні прамянёў электрычнаму зараджаных пласцін і магнітаў ў якасці доказы таго, што электроны значна менш, чым атамы.

Вялікі фізік і вучоны павінен быў стаць інжынерам

Томсан Джозэф Джон, вялікі вучоны, фізік і настаўнік, павінен быў стаць інжынерам, так лічыў яго бацька, аднак у той час у сям'і не было сродкаў на аплату навучання. Замест гэтага малады Томсан наведваў каледж у Мачестере, а затым і ў Кембрыджы. У 1884 годзе ён быў прызначаны на прэстыжную пасаду прафесара эксперыментальнай фізікі ў Кембрыджы, хоць сам ён асабіста праводзіў вельмі мала эксперыментальных работ. Ён адкрыў у сабе талент да распрацоўкі апаратуры і дыягнаставанні звязаных з гэтым праблем. Томсан Джозэф Джон быў добрым выкладчыкам, натхняў сваіх вучняў і надаваў значную ўвагу шырокай праблеме развіцця навукі выкладання ва універсітэце і сярэдняй школе.

Лаўрэат Нобелеўскай прэміі

Томсан атрымаў мноства розных узнагарод, уключаючы Нобелеўскую прэмію па фізіцы ў 1906 годзе. Ён таксама меў вялікае задавальненне бачыць, як некаторыя з яго набліжаных атрымліваюць свае Нобелеўскія прэміі, у тым ліку Радэрфорд па хіміі ў 1908 годзе. Шэраг вучоных, такіх як Уільям Праут і Норман Локьер, выказалі здагадку, што атамы - гэта не самыя драбнюткія часціцы ў Сусвеце і што яны пабудаваны з больш фундаментальных адзінак.

Адкрыццё электрона (коратка)

У 1897 году Томпсан выказаў здагадку, што адна з асноўных адзінак у 1000 разоў менш атама, гэтая субатомных часціца стала вядомая як электрон. Навуковец выявіў гэта, дзякуючы сваім даследаванням пра ўласцівасці катодных прамянёў. Ён ацаніў масу катодных прамянёў шляхам вымярэння цяпла, які выдаткоўваецца пры трапленні прамянёў цеплавога пераходу, і параўнаў яе з магнітным адхіленнем прамяня. Яго эксперыменты кажуць не толькі пра тое, што катодныя прамяні ў 1000 разоў лягчэй атама вадароду, але і тое, што іх маса была аднолькавай па-за залежнасці ад тыпу атама. Вучоны прыйшоў да высновы, што прамяні складаюцца з вельмі лёгкіх, адмоўна зараджаных часціц, якія з'яўляюцца універсальным будаўнічым матэрыялам для атамаў. Ён назваў гэтыя часціцы "корпускул", але пазней навукоўцы аддалі перавагу назву "электроны", прапанаванае Джорджам Джонстан Стогн ў 1891 годзе.

досведы Томпсана

Параўноўваючы адхіленне пучкоў катодных прамянёў з электрычным і магнітным палямі, фізік атрымаў больш надзейныя вымярэння зарада і масы электрона. Вопыт Томсана праводзіўся ўнутры спецыяльных электронна-прамянёвых трубак. У 1904 годзе ён высунуў гіпотэзу пра тое, што мадэль атама ўяўляе сабой сферу пазітыўнай матэрыі, у якой становішча часціц вызначаецца электрастатычнымі сіламі. Каб растлумачыць у цэлым нейтральным зарад атама, Томпсан выказаў здагадку, што корпускул былі размеркаваны ў аднастайным поле станоўчага зарада. Адкрыццё электрона дало магчымасць лічыць, што атам можна падзяліць на яшчэ больш дробныя часткі, і стала першым крокам да стварэння дэталёвай мадэлі атама.

Гісторыя адкрыцця

Джозэф Джон Томсан шырока вядомы як першаадкрывальнік электрона. Большую частку сваёй кар'еры прафесар працаваў над рознымі аспектамі праводнасці электрычнасці праз газы. У 1897 (год адкрыцця электрона) ён эксперыментальна даказаў, што так званыя катодныя прамяні на самай справе з'яўляюцца адмоўна зараджанымі часціцамі ў руху.

