OverviewEdit
El 22 de diciembre de 1884, Thomson fue nombrado profesor Cavendish de Física en la Universidad de Cambridge. El nombramiento causó considerable sorpresa, dado que candidatos como Osborne Reynolds o Richard Glazebrook eran mayores y más experimentados en el trabajo de laboratorio. Thomson era conocido por su trabajo como matemático, donde fue reconocido como un talento excepcional.
fue galardonado con el Premio Nobel en 1906, » en reconocimiento a los grandes méritos de sus investigaciones teóricas y experimentales sobre la conducción de electricidad por gases., Fue nombrado caballero en 1908 y nombrado a la Orden del Mérito en 1912. En 1914, dio la Conferencia Romanes en Oxford sobre «la teoría atómica». En 1918, se convirtió en maestro del Trinity College, Cambridge, donde permaneció hasta su muerte. Joseph John Thomson murió el 30 de agosto de 1940; sus cenizas descansan en la Abadía de Westminster, cerca de las tumbas de Sir Isaac Newton y su antiguo alumno, Ernest Rutherford.
Una de las mayores contribuciones de Thomson a la ciencia moderna fue en su papel como profesor altamente dotado., Uno de sus alumnos fue Ernest Rutherford, quien más tarde le sucedió como profesor Cavendish de Física. Además del propio Thomson, seis de sus asistentes de Investigación (Charles Glover Barkla, Niels Bohr, Max Born, William Henry Bragg, Owen Willans Richardson y Charles Thomson Rees Wilson) ganaron premios Nobel de física, y dos (Francis William Aston y Ernest Rutherford) ganaron premios Nobel de química. Además, el Hijo de Thomson (George Paget Thomson) ganó el Premio Nobel de física en 1937 por probar las propiedades ondulatorias de los electrones.,
trabajos Tempranoseditar
El trabajo premiado del Maestro Thomson, Tratado sobre el movimiento de los anillos de vórtice, muestra su interés temprano en la estructura atómica. En él, Thomson describió matemáticamente los movimientos de la teoría del vórtice de los átomos de William Thomson.
Thomson publicó una serie de artículos que abordan temas matemáticos y experimentales del electromagnetismo. Examinó la teoría electromagnética de la luz de James Clerk Maxwell, introdujo el concepto de masa electromagnética de una partícula cargada, y demostró que un cuerpo cargado en movimiento aparentemente aumentaría en masa.,
gran parte de su trabajo en el modelado matemático de procesos químicos puede ser considerado como química computacional temprana. En otro trabajo, publicado en forma de libro como Applications of dynamics to physics and chemistry (1888), Thomson abordó la transformación de la energía en términos matemáticos y teóricos, sugiriendo que toda la energía podría ser cinética. Su siguiente libro, Notes on recent researches in electricity and magnetism (1893), construido sobre el Tratado de Maxwell sobre electricidad y magnetismo, y fue a veces referido como «el tercer volumen de Maxwell»., En él, Thomson enfatizó los métodos físicos y la experimentación e incluyó extensas figuras y diagramas de aparatos, incluyendo un número para el paso de electricidad a través de gases. Su tercer libro, Elements of the mathematical theory of electricity and magnetism (elementos de la teoría matemática de la electricidad y el magnetismo) (1895) fue una introducción legible a una amplia variedad de temas, y alcanzó una considerable popularidad como libro de texto.
una serie de cuatro conferencias, impartidas por Thomson en una visita a la Universidad de Princeton en 1896, se publicaron posteriormente como Descarga de electricidad a través de gases (1897)., Thomson también presentó una serie de seis conferencias en la Universidad de Yale en 1904.
