J. j. Thomson (Čeština)

OverviewEdit

Dne 22. prosince 1884, Thomson Cavendish byl jmenován Profesorem Fyziky na Univerzitě v Cambridge. Jmenování způsobila značné překvapení, vzhledem k tomu, že kandidáti jako Osborne Reynolds nebo Richard Glazebrook byli starší a zkušenější v laboratoři pracovat. Thomson byl známý pro svou práci jako matematik, kde byl uznán jako výjimečný talent.

v roce 1906 mu byla udělena Nobelova cena, “ za uznání velkých zásluh jeho teoretických a experimentálních výzkumů o vedení elektřiny plyny.,“V roce 1908 byl rytířem a v roce 1912 byl jmenován do Řádu Za zásluhy. V roce 1914 přednášel romány v Oxfordu o „atomové teorii“. V roce 1918 se stal mistrem Trinity College v Cambridge, kde zůstal až do své smrti. Joseph John Thomson zemřel 30. srpna 1940; jeho popel odpočívá ve Westminsterském opatství, poblíž hrobů sira Isaaca Newtona a jeho bývalého studenta Ernesta Rutherforda.

jeden z Thomsonových největších příspěvků k moderní vědě byl v jeho roli vysoce nadaného učitele., Jedním z jeho studentů byl Ernest Rutherford, který ho později nahradil jako Cavendish profesor fyziky. Kromě Thomson sám, šest z jeho výzkumných asistentů (Charles Glover Barkla, Niels Bohr, Max Born, William Henry Bragg, Owen Willans Richardson a Charles Thomson Rees Wilson) získal Nobelovu cenu za fyziku, a dva (Francis William Aston a Ernest Rutherford) získal Nobelovu cenu za chemii. Kromě toho Thomsonův syn (George Paget Thomson) získal v roce 1937 Nobelovu cenu za fyziku za prokázání vlnových vlastností elektronů.,

Brzy workEdit

Thomson je cena-vyhrávat diplomová práce, Pojednání o pohybu vírové kroužky, ukazuje jeho rané zájem o atomovou strukturu. V něm Thomson matematicky popsal pohyby vortexové teorie atomů Williama Thomsona.

Thomson publikoval řadu článků zabývajících se matematickými i experimentálními otázkami elektromagnetismu. Zkoumal elektromagnetické teorie světla James Clerk Maxwell představil koncept elektromagnetické hmotnosti nabitých částic, a ukázal, že pohybující se nabité tělo by zřejmě nárůstu hmotnosti.,

velká část jeho práce v matematickém modelování chemických procesů lze považovat za časnou výpočetní chemii. V další práci publikované v knižní podobě jako Aplikace dynamiky fyziky a chemie (1888), Thomson řešit transformaci energie v matematické a teoretické oblasti, což naznačuje, že všechna energie může být kinetická. Jeho další kniha, Poznámky o nedávné výzkumy v elektřině a magnetismu (1893), postavena na Maxwellových Pojednání o elektřině a magnetismu, a byl někdy označován jako „třetí objem Maxwell“., V něm Thomson zdůraznil fyzikální metody a experimentování a zahrnoval rozsáhlé údaje a diagramy přístrojů, včetně čísla pro průchod elektřiny plyny. Jeho třetí kniha, Prvky matematické teorie elektřiny a magnetismu (1895) byl čitelný úvod do širokou škálu témat, a dosáhl značné popularity jako učebnice.

série čtyř přednášek, které Thomson přednášel na návštěvě Princetonské univerzity v roce 1896, byly následně publikovány jako vypouštění elektřiny plyny (1897)., Thomson také představil sérii šesti přednášek na Yale University v roce 1904.

