J. J. Thomson (Magyar)

Áttekintésszerkesztés

1884. December 22-én Thomsont a Cambridge-i Egyetemen Cavendish fizika professzorává nevezték ki. A kinevezés jelentős meglepetést okozott, mivel az olyan jelöltek, mint Osborne Reynolds vagy Richard Glazebrook, idősebbek és tapasztaltabbak voltak a laboratóriumi munkában. Thomson matematikusként végzett munkájáról volt ismert, ahol kivételes tehetségnek ismerték el.

1906-ban Nobel-díjat kapott “a gázvezetéssel kapcsolatos elméleti és kísérleti vizsgálatai nagy érdemeinek elismeréseként.,”1908-ban lovaggá ütötték és 1912-ben az Érdemrend lovagjává nevezték ki. 1914-ben Oxfordban előadást tartott a románok atomelméletéről. 1918-ban a Cambridge-i Trinity College mestere lett, ahol haláláig maradt. Joseph John Thomson 1940. augusztus 30-án halt meg; hamvait Sir Isaac Newton és egykori tanítványa, Ernest Rutherford sírjai közelében, a Westminster-apátságban nyugszik.

Thomson egyik legnagyobb hozzájárulása a modern tudományhoz nagyon tehetséges tanárként szerepelt., Egyik tanítványa Ernest Rutherford volt, aki később Cavendish fizika professzora lett. Maga Thomson mellett hat kutatóasszisztense (Charles Glover Barkla, Niels Bohr, Max Born, William Henry Bragg, Owen Willans Richardson és Charles Thomson Rees Wilson) fizikai Nobel-díjat, kettő (Francis William Aston és Ernest Rutherford) kémiai Nobel-díjat nyert. Ezenkívül Thomson fia (George Paget Thomson) elnyerte az 1937-es fizikai Nobel-díjat az elektronok hullámszerű tulajdonságainak bizonyításáért.,

korai munkákszerkesztés

Thomson díjnyertes mesterműve, az örvénygyűrűk mozgásáról szóló értekezés megmutatja korai érdeklődését az atomszerkezet iránt. Ebben Thomson matematikailag leírta William Thomson örvényelméletének mozgását az atomokról.

Thomson számos tanulmányt tett közzé, amelyek mind az elektromágnesesség matematikai, mind kísérleti kérdéseivel foglalkoztak. Megvizsgálta James Clerk Maxwell elektromágneses fényelméletét, bevezette a töltött részecske elektromágneses tömegének fogalmát, és bebizonyította, hogy egy mozgó töltött test nyilvánvalóan növeli a tömeget.,

a kémiai folyamatok matematikai modellezésében végzett munkájának nagy része korai számítástechnikai kémiának tekinthető. A további munkában, amelyet könyv formájában a fizika és kémia dinamikájának alkalmazásaként publikáltak (1888), Thomson matematikai és elméleti értelemben foglalkozott az energia átalakításával, ami arra utal, hogy minden energia kinetikus lehet. Következő könyve, amely a villamos energia és a mágnesesség legújabb kutatásairól szól (1893), Maxwell elektromosságról és mágnesességről szóló Értekezésére épült, és néha “Maxwell harmadik kötetének”nevezték., A Thomson hangsúlyozta fizikai módszerek, kísérletek, amelyekre kiterjedt ábrák, diagramok a készüléket, köztük számos, a folyosón keresztül villamos gázok. Harmadik könyve, az elektromosság és mágnesesség matematikai elméletének elemei (1895) számos tantárgy olvasmányos bemutatása volt, és tankönyvként jelentős népszerűségre tett szert.

a Thomson által 1896-ban a Princetoni Egyetemen tett látogatáson tartott négy előadás sorozatát később gázokon keresztül történő villamosenergia-kibocsátásként tették közzé (1897)., Thomson 1904-ben hat előadást is tartott a Yale Egyetemen.

