J. J. Thomson (Suomi)

OverviewEdit

22. joulukuuta 1884, Thomson oli nimitetty Cavendish Professori Fysiikan, University of Cambridge. Nimitys aiheutti melkoisen yllätyksen, sillä Osborne Reynoldsin tai Richard Glazebrookin kaltaiset ehdokkaat olivat vanhempia ja kokeneempia laboratoriotyössä. Thomson oli tunnettu työstään matemaatikkona, jossa hänet tunnustettiin poikkeukselliseksi lahjakkuudeksi.

Hän oli myönnetty Nobel-Palkinnon vuonna 1906, ”tunnustuksena suurista ansioista hänen teoreettisia ja kokeellisia tutkimuksia johtuminen sähkön kaasuja.,”Hänet aateloitiin vuonna 1908 ja nimitettiin Ansioritarikunnan jäseneksi vuonna 1912. Vuonna 1914 hän piti Oxfordissa Romanes-luennon aiheesta ”atomiteoria”. Vuonna 1918 hänestä tuli Cambridgen Trinity Collegen maisteri, jossa hän pysyi kuolemaansa saakka. Joseph John Thomson kuoli 30. elokuuta 1940, hänen tuhkaa levätä Westminster Abbey, lähellä haudat Sir Isaac Newton ja hänen entinen opiskelija, Ernest Rutherford.

yksi Thomsonin suurimmista panoksista moderniin tieteeseen oli hänen roolissaan erittäin lahjakkaana opettajana., Yksi hänen oppilaistaan oli Ernest Rutherford, joka myöhemmin seurasi häntä Cavendish Professor of Physics. Lisäksi Thomson itsensä, kuusi hänen tutkimus-avustajat (Charles Glover Barkla, Niels Bohrin, Max Born, William Henry Bragg, Owen Willans Richardson ja Charles Thomson Rees Wilson) voitti Nobelin fysiikan, ja kaksi (Francis William Aston ja Ernest Rutherford) voitti Nobelin kemian. Lisäksi Thomsonin poika (George Paget Thomson) voitti 1937 Nobelin fysiikan Palkinnon todistaa aalto-ominaisuuksia, kuten elektroneja.,

Alussa workEdit

Thomson on palkittu gradu työ, Tutkielma liikkeen pyörre renkaat, osoittaa hänen varhainen kiinnostus atomi-rakenne. Siinä Thomson kuvasi matemaattisesti William Thomsonin pyörre-teorian atomien liikkeitä.

Thomson julkaisi useita papereita, jotka käsittelevät sekä matemaattisia että kokeellisia kysymyksiä sähkömagnetismista. Hän tutki sähkömagneettisen teorian valossa James Clerk Maxwell otti käyttöön käsitteen sähkömagneettinen massa ladattu hiukkanen, ja osoitti, että liikkuva veloitetaan kehon voisi ilmeisesti lisätä massa.,

suuren osan hänen työstään kemiallisten prosessien matemaattisessa mallinnuksessa voidaan ajatella olevan varhaista laskennallista kemiaa. Edelleen työ, joka on julkaistu kirjan muodossa Sovelluksia dynamiikka, fysiikka ja kemia (1888), Thomson osoitettu muutosta energian matemaattisia ja teoreettisia termejä, mikä viittaa siihen, että kaikki energia on kineettistä. Hänen seuraava kirja, Muistiinpanoja viimeaikaiset tutkimukset sähkö-ja magnetism (1893), joka perustuu Maxwell ’ s Translitteratio, kun sähkö-ja magnetism, ja oli joskus kutsutaan ”kolmannen osan Maxwell”., Se, Thomson korosti, fysikaalisia menetelmiä ja kokeilua ja mukana laaja luvut ja kaaviot-laitteet, mukaan lukien useita kulkua sähköä kaasuja. Hänen kolmas kirja, Elements of mathematical theory of electricity ja magnetism (1895) oli luettavissa johdatus monenlaisia aiheita, ja saavuttanut huomattavaa suosiota kuin oppikirja.

sarjan neljä luentoja, koska Thomson vieraili Princeton University vuonna 1896 julkaistiin myöhemmin kuin Vastuuvapauden sähkön läpi kaasut (1897)., Thomson esitti myös kuuden luennon sarjan Yalen yliopistossa vuonna 1904.