Objev electronEdit

Několik vědců, jako je William Prout a Norman Lockyer, navrhl, že atomy byly postaveny z více základních jednotek, ale oni si představovali, že tato jednotka bude velikost nejmenšího atomu vodíku. Thomson v roce 1897 jako první naznačil, že jedna ze základních jednotek byla více než 1000krát menší než atom, což naznačuje, že subatomární částice je nyní známá jako elektron. Thomson to objevil prostřednictvím svých výzkumů o vlastnostech katodových paprsků., Thomson učinil svůj návrh dne 30. Dubna 1897 po svém objevu, že katodové paprsky (v době známé jako lenardovy paprsky) mohou cestovat mnohem dále vzduchem, než se očekávalo u částice velikosti atomu. Odhadl hmotnost katodových paprsků měřením tepla generovaného, když paprsky zasáhly tepelnou křižovatku, a porovnal to s magnetickou deformací paprsků. Jeho experimenty navrhl nejen, že katodové paprsky byly více než 1000-krát lehčí než atom vodíku, ale také to, že jejich hmotnost byla stejná v jakémkoliv typu atom, odkud přišli., Dospěl k závěru, že paprsky byly složeny z velmi lehkých, negativně nabitých částic, které byly univerzálním stavebním kamenem atomů. Zavolal částice „krvinky“, ale později vědci preferovaný název elektron, který byl navrhl George Johnstone Stoney v roce 1891, před Thomson je skutečný objev.

V dubnu roku 1897, Thomson měl jen první náznaky, že katodové paprsky může být vychýlen elektricky (předchozí vyšetřovatelé jako Heinrich Hertz si myslel, že nemůže být)., Měsíc poté, Thomson oznámení tělísko, zjistil, že by mohl spolehlivě odstíní záření v elektrickém poli pokud evakuoval výbojka s velmi nízkým tlakem. Porovnáním vychýlení paprsku katodových paprsků elektrickými a magnetickými poli získal robustnější měření poměru hmotnosti k náboji, který potvrdil jeho předchozí odhady. To se stalo klasickým prostředkem měření poměru náboje k hmotnosti elektronu. (Samotný náboj nebyl změřen, dokud experiment Robert A.Millikan oil drop v roce 1909.,)

Thomson věřil, že buňky se vynořily z atomů stopového plynu uvnitř jeho katodových trubic. Dospěl tak k závěru, že atomy jsou dělitelné a že buňky jsou jejich stavebními kameny. V roce 1904, Thomson navrhl model atomu, vychází z hypotéz, že to byla koule z pozitivní ohledu na to, ve kterém elektrostatické síly určuje umístění krvinky. Aby vysvětlil celkový neutrální náboj atomu, navrhl, aby byly buňky distribuovány v jednotném moři kladného náboje., V tomto „plum pudding model“, elektrony byly pozorovány jak je zakotven v pozitivním nábojem jako rozinky v plum pudding (i když v thomsonova modelu byly ne stacionární, ale na orbitě rychle).

Thomson učinil objev, kolem stejného času, že Walter Kaufmann a Emil Wiechert objevil správnou hmotnost účtovat poměr těchto katodových paprsků (elektronů).

Izotopů a hmotnost spectrometryEdit

v roce 1912 Thomson a jeho výzkumný asistent F. W. Aston nasměrovali proud neonových iontů magnetickým a elektrickým polem a změřili jeho vychýlení umístěním fotografické desky do své cesty., Jsou pozorovány dvě skvrny světla na fotografickou desku (viz obrázek vpravo), který navrhl dvě různé paraboly průhybu, a dospěl k závěru, že neon se skládá z atomů dvou rozdílných atomových hmotností (neon-20 a neon-22), to znamená, že ze dvou izotopů. Toto byl první důkaz pro izotopy stabilního prvku; Frederick Soddy dříve navrhl existenci izotopů, aby vysvětlil rozpad určitých radioaktivních prvků.

J. J., Thomson oddělení neon izotopů podle jejich hmotnosti byl první příklad hmotnostní spektrometrie, která byla následně zlepšil a vyvinul obecnou metodu F. W. Aston a a. J. Dempster.