descubrimiento del electronEdit
varios científicos, como William Prout y Norman Lockyer, habían sugerido que los átomos se construían a partir de una unidad más fundamental, pero imaginaron que esta unidad tendría el tamaño del átomo más pequeño, el hidrógeno. Thomson en 1897 fue el PRIMERO en sugerir que una de las unidades fundamentales era más de 1.000 veces más pequeña que un átomo, lo que sugiere la partícula subatómica ahora conocida como el electrón. Thomson descubrió esto a través de sus exploraciones sobre las propiedades de los rayos catódicos., Thomson hizo su sugerencia el 30 de abril de 1897 tras su descubrimiento de que los rayos catódicos (en ese momento conocidos como rayos Lenard) podían viajar mucho más lejos a través del aire de lo esperado para una partícula del tamaño de un átomo. Estimó la masa de los rayos catódicos midiendo el calor generado cuando los rayos chocan con una unión térmica y comparando esto con la deflexión magnética de los rayos. Sus experimentos sugirieron no solo que los rayos catódicos eran más de 1.000 veces más ligeros que el átomo de hidrógeno, sino también que su masa era la misma en cualquier tipo de átomo del que vinieran., Concluyó que los rayos estaban compuestos de partículas cargadas negativamente muy ligeras que eran un bloque de construcción universal de átomos. Llamó a las partículas «corpúsculos», pero los científicos posteriores prefirieron el nombre de electrón que había sido sugerido por George Johnstone Stoney en 1891, antes del descubrimiento real de Thomson.
en abril de 1897, Thomson solo tenía indicios tempranos de que los rayos catódicos podían desviarse eléctricamente (investigadores anteriores como Heinrich Hertz habían pensado que no podían ser)., Un mes después del anuncio de Thomson del corpúsculo, descubrió que podía desviar los rayos de manera confiable por un campo eléctrico si evacuaba el tubo de descarga a una presión muy baja. Al comparar la deflexión de un haz de rayos catódicos por campos eléctricos y magnéticos, obtuvo mediciones más robustas de la relación masa-carga que confirmaron sus estimaciones anteriores. Esto se convirtió en el medio clásico de medir la relación carga-masa del electrón. (La carga en sí no se midió hasta el experimento de caída de aceite de Robert A. Millikan en 1909.,)
Thomson creía que los corpúsculos emergían de los átomos del gas traza dentro de sus tubos de rayos catódicos. Así concluyó que los átomos eran divisibles, y que los corpúsculos eran sus bloques de construcción. En 1904, Thomson sugirió un modelo del átomo, hipotetizando que era una esfera de materia positiva dentro de la cual las fuerzas electrostáticas determinaban el posicionamiento de los corpúsculos. Para explicar la carga neutra general del átomo, propuso que las partículas se distribuyeran en un mar uniforme de carga positiva., En este» modelo de pudín de ciruela», los electrones fueron vistos como incrustados en la carga positiva como pasas en un pudín de ciruela (aunque en el modelo de Thomson no eran estacionarios, sino que orbitaban rápidamente).
Thomson hizo el descubrimiento casi al mismo tiempo que Walter Kaufmann y Emil Wiechert descubrieron la proporción correcta de masa a carga de estos rayos catódicos (electrones).
los Isótopos y la masa spectrometryEdit
En la esquina inferior derecha de la placa fotográfica son las marcas de los dos isótopos del neón: el neón-20 y neón-22.,
en 1912, como parte de su exploración en la composición de las corrientes de partículas cargadas positivamente entonces conocidas como rayos de canal, Thomson y su asistente de investigación F. W. Aston canalizaron una corriente de iones de neón a través de un campo magnético y un campo eléctrico y midieron su desviación colocando una placa fotográfica en su camino., Observaron dos parches de luz en la placa fotográfica (Ver imagen a la derecha), que sugerían dos parábolas diferentes de deflexión, y concluyeron que el neón está compuesto de átomos de dos masas atómicas diferentes (neón-20 y neón-22), es decir, de dos isótopos. Esta fue la primera evidencia de isótopos de un elemento estable; Frederick Soddy había propuesto previamente la existencia de isótopos para explicar la desintegración de ciertos elementos radiactivos.