az elektron felfedezéseSzerkesztés

Több tudós, például William Prout és Norman Lockyer azt javasolta, hogy az atomok egy alapvetőbb egységből épüljenek fel, de úgy vélték, hogy ez az egység a legkisebb atom, a hidrogén mérete. Thomson 1897 – ben volt az első, amely arra utalt, hogy az egyik alapvető egység több mint 1000-szer kisebb volt, mint egy atom, ami arra utal, hogy a szubatomi részecske ma elektron néven ismert. Thomson ezt a katódsugarak tulajdonságaira vonatkozó felfedezései révén fedezte fel., Thomson 1897.április 30-án tett javaslatot, miután felfedezte, hogy a katódsugarak (akkoriban Lenard sugarak néven ismertek) sokkal tovább haladhatnak a levegőben, mint egy atom méretű részecske esetében. A katódsugarak tömegét úgy becsülte meg, hogy mérte a hőt, amelyet a sugarak egy termikus csomópontba ütköznek, és összehasonlította ezt a sugarak mágneses elhajlásával. Kísérletei nemcsak azt sugallták, hogy a katódsugarak több mint 1000-szer könnyebbek, mint a hidrogénatom, hanem azt is, hogy tömegük ugyanaz volt, bármilyen típusú atomból származtak., Arra a következtetésre jutott, hogy a sugarak nagyon könnyű, negatív töltésű részecskékből álltak, amelyek az atomok univerzális építőelemei voltak. A részecskéket “korpuszoknak” nevezte, de később a tudósok inkább az elektron nevet választották, amelyet George Johnstone Stoney javasolt 1891-ben, Thomson tényleges felfedezése előtt.

1897 áprilisában Thomsonnak csak korai jelei voltak arra, hogy a katódsugarak elektromosan eltéríthetők (a korábbi nyomozók, mint például Heinrich Hertz, úgy gondolták, hogy nem lehetnek)., Egy hónappal Thomson bejelentése után a corpuscle, azt találta, hogy megbízhatóan eltérítheti a sugarakat egy elektromos mezővel, ha a kisülési csövet nagyon alacsony nyomásra evakuálja. A katódsugarak elektromos és mágneses térrel történő eltérítésének összehasonlításával megbízhatóbb méréseket kapott a korábbi becsléseit alátámasztó tömeg / töltés arányról. Ez lett az elektron töltés-tömeg arányának mérésére szolgáló klasszikus eszköz. (Maga a töltést csak Robert A. Millikan 1909-es olajcseppkísérletéig mérték.,)

Thomson úgy vélte, hogy a testek a katódsugárcsöveiben lévő nyomgáz atomjaiból származnak. Így arra a következtetésre jutott, hogy az atomok oszthatók, és hogy a testek az építőköveik. 1904-ben Thomson javasolta az atom modelljét, feltételezve, hogy ez egy pozitív anyag gömbje, amelyen belül az elektrosztatikus erők meghatározták a testek elhelyezkedését. Az atom általános semleges töltésének magyarázata érdekében azt javasolta, hogy a korpuszokat a pozitív töltés egységes tengerében osszák el., Ebben a “szilva puding modellben” az elektronokat a pozitív töltésbe ágyazottnak tekintették, mint a mazsolát egy szilvapudingban (bár Thomson modelljében nem helyhez kötöttek, hanem gyorsan keringenek).

Thomson nagyjából egy időben fedezte fel, hogy Walter Kaufmann és Emil Wiechert felfedezték ezeknek a katódsugaraknak (elektronoknak) a helyes tömeg-töltési arányát.

izotópok és tömegspektrometriaszerkesztés

1912-Ben, mint a bejárásához, a kompozíció, a patakok, a pozitív töltésű részecskék akkor ismert csatorna sugarak, Thomson, valamint a kutatási asszisztens F. W. Aston terelni a patak neon ionok keresztül a mágneses, elektromos mezőt, mért a lehajlás azáltal, hogy egy fényképészeti lemez, ami az útjába kerül., Megfigyeltek két fényfoltot a fotográfiai lemezen (lásd a jobb oldali képet), amelyek két különböző eltérítési parabolát javasoltak, és arra a következtetésre jutottak, hogy a neon két különböző atomtömegből (neon-20 és neon-22), azaz két izotópból áll. Ez volt az első bizonyíték a stabil elem izotópjaira; Frederick Soddy korábban izotópok létezését javasolta bizonyos radioaktív elemek bomlásának magyarázatára.