Experimenty s katodou raysEdit

Dříve, fyzici diskutovali, zda katodové paprsky byly nevýznamné, jako je světlo („nějaký proces v éteru“) nebo „ve skutečnosti zcela hmotné, a … označte cesty částic hmoty nabité negativní elektřinou“, cituje Thomson. Aetheriální hypotéza byla vágní,ale hypotéza částic byla pro Thomsona dostatečná k testování.,

magnetické vychýleníedit

Thomson nejprve zkoumal magnetické vychýlení katodových paprsků. Katodové paprsky jsou vyráběny ve straně trubice na levé straně přístroje a prošel anoda do hlavního recipientu, kde byly odraženy pomocí magnetu. Thomson zjistil jejich cestu fluorescencí na čtvercové obrazovce v nádobě. Zjistil, že bez ohledu na materiál anody a plynu v jar, vychýlení paprsků byl stejný, což naznačuje, že paprsky byly stejné podobě bez ohledu na jejich původ.,

Elektrické chargeEdit

Zatímco příznivci aetherial teorii přijali možnost, že negativně nabité částice jsou vyráběny v Crookes trubky, oni věřili, že jsou jen vedlejší produkt, a že katodové paprsky jsou samy o sobě nevýznamné., Thomson se rozhodl vyšetřit, zda skutečně mohl oddělit náboj od paprsků.

Thomson zkonstruoval Krokesovu trubici s elektroměrem nastaveným na jednu stranu, mimo přímou cestu katodových paprsků. Thomson mohl vysledovat cestu paprsku pozorováním fosforeskující náplasti, kterou vytvořil, kde zasáhl povrch trubice. Thomson poznamenal, že elektrometr zaregistroval náboj pouze tehdy, když k němu odklonil katodový paprsek magnetem. Došel k závěru, že záporný náboj a paprsky jsou jedno a to samé.,

elektrické vychýleníedit

V Květnu–červnu 1897, Thomson prošetřit, zda nebo ne, paprsky by mohly být odraženy v elektrickém poli. Předchozí experimentátoři to nedokázali pozorovat, ale Thomson věřil, že jejich experimenty byly chybné, protože jejich zkumavky obsahovaly příliš mnoho plynu.

Thomson vyrobil trubici Crookes s lepším vakuem. Na začátku trubice byla katoda, ze které se paprsky promítaly., Paprsky byly naostřeny na paprsek dvěma kovovými štěrbinami-první z těchto štěrbin se zdvojnásobila jako anoda, druhá byla připojena k zemi. Paprsek pak procházel mezi dvěma paralelními hliníkovými deskami, které mezi nimi vytvářely elektrické pole, když byly připojeny k baterii. Konec trubky byl velká koule, kde by paprsek dopadl na sklo, vytvořil zářící náplast. Thomson vložil měřítko na povrch této koule, aby změřil vychýlení paprsku., Žádné elektronového paprsku by kolidovat s některými atomy zbytkového plynu v Crookesova trubice, čímž ionizujícího je a produkci elektronů a iontů v trubici (prostorového náboje); v předchozí pokusy tento prostor poplatku elektricky stíněné externě aplikovaného elektrického pole. Nicméně, v Thomson Crookesova trubice hustota zbytkové atomů byla tak nízká, že prostor poplatek z elektronů a iontů byla nedostatečná elektricky obrazovce externě aplikované elektrické pole, které je dovoleno Thomson, aby se úspěšně sledovat elektrické deformace.,

Když se horní deska byla připojena na záporný pól baterie a spodní deska na kladný pól, zářící náplast posune směrem dolů, a když polaritu byl obrácen, patch přesunut nahoru.