Löytö electronEdit

Useat tutkijat, kuten William Prout ja Norman Lockyer, oli ehdottanut, että atomit ovat muodostuneet enemmän perusyksikkö, mutta ne visioi tämä yksikkö on kooltaan pienimmän atomin, vedyn. Thomson vuonna 1897 oli ensimmäinen ehdottaa, että yksi keskeisistä yksiköistä oli yli 1000 kertaa pienempi kuin atomi, mikä viittaa siihen, että hiukkanen nyt tunnetaan electron. Thomson löysi tämän tutkimuksillaan katodisäteiden ominaisuuksista., Thomson teki hänen ehdotuksensa 30. huhtikuuta 1897 jälkeen hänen löytö, että katodi säteet (tuolloin nimellä Lenard säteet) voisi matkustaa paljon pidemmälle läpi ilman odotettua atomin kokoinen hiukkanen. Hän arvioi, massa katodi säteet mittaamalla lämpöä syntyy, kun säteet osuivat lämpö risteykseen ja tätä verrataan magneettinen taipuma-säteiltä. Hänen kokeiluja ehdotti, paitsi että katodi säteet olivat yli 1000 kertaa kevyempää kuin vetyatomin, mutta myös, että niiden massa oli sama kumpi tyyppi atom he tulivat., Hän päätteli, että säteet koostuivat hyvin valosta, negatiivisesti varautuneista hiukkasista, jotka olivat atomien universaalinen rakennuspalikka. Hän kutsui hiukkasia ”corpuscles”, mutta myöhemmin tutkijat haluamasi nimen elektroni, joka oli ehdottanut George Johnstone Stoney vuonna 1891, ennen Thomson on todellinen löytö.

huhtikuussa 1897, Thomson oli vain varhain viitteitä siitä, että katodi säteet voisi taipua sähkötoiminen (aiemmat tutkijat, kuten Heinrich Hertz oli ajatellut he eivät voi olla)., Kuukausi sen jälkeen, kun Thomsonin ilmoitus corpuscle, hän havaitsi, että hän voisi luotettavasti kääntää säteet on sähkökentän jos hän evakuoitiin vastuuvapauden putki hyvin alhainen paine. Vertaamalla taipuma palkin katodi säteet sähkö-ja magneettikenttien hän sai vankempi mittaukset mass-to-charge ratio, joka vahvisti hänen aiemmat arviot. Tästä tuli klassinen tapa mitata elektronin varauksellisesta massasuhteesta. (Itse lataus mitattiin vasta Robert A. Millikanin öljypisarakokeessa vuonna 1909.,)

Thomson uskoi, että verisoluja syntynyt atomien merkkikaasuanturi sisällä hänen katodisädeputket. Näin hän päätteli, että atomit olivat jaollisia ja että korpuskelit olivat niiden rakennuspalikoita. Vuonna 1904 Thomson ehdotti mallin atomin, hypothesizing että se oli pallo positiivinen asia, jonka kuluessa sähköstaattiset voimat määritetään paikannus verisoluja. Selittääkseen atomin neutraalin kokonaisvarauksen hän ehdotti, että corpuscles olisi jaettu yhtenäiseen positiivisen varauksen mereen., Tässä ”plum pudding malli”, elektronit nähtiin upotettu positiivinen varaus, kuten rusinoita jouluvanukas (vaikka Thomsonin malli, ne eivät ole paikallaan, mutta kiertävät nopeasti).

Thomson teki löydön samoihin aikoihin, että Walter Kaufmann ja Emil Wiechert löysi oikean massan ja varauksen suhde näiden katodi säteet (elektronit).

Isotoopit ja massa spectrometryEdit

Vuonna 1912, osana hänen etsintä koostumukseen purojen positiivisesti varautuneita hiukkasia, joka silloin tunnettiin nimellä canal säteet, Thomson ja hänen tutkimusapulainen F. W. Aston kanavoitu stream neon-ionien kautta magneettinen ja sähköinen kenttä ja mitataan sen taipuma asettamalla valokuvaus levy tieltään., He havaitsivat, kaksi laastaria valo valokuvaus levy (ks. kuva oikealla), joka ehdotti kaksi eri paraabelien taipuma, ja totesi, että neon koostuu atomien kaksi eri atomien massat (neon-20 ja neon-22), joka on sanoa kaksi isotooppeja. Tämä oli ensimmäinen todiste stabiilin alkuaineen isotoopeista; Frederick Soddy oli aiemmin ehdottanut isotooppien olemassaoloa selittämään tiettyjen radioaktiivisten alkuaineiden hajoamista.

J. J., Thomsonin erottaminen neon isotoopit niiden massa oli ensimmäinen esimerkki siitä, massaspektrometria, joka on sittemmin parantunut ja kehittynyt yleinen menetelmä, jonka F. W. Aston ja A. J. Dempster.