JJ., Thomson a neonizotópok tömegük szerinti szétválasztása volt a tömegspektrometria első példája, amelyet később az F. W. Aston és az A. J. Dempster fejlesztett ki és fejlesztett ki általános módszerré.

kísérletek katód raysEdit

korábban a fizikusok megvitatták, hogy a katódsugarak lényegtelenek-e, mint a fény (“valamilyen folyamat az éterben”), vagy “valójában teljesen anyagiak, és … jelölje meg a negatív villamos energiával töltött anyagrészecskék útját”, idézve Thomsont. Az aetheriális hipotézis homályos volt, de a részecske-hipotézis elég határozott volt ahhoz, hogy Thomson tesztelje.,

mágneses eltérítésszerkesztés

Thomson először a katódsugarak mágneses elhajlását vizsgálta. A katódsugarakat a készülék bal oldalán lévő oldalsó csőben állították elő, majd az anódon át a fő csengőedénybe vezették, ahol egy mágnes eltérítette őket. Thomson az üvegben lévő négyzet alakú képernyőn fluoreszcenciával észlelte útjukat. Úgy találta, hogy bármi legyen is az anód anyaga és az üvegben lévő gáz, a sugarak eltérítése ugyanaz volt, ami arra utal, hogy a sugarak eredetüktől függetlenül azonos formájúak.,

elektromos töltés

míg az aetheriális elmélet támogatói elfogadták annak lehetőségét, hogy a negatív töltésű részecskéket Crookes csövekben állítják elő, úgy vélték, hogy pusztán melléktermék, és maguk a katódsugarak nem lényegesek., Thomson elhatározta, hogy megvizsgálja, hogy valóban el tudja-e választani a díjat a sugaraktól.

Thomson a katódsugarak közvetlen útjából az egyik oldalra beállított elektrométerrel készített Crookes csövet. Thomson nyomon követheti a sugár útját azáltal, hogy megfigyeli az általa létrehozott foszforeszkáló foltot, ahol a cső felületébe ütközik. Thomson megfigyelte, hogy az elektrométer csak akkor regisztrált töltést, amikor mágnessel elhajította a katódsugarat. Arra a következtetésre jutott, hogy a negatív töltés és a sugarak egy és ugyanaz.,

elektromos eltérítésszerkesztés

1897. május–júniusban Thomson megvizsgálta, hogy a sugarakat elektromos mező eltérítheti-e vagy sem. A korábbi kísérletezők ezt nem tudták megfigyelni, de Thomson úgy gondolta, hogy kísérleteik hibásak, mert csöveik túl sok gázt tartalmaztak.

Thomson épített egy Crookes cső jobb vákuum. A cső elején a katód volt, ahonnan a sugarak vetültek., A sugarakat két fém résszel egy gerendára élesítették-az első ilyen rés megduplázódott, mint az anód, a második pedig a földhöz kapcsolódott. A gerenda ezután két párhuzamos alumíniumlemez között haladt, amelyek között elektromos mező keletkezett, amikor egy akkumulátorhoz csatlakoztak. A cső vége egy nagy gömb volt, ahol a gerenda hatással lenne az üvegre, izzó tapaszt hozott létre. Thomson beillesztett egy skálát a gömb felületére, hogy megmérje a gerenda elhajlását., Bármely elektronsugár ütközne néhány maradék gázatommal a Crookes csőben, ezáltal ionizálná őket, és elektronokat és ionokat termelne a csőben (tér töltés); korábbi kísérletekben ez a tér töltés elektromosan szűrte a külsőleg alkalmazott elektromos mezőt. Azonban a Thomson Crookes-cső a sűrűséget a maradék atomok volt olyan alacsony, hogy a tér felelős az elektronok, illetve ionok volt elegendő, hogy elektromosan képernyőn a külsőleg alkalmazott elektromos mező, ami lehetővé tette, Thomson, hogy sikeresen megfigyelni elektromos kitérés.,

amikor a felső lemez az akkumulátor negatív pólusához, az alsó lemez pedig a pozitív pólushoz volt csatlakoztatva, az izzó tapasz lefelé mozgott, és amikor a polaritás megfordult, a tapasz felfelé mozgott.

