J. J. Thomson (Italiano)

OverviewEdit

Il 22 dicembre 1884, Thomson fu nominato Cavendish Professore di Fisica all’Università di Cambridge. La nomina ha causato notevole sorpresa, dato che i candidati come Osborne Reynolds o Richard Glazebrook erano più anziani e più esperti nel lavoro di laboratorio. Thomson era noto per il suo lavoro come matematico, dove è stato riconosciuto come un talento eccezionale.

Fu insignito del Premio Nobel nel 1906, “in riconoscimento dei grandi meriti delle sue indagini teoriche e sperimentali sulla conduzione dell’elettricità da parte dei gas.,”Fu nominato cavaliere nel 1908 e nominato all’Ordine al Merito nel 1912. Nel 1914, ha dato il Romanes Lecture a Oxford su “The atomic theory”. Nel 1918 divenne Maestro del Trinity College di Cambridge, dove rimase fino alla sua morte. Joseph John Thomson morì il 30 agosto 1940; le sue ceneri riposano nell’abbazia di Westminster, vicino alle tombe di Sir Isaac Newton e del suo ex studente, Ernest Rutherford.

Uno dei più grandi contributi di Thomson alla scienza moderna era nel suo ruolo di insegnante altamente dotato., Uno dei suoi studenti fu Ernest Rutherford, che in seguito gli succedette come Cavendish Professore di Fisica. Oltre a Thomson stesso, sei dei suoi assistenti di ricerca (Charles Glover Barkla, Niels Bohr, Max Born, William Henry Bragg, Owen Willans Richardson e Charles Thomson Rees Wilson) vinsero premi Nobel per la fisica, e due (Francis William Aston e Ernest Rutherford) vinsero premi Nobel per la chimica. Inoltre, il figlio di Thomson (George Paget Thomson) vinse il premio Nobel per la fisica nel 1937 per aver dimostrato le proprietà ondulatorie degli elettroni.,

Primi lavorimodifica

Il lavoro del maestro vincitore del premio Thomson, Treatise on the motion of vortex rings, mostra il suo precoce interesse per la struttura atomica. In esso, Thomson descrisse matematicamente i moti della teoria del vortice degli atomi di William Thomson.

Thomson ha pubblicato una serie di articoli che affrontano sia questioni matematiche e sperimentali di elettromagnetismo. Ha esaminato la teoria elettromagnetica della luce di James Clerk Maxwell, ha introdotto il concetto di massa elettromagnetica di una particella carica, e ha dimostrato che un corpo carico in movimento sarebbe apparentemente aumentare di massa.,

Gran parte del suo lavoro nella modellazione matematica dei processi chimici può essere pensato come chimica computazionale precoce. In un ulteriore lavoro, pubblicato in forma di libro come Applications of Dynamics to physics and chemistry (1888), Thomson ha affrontato la trasformazione dell’energia in termini matematici e teorici, suggerendo che tutta l’energia potrebbe essere cinetica. Il suo libro successivo, Notes on recent researches in electricity and magnetism (1893), costruito su Trattato di Maxwell su elettricità e magnetismo, ed è stato talvolta indicato come “il terzo volume di Maxwell”., In esso, Thomson enfatizzò i metodi fisici e la sperimentazione e incluse ampie figure e diagrammi di apparecchi, incluso un numero per il passaggio dell’elettricità attraverso i gas. Il suo terzo libro, Elements of the mathematical theory of electricity and magnetism (1895) fu un’introduzione leggibile a un’ampia varietà di argomenti e raggiunse una notevole popolarità come libro di testo.

Una serie di quattro conferenze, tenute da Thomson durante una visita all’Università di Princeton nel 1896, furono successivamente pubblicate come Discharge of electricity through gases (1897)., Thomson ha anche presentato una serie di sei conferenze alla Yale University nel 1904.

Scoperta dell’elettronEdit

Diversi scienziati, come William Prout e Norman Lockyer, avevano suggerito che gli atomi fossero costruiti da un’unità più fondamentale, ma immaginavano che questa unità fosse la dimensione dell’atomo più piccolo, l’idrogeno. Thomson nel 1897 fu il primo a suggerire che una delle unità fondamentali era più di 1.000 volte più piccola di un atomo, suggerendo la particella subatomica ora nota come elettrone. Thomson ha scoperto questo attraverso le sue esplorazioni sulle proprietà dei raggi catodici., Thomson ha fatto il suo suggerimento il 30 aprile 1897 dopo la sua scoperta che i raggi catodici (all’epoca noti come raggi Lenard) potrebbero viaggiare molto più lontano attraverso l’aria di quanto previsto per una particella di dimensioni atomiche. Ha stimato la massa dei raggi catodici misurando il calore generato quando i raggi colpiscono una giunzione termica e confrontando questo con la deflessione magnetica dei raggi. I suoi esperimenti suggerivano non solo che i raggi catodici erano oltre 1.000 volte più leggeri dell’atomo di idrogeno, ma anche che la loro massa era la stessa in qualsiasi tipo di atomo provenissero., Concluse che i raggi erano composti da particelle molto leggere e caricate negativamente che erano un blocco universale di atomi. Chiamò le particelle “corpuscoli”, ma in seguito gli scienziati preferirono il nome electron che era stato suggerito da George Johnstone Stoney nel 1891, prima della scoperta effettiva di Thomson.

Nell’aprile del 1897, Thomson aveva solo le prime indicazioni che i raggi catodici potevano essere deviati elettricamente (precedenti ricercatori come Heinrich Hertz avevano pensato che non potevano essere)., Un mese dopo l’annuncio del corpuscolo da parte di Thomson, scoprì che poteva deviare in modo affidabile i raggi da un campo elettrico se evacuava il tubo di scarico a una pressione molto bassa. Confrontando la deflessione di un fascio di raggi catodici da campi elettrici e magnetici ha ottenuto misurazioni più robuste del rapporto massa-carica che ha confermato le sue stime precedenti. Questo divenne il mezzo classico per misurare il rapporto carica-massa dell’elettrone. (La carica stessa non è stata misurata fino a quando Robert A. Millikan oil drop experiment nel 1909.,)

Thomson credeva che i corpuscoli emergessero dagli atomi del gas traccia all’interno dei suoi tubi a raggi catodici. Concluse così che gli atomi erano divisibili e che i corpuscoli erano i loro elementi costitutivi. Nel 1904, Thomson suggerì un modello dell’atomo, ipotizzando che fosse una sfera di materia positiva all’interno della quale le forze elettrostatiche determinavano il posizionamento dei corpuscoli. Per spiegare la carica neutra complessiva dell’atomo, propose che i corpuscoli fossero distribuiti in un mare uniforme di carica positiva., In questo “modello di pudding di prugne”, gli elettroni erano visti come incorporati nella carica positiva come l’uvetta in un pudding di prugne (anche se nel modello di Thomson non erano stazionari, ma orbitanti