Kokeiluja katodi raysEdit

Aikaisemmin, fyysikot keskusteltiin siitä, katodi säteet olivat aineettomia, kuten valo (”joitakin prosessi eetterin”) tai olivat ”itse asiassa kokonaan materiaalia, ja … merkitse ainehiukkasten polut, jotka on ladattu negatiivisella sähköllä”, lainaten Thomsonia. Aetherial hypoteesi oli epämääräinen, mutta hiukkashypoteesi oli riittävän selvä thomsonille testattavaksi.,

Magnetic deflectionEdit

Thomson tutki ensin katodisäteiden magneettista taipumaa. Katodi säteet olivat tuotettu puolella putki vasemmalla laitteen ja läpi anodi osaksi tärkein bell jar, missä he olivat taipua magneetti. Thomson havaitsi heidän polkunsa purkissa olevan ruudun fluoresenssilla. Hän totesi, että mikä tahansa materiaali, anodi ja kaasu purkki, taipuma-säteiltä oli sama, mikä viittaa siihen, että säteet olivat samassa muodossa riippumatta niiden alkuperästä.,

Sähkö chargeEdit

Vaikka kannattajat aetherial teoria hyväksytään mahdollisuus, että negatiivisesti varautuneita hiukkasia tuotetaan Crookes putket, he uskoivat, että he ovat vain sivutuote, ja että katodi säteet itse ovat epäolennaisia., Thomson lähti tutkimaan, voisiko hän itse asiassa erottaa latauksen säteistä.

Thomson rakennettu Crookes putki electrometer asettaa sivuun, pois suora polku katodi säteet. Thomson pystyi jäljittämään ray: n polun tarkkailemalla sen luomaa fosforoivaa laastaria, jossa se osui putken pintaan. Thomson totesi, että electrometer rekisteröity maksu vain silloin, kun hän ohjasi cathode ray sen magneetti. Hän päätteli, että negatiivinen varaus ja säteet olivat yksi ja sama.,

Sähkö deflectionEdit

Touko–kesäkuussa 1897, Thomson tutki, onko tai ei-säteet voivat olla taipua sähkökentän. Aiemmissa kokeiluissa ei ollut noudattanut tätä, mutta Thomson uskoi niiden kokeilut olivat virheellisiä, koska niiden putket sisälsi liian paljon kaasua.

Thomson rakensi Crookes-putken paremmalla tyhjiöllä. Putken alussa oli katodi, josta säteet heijastuivat., Säteet olivat teroitettu palkki kahdella metalli rakoja – ensimmäinen näistä rakoja kaksinkertaistunut anodina, toinen oli kytketty maahan. Palkin sitten kului kaksi rinnakkaista alumiini levyt, joka tuottaa sähkökentän välillä heitä, kun he olivat kytketty akku. Putken oli suuri alalla, jossa palkki olisi vaikutus lasi, luonut hehkuva laastari. Thomson liittää asteikko pintaan tämän pallon mitata taipuma palkki., Mitään electron beam olisi törmäävät joitakin jäljellä olevan kaasun atomien sisällä Crookes putki, mikä ionisoivan niitä ja tuottaa elektroneja ja ioneja putki (tilaa maksutta); aiemmissa kokeissa tämä tila vastaa sähkötoiminen seulotaan ulkoisesti sovelletaan sähkökentän. Kuitenkin Thomsonin Crookes putki tiheys jäljellä atomit oli niin alhainen, että tilaa veloituksetta elektronit ja ionit oli riittämätön sähkötoiminen näyttö ulkoisesti sovelletaan sähkökentän, joka saa Thomson onnistuneesti tarkkailla sähkö-taipuma.,

Kun ylempi levy oli kytketty negatiiviseen napaan akun ja alempi levy positiivinen napa, hehkuva laastari siirretään alaspäin, ja kun napaisuus oli päinvastainen, laastari siirtynyt ylöspäin.