Шмат цікавых пытанняў звязана непасрэдна з працэсам адкрыцця. Відавочна, што характарыстыкамі катодных прамянёў займаліся яшчэ да Томсана, і некалькі навукоўцаў ужо ўнеслі свой важны ўклад. Ці можна тады з дакладнасцю сказаць, што менавіта Томсан быў першым, хто выявіў электрон? Бо ён не вынайшаў вакуумную трубку або наяўнасць катодных прамянёў. Адкрыццё электрона - гэта чыста кумулятыўны працэс. Крэдытуемай першаадкрывальнік ўносіць важнейшы ўклад, абагульняючы і сістэматызуючы ўвесь назапашаны да яго вопыт.

Электронна-прамянёвыя трубкі Томсана

Вялікае адкрыццё электрона было зроблена пры дапамозе адмысловага абсталявання і пры пэўных умовах. Томсанам была праведзена серыя эксперыментаў з выкарыстаннем прадуманай электронна-прамянёвай трубкі, якая ўключае ў сябе дзве пласціны, паміж імі павінны былі падарожнічаць прамяні. Былі прыпыненыя даўнія спрэчкі адносна прыроды катодных прамянёў, якія ўзнікаюць пры праходжанні электрычнага току праз посуд, з якога была откачана вялікая частка паветра. Гэтым пасудзінай была электронна-прамянёвая трубка. Ужываючы удасканалены вакуумны метад, Томсан змог высунуць пераканаўчы аргумент пра тое, што гэтыя прамяні складаюцца з часціц, незалежна ад віду газу і тыпу металу, які выкарыстоўваўся ў якасці правадыра. Томсана па праву можна назваць чалавекам, які расшчапіў атам.

Навуковы пустэльнік? Гэта не пра Томсана

Выбітны фізік свайго часу зусім не быў навуковым пустэльнікам, як часта думаюць пра геніяльных навукоўцаў. Ён быў адміністрацыйным кіраўніком вельмі паспяховай Кавендишской лабараторыі. Менавіта там навуковец пазнаёміўся з Роз Элізабэт Пэджет, на якой і ажаніўся ў 1890 годзе.

Томсан не толькі кіраваў побач даследчых праектаў, ён таксама фінансаваў рэканструкцыю лабараторных памяшканняў з невялікай падтрымкай ад універсітэта і каледжаў. Гэта быў таленавіты педагог. Людзі, якіх ён збіраў вакол сябе з 1895 па 1914 гады, прыязджалі ва ўсіх бакоў свету. Некаторыя з іх пад яго пачаткам атрымалі сем Нобелеўскіх прэмій. Менавіта пры працы з Томсанам ў Кавендишской лабараторыі ў 1910 году Эрнэст Радэрфорд правёў даследаванні, якія прывялі да сучаснага разумення ўнутранай структуры атама.

Томсан вельмі сур'ёзна ставіўся да сваёй выкладчыцкай дзейнасці: ён рэгулярна чытаў лекцыі ў пачатковых класах раніцай і выкладаў навуку аспірантам днём. Вучоны лічыў вучэнне карысным для даследчыка, паколькі яно патрабуе перыядычна пераглядаць базавыя ідэі і адначасова пакідаць месца для магчымасці адкрыцця чагосьці новага, на што раней ніхто не звяртаў увагі. Гісторыя адкрыцця электрона гэта наглядна пацвярджае. Большую частку сваёй навуковай дзейнасці Томпсан прысвяціў вывучэнню праходжання электрычнаму зараджаных часціц току скрозь разрэджаныя газы і вакуумнае прастору. Ён займаўся даследаваннем катодных і рэнтгенаўскіх прамянёў і ўнёс вялікі ўклад у вывучэнне фізікі атама. Акрамя гэтага, Томсанам была таксама распрацавана тэорыя руху электронаў у магнітным і электрычным палях.