J. J., La separación de Thomson de isótopos de neón por su masa fue el primer ejemplo de espectrometría de masas, que posteriormente fue mejorada y desarrollada en un método general por F. W. Aston y por A. J. Dempster.
experimentos con rayos catódicoseditar
anteriormente, los físicos debatieron si los rayos catódicos eran inmateriales como la luz («algún proceso en el éter») o eran «de hecho totalmente materiales, y … marca los caminos de partículas de materia cargadas de electricidad negativa», citando a Thomson. La hipótesis etérea era vaga, pero la hipótesis de partículas era lo suficientemente definida como para que Thomson la probara.,
deflexión Magnéticaeditar
Thomson investigó por primera vez la deflexión magnética de los rayos catódicos. Los rayos catódicos se producían en el tubo lateral a la izquierda del aparato y pasaban a través del ánodo hacia el frasco de la campana principal, donde eran desviados por un imán. Thomson detectó su trayectoria por la fluorescencia en una pantalla cuadrada en el frasco. Encontró que cualquiera que fuera el material del ánodo y el gas en el frasco, la desviación de los rayos era la misma, lo que sugiere que los rayos eran de la misma forma cualquiera que fuera su origen.,
carga Eléctricaeditar
el tubo de rayos catódicos por el cual J. J. Thomson demostró que los rayos catódicos podían ser desviados por un campo magnético, y que su carga negativa no era un fenómeno separado.
mientras que los partidarios de la teoría etérea aceptaban la posibilidad de que las partículas cargadas negativamente se produjeran en los tubos de Crookes, creían que eran un mero subproducto y que los propios rayos catódicos eran inmateriales., Thomson se dispuso a investigar si realmente podía separar la carga de los rayos.
Thomson construyó un tubo Crookes con un electrómetro en un lado, fuera de la trayectoria directa de los rayos catódicos. Thomson pudo rastrear la trayectoria del rayo observando el parche fosforescente que creó donde golpeó la superficie del tubo. Thomson observó que el electrómetro registraba una carga solo cuando desviaba el rayo catódico hacia él con un imán. Concluyó que la carga negativa y los rayos eran uno y el mismo.,
deflexión Eléctricaeditar
En Mayo–junio de 1897, Thomson investigado si o no los rayos podrían ser desviados por un campo eléctrico. Los experimentadores anteriores no habían podido observar esto, pero Thomson creía que sus experimentos eran defectuosos porque sus tubos contenían demasiado gas.
Thomson construyó un tubo Crookes con un mejor vacío. Al principio del tubo estaba el cátodo desde el que se proyectaban los rayos., Los rayos fueron afilados a un haz por dos hendiduras metálicas-la primera de estas hendiduras se duplicó como el ánodo, la segunda se conectó a la tierra. La viga pasaba entonces entre dos placas de aluminio paralelas, que producían un campo eléctrico entre ellas cuando estaban conectadas a una batería. El extremo del tubo era una gran esfera donde el haz impactaría en el vidrio, creando un parche brillante. Thomson pegó una escala a la superficie de esta esfera para medir la desviación de la viga., Cualquier haz de electrones chocaría con algunos átomos de gas residuales dentro del tubo de Crookes, ionizándolos y produciendo electrones e iones en el tubo (carga espacial); en experimentos anteriores, esta carga espacial cubría eléctricamente el campo eléctrico aplicado externamente. Sin embargo, en el tubo de Crookes de Thomson la densidad de los átomos residuales era tan baja que la carga espacial de los electrones e iones era insuficiente para filtrar eléctricamente el campo eléctrico aplicado externamente, lo que permitió a Thomson observar con éxito la desviación eléctrica.,
Cuando la placa superior se conectó al polo negativo de la batería y la placa inferior al polo positivo, el parche brillante se movió hacia abajo, y cuando la polaridad se invirtió, el parche se movió hacia arriba.