Mittaus mass-to-charge ratioEdit

hänen klassinen kokeilu, Thomson mitattu mass-to-charge ratio katodi säteet mittaamalla, kuinka paljon he olivat taipua magneettikenttä, ja tätä verrataan sähköinen taipuma., Hän käytti samaa laitetta kuin edellisessä kokeessaan, mutta sijoitti purkausputken suuren sähkömagneetin tolppien väliin. Hän totesi, että mass-to-charge ratio oli yli tuhat kertaa pienempi kuin vety-ioneja (H+), mikä viittaa siihen, että hiukkaset ovat erittäin kevyt ja/tai erittäin hyvin latautunut. On merkittävää, että jokaisen katodin säteet tuottivat saman massa-varaus-suhteen. Tämä on toisin kuin anodi-säteiltä (nyt tiedetään syntyvät positiiviset ionit synnyttämä anodi), jossa mass-to-charge ratio vaihtelee anodi-to-anodi., Thomson itse pysyi kriittisesti, mitä hänen työnsä perustettu, hänen Nobel-Palkinnon hyväksymistä puhe viitaten ”corpuscles” pikemminkin kuin ”elektroneja”.,

Thomsonin laskelmat voidaan tiivistää seuraavasti (hänen alkuperäinen notaatio, käyttää F sen sijaan, E sähkökenttä ja S sen sijaan B magneettikenttä):

sähköinen taipuma saadaan kaavalla Θ = F e l / m v 2 {\displaystyle \Theta =Fel/mv^{2}} , missä Θ on kulma sähkö taipuma, F on sovellettu sähkö-intensiteetti, e on vastuussa cathode ray hiukkasia, l on pituus sähkö-levyt, m on massa cathode ray hiukkasia ja v on nopeus cathode ray hiukkasia., Magneettinen taipuma saadaan kaavasta ϕ = H e l / m / s v {\displaystyle \phi =Hel/mv} , missä φ on kulmikas magneettinen taipuma ja H on sovellettu magneettikentän voimakkuus.,

ConclusionsEdit

Koska katodi säteet kuljettaa vastaava negatiivinen sähkö, ovat taipua sähköstaattinen voima, kuin jos he olivat negatiivisesti sähköistetty, ja on toiminut magneettinen voima vain tapa, jolla tämä voima olisi toimia negatiivisesti sähköistetty kehon liikkuvat pitkin polkua nämä säteet, En näe mitään paeta tulokseen, että ne ovat maksut negatiivinen sähkön kuljettaa hiukkasia.

— J. J., Thomson

lähde nämä hiukkaset, Thomson uskoivat syntyi molekyylien kaasun läheisyydessä katodi.,

Jos hyvin voimakas sähkökenttä naapurustossa katodi, molekyylejä kaasu ovat jaksotettuja ja ovat split ylös, ei osaksi tavallisia kemiallisia atomeja, mutta osaksi nämä alkukantainen atomien, joka meillä on lyhyys soittaa verisoluja; ja jos nämä verisoluja syytetään sähkön ja ennustettu katodi, jonka sähkökenttä, he käyttäytyvät aivan kuin katodi säteet.

— J. J., Thomson

Thomson kuvitellut atomi on tehty nämä verisoluja, jotka kiertävät meri positiivinen varaus; tämä oli hänen jouluvanukas malli. Tämä malli osoittautui myöhemmin virheelliseksi, kun hänen oppilaansa Ernest Rutherford osoitti, että positiivinen varaus on keskittynyt atomin ytimeen.

muita töitä

vuonna 1905 Thomson löysi kaliumin luonnollisen radioaktiivisuuden.

vuonna 1906 Thomson osoitti, että vedyllä oli vain yksi elektroni atomia kohti. Aiemmat teoriat sallivat useita elektroneja.,

Palkinnot ja honoursEdit

Thomson oli valittu Fellow, Royal Society (FRS) ja nimitetty Cavendish Professuuri Kokeellisen Fysiikan Cavendish Laboratory, University of Cambridge vuonna 1884., Thomson voittanut lukuisia palkintoja ja kunnianosoituksia uransa aikana, mukaan lukien:

Thomson oli valittu Fellow, Royal Society 12 päivänä kesäkuuta 1884 ja toimi Presidenttinä Royal Society 1915 1920.

marraskuussa 1927 J. J. Thomson avasi hänen kunniakseen nimetyn Thomson-rakennuksen Leys Schoolissa Cambridgessa.

postuumi honoursEdit

vuonna 1991 Thomsonia (tunnus: Th) ehdotettiin yksikkönä mittaamaan massaspektrometrian massaspektrometria-suhdetta hänen kunniakseen.

J J J Thomson Avenue, Cambridgen yliopiston Länsi-Cambridgen sivuilla, on nimetty Thomsonin mukaan.,

kansainvälisen Massaspektrometriasäätiön sponsoroima Thomson Medal Award on nimetty Thomsonin mukaan.

Fysiikan laitos Joseph Thomson Medal and Prize on nimetty Thomsonin mukaan.