Měření hmotnosti k náboji ratioEdit

Ve svém klasickém experimentu, Thomson změřil mass-to-charge ratio z katodové paprsky pomocí měření, jak moc byly odkloněny magnetickým polem a porovnání s elektrickým deformace., Použil stejný přístroj jako ve svém předchozím experimentu, ale umístil vypouštěcí trubici mezi póly velkého elektromagnetu. Zjistil, že poměr hmotnosti k náboji byl více než tisíckrát nižší než poměr vodíkového iontu (H+), což naznačuje, že částice byly velmi lehké a/nebo velmi vysoce nabité. Významně, paprsky z každé katody přinesly stejný poměr hmotnosti k náboji. To je na rozdíl od anodových paprsků (nyní je známo, že vznikají z pozitivních iontů emitovaných anodou), kde se poměr hmotnosti k náboji liší od anody k anodě., Thomson sám zůstal kritický k tomu, co jeho práce založila, ve svém projevu o přijetí Nobelovy ceny odkazujícím spíše na „krvinky“ než na „elektrony“.,

Thomson výpočty lze shrnout následovně (v jeho původní notace, pomocí F místo E elektrického pole a H místo B pro magnetické pole):

elektrický deformace je dána vztahem Θ = F e l / m, v 2 {\displaystyle \Theta =Dh/mv^{2}} , kde Θ je úhlová elektrická deformace, F je aplikováno elektrické intenzity, e je náboj katodové částice, l je délka elektrické desky, m je hmotnost katodové částice a v je rychlost katodové částice., Magnetická deformace je dána ϕ = H e L / m v {\displaystyle \ phi =Hel / mv}, kde φ je úhlová magnetická deformace a H je aplikovaná intenzita magnetického pole.,

ConclusionsEdit

Jako katodové paprsky nesou náboj záporný elektřiny, jsou vychýlen elektrostatické síly, jako kdyby byly negativně elektrifikovaná, a jednal na základě magnetické síly v jen způsob, v němž tato síla bude působit na negativní elektrifikované tělo pohybuje podél trajektorie těchto paprsků, Nevidím žádný útěk z závěru, že jsou obvinění záporné elektřiny nesené částice hmoty.

– J. J., Thomson

Jako na zdroj těchto částic, Thomson věřil, že se vynořil z molekul plynu v blízkosti katody.,

v Případě, ve velmi intenzivní elektrické pole v okolí katody, molekuly plynu jsou odděleny a jsou rozděleny, ne do obyčejné chemické atomy, ale na tyto prvotní atomů, které budeme pro stručnost říkat krvinek; a pokud se tyto krvinky jsou účtovány s elektřinou a vystřelovány z katody pomocí elektrického pole, které by se chovají přesně jako katodové paprsky.

– J. J., Thomson

Thomson si představoval atom jako jsou vyrobeny z těchto krvinek obíhajících v moři kladný náboj; to byl jeho plum pudding model. Tento model byl později ukázaly jako nesprávné, když jeho student Ernest Rutherford ukázal, že kladný náboj je soustředěn v jádře atomu.

Ostatní workEdit

v roce 1905 Thomson objevil přirozenou radioaktivitu draslíku.

v roce 1906 Thomson prokázal, že vodík má pouze jeden elektron na atom. Předchozí teorie umožnily různé počty elektronů.,

Ocenění a honoursEdit

Thomson byl zvolen Kolegy z Královské Společnosti (FRS) a jmenován do Cavendish Profesorem Experimentální Fyziky v Cavendish Laboratory, University of Cambridge v roce 1884., Thomson získal během své kariéry řadu ocenění a vyznamenání, včetně:

Thomson byl 12. června 1884 zvolen členem Královské společnosti a v letech 1915 až 1920 působil jako prezident Královské společnosti.

v listopadu 1927 otevřel J. J. Thomson budovu Thomson, pojmenovanou na jeho počest, v Leys School v Cambridge.

posmrtné poctyedit

v roce 1991 byl thomson (symbol: Th) navržen jako jednotka pro měření poměru hmotnosti k náboji v hmotnostní spektrometrii na jeho počest.

J J Thomson Avenue, na University of Cambridge West Cambridge site, je pojmenován po Thomsonovi.,

Cena Thomson Medal Award, sponzorovaná Mezinárodní nadací hmotnostní spektrometrie, je pojmenována po Thomsonovi.

Ústav fyziky Joseph Thomson medaile a cena je pojmenována po Thomson.