Medición de la masa-carga ratioEdit
En su experimento clásico, Thomson midió la masa-carga de la relación de los rayos catódicos por la medición de cuánto fueron desviados por un campo magnético y la comparación de esta con la eléctrica de deflexión., Utilizó el mismo aparato que en su experimento anterior, pero colocó el tubo de descarga entre los polos de un gran electroimán. Encontró que la relación masa-carga era más de mil veces menor que la de un ion hidrógeno (H+), lo que sugiere que las partículas eran muy ligeras y/o muy cargadas. Significativamente, los rayos de cada cátodo produjeron la misma relación masa-Carga. Esto está en contraste con los rayos de ánodo (ahora se sabe que surgen de iones positivos emitidos por el ánodo), donde la relación masa-carga varía de ánodo a ánodo., Thomson se mantuvo crítico de lo que su trabajo estableció, en su discurso de aceptación del Premio Nobel refiriéndose a» corpúsculos «en lugar de»electrones».,
los cálculos de Thomson se pueden resumir de la siguiente manera (en su notación original, usando F en lugar de E para el campo eléctrico y H en lugar de B para el campo magnético):
la deflexión eléctrica está dada por Θ = F E l / m v 2 {\displaystyle \Theta =Fel/mv^{2}} , donde Θ es la deflexión eléctrica angular, F es la intensidad eléctrica aplicada, e es la carga de las partículas de rayos catódicos, l es la longitud de las placas eléctricas, m es la masa partículas de rayos catódicos y V es la velocidad de las partículas de rayos catódicos., La deflexión magnética está dada por ϕ = H E l / m V {\displaystyle \ phi = Hel / mv}, donde φ es la deflexión magnética angular y H es la intensidad del campo magnético aplicado.,
ConclusionsEdit
como los rayos catódicos llevan una carga de electricidad negativa, son desviados por una fuerza electrostática como si estuvieran electrificados negativamente, y son actuados por una fuerza magnética en la forma en que esta fuerza actuaría sobre un cuerpo electrificado negativamente que se mueve a lo largo camino de estos rayos, no puedo ver escape de la conclusión de que son cargas de electricidad negativa transportadas por partículas de materia.
iv— – J. J., Thomson
en cuanto a la fuente de estas partículas, Thomson cree que surgió de las moléculas de gas en las proximidades del cátodo.,
Si, en el campo eléctrico muy intenso en la vecindad del cátodo, las moléculas del gas se disocian y se dividen, no en los átomos químicos ordinarios, sino en estos átomos primordiales, que por brevedad llamaremos corpúsculos; y si estos corpúsculos están cargados de electricidad y proyectados desde el cátodo por el campo eléctrico, se comportarían exactamente como los rayos catódicos.
iv— – J. J., Thomson
Thomson imaginó que el átomo estaba compuesto por estas partículas orbitando en un mar de carga positiva; este era su modelo de pudín de ciruela. Este modelo más tarde se demostró incorrecto cuando su estudiante Ernest Rutherford demostró que la carga positiva se concentra en el núcleo del átomo.
otros trabajosEditar
en 1905, Thomson descubrió la radiactividad natural del potasio.
en 1906, Thomson demostró que el hidrógeno tenía solo un electrón por átomo. Las teorías anteriores permitían varios números de electrones.,
Premios y honoursEdit
Placa conmemorativa de J. J. Thomson descubrió el electrón fuera el antiguo Laboratorio Cavendish en Cambridge
Thomson c. 1920-1925
Thomson fue elegido Fellow de la Royal Society (FRS) y nombrado para el Cavendish Cátedra de Física Experimental en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, en 1884., Thomson ganó numerosos premios y honores durante su carrera, incluyendo:
Thomson fue elegido miembro de la Royal Society el 12 de junio de 1884 y se desempeñó como Presidente de la Royal Society de 1915 a 1920.
en noviembre de 1927, J. J. Thomson abrió el edificio Thomson, nombrado en su honor, en la Leys School, Cambridge.
honores Póstumoseditar
en 1991, el thomson (símbolo: Th) fue propuesto como una unidad para medir la relación masa-carga en espectrometría de masas en su honor.
J J Thomson Avenue, en el sitio West Cambridge de la Universidad de Cambridge, lleva el nombre de Thomson.,
el Premio Medalla Thomson, patrocinado por la Fundación Internacional de espectrometría de masas, lleva el nombre de Thomson.
la medalla y Premio Joseph Thomson del Instituto de Física lleva el nombre de Thomson.