Mérése tömeg-hogy-díj ratioEdit

A klasszikus kísérlet, Thomson mért a tömeg-hogy-díj aránya a katód sugárzás mérésével, mennyire voltak deformálódik, a mágneses mező, összehasonlítva ezt az elektromos kitérés., Ugyanazt a készüléket használta, mint korábbi kísérletében, de a kisülési csövet egy nagy elektromágnes pólusai közé helyezte. Megállapította, hogy a tömeg-feltöltési arány több mint ezerszer alacsonyabb, mint egy hidrogénioné (H+), ami arra utal, hogy a részecskék nagyon könnyűek és/vagy nagyon töltöttek. Jelentősen, minden katód sugara ugyanazt a tömeg-feltöltési arányt eredményezte. Ez ellentétben áll az anód sugarakkal (amelyekről ismert, hogy az anód által kibocsátott pozitív ionokból származnak), ahol a tömeg-töltés arány anódtól anódig változik., Thomson maga is kritikus maradt azzal kapcsolatban, amit munkája létrehozott, Nobel-díjas elfogadó beszédében, amely “testekre” utal, nem pedig “elektronokra”.,

a Thomson számítások az alábbiak szerint foglalhatók össze (az eredeti jelölést használva F ahelyett, E az elektromos mező H helyett B a mágneses mező):

Az elektromos kitérés által adott Θ = F e l / m v 2 {\displaystyle \Theta =Fel/mv^{2}} , ahol Θ a szögletes elektromos elhajlás, F alkalmazott elektromos intenzitás, e a felelős a katódsugaras részecskék, l a hossza, elektromos lemezek, m a tömege, a katódsugaras részecskék v a sebesség, a katódsugaras részecskék., A mágneses elhajlást ϕ = H e l / m v {\displaystyle \phi =Hel/mv} adja, ahol φ a szög mágneses elhajlás, H pedig az alkalmazott mágneses térintenzitás.,

ConclusionsEdit

Mint a katód sugarak készítsen egy felelős a negatív elektromosság, vagy deformálódik, elektrosztatikus erő, mint negatívan villamosított, s úgy viselkedett, a mágneses erő csak az, ahogy ezt a hatályos törvény a negatív elektromos test mozog az úton, hogy ezek a sugarak, Látom, nem menekülés a következtetésre jutott, hogy azok a vádak a negatív elektromosság által hordozott részecskék számít.

– JJ., Thomson

ezeknek a részecskéknek a forrását illetően Thomson úgy gondolta, hogy a katód közelében lévő gázmolekulákból származnak.,

Ha a nagyon erős elektromos mező a környéken a katód, a molekulák, a gáz disszociált vagy szét, nem a közönséges kémiai atomok, de ezek az ősi atomok, amelyek fogjuk a rövidség kedvéért hívás tartoznak; ha pedig ezek a vörösvértest vádolják a villamosenergia -, illetve várható a katód által az elektromos mező, ők is úgy viselkednek, pontosan olyan, mint a katód sugarak.

– JJ., Thomson

Thomson úgy képzelte el az atomot, hogy ezek a pozitív töltésű tengerben keringő testek alkotják; ez volt a szilva puding modellje. Ez a modell később helytelennek bizonyult, amikor tanítványa, Ernest Rutherford megmutatta, hogy a pozitív töltés az atom magjában koncentrálódik.

Egyéb workEdit

1905-ben Thomson felfedezte a kálium természetes radioaktivitását.

1906-ban Thomson bebizonyította, hogy a hidrogén atomonként csak egyetlen elektronnal rendelkezik. A korábbi elméletek különböző számú elektronot engedélyeztek.,

Díjat, valamint honoursEdit

Thomson ösztöndíjas választották a Royal Society (FRS) nevezi ki a Cavendish Professzori a Kísérleti Fizika a Cavendish Laboratórium, University of Cambridge, 1884-ben., Thomson pályafutása során számos díjat és kitüntetést nyert, többek között:

Thomsont 1884.június 12-én a Royal Society tagjává választották, és 1915-től 1920-ig a Royal Society elnöke volt.

1927 novemberében J. J. Thomson megnyitotta a tiszteletére elnevezett Thomson épületet a Cambridge-i Leys iskolában.

Posthumous honoursEdit

1991 – ben, a thomson (szimbólum: Th) javasolták, mint egy egység mérésére tömeg-töltés arány tömegspektrometria az ő tiszteletére.

J J Thomson Avenue, a Cambridge-i Egyetem Nyugat-Cambridge-i oldalán, Thomsonról nevezték el.,

a Thomson-érmet, amelyet a nemzetközi Tömegspektrometriai Alapítvány szponzorál, Thomsonról nevezték el.

A Joseph Thomson-érem és-díj Fizikai Intézete Thomsonról kapta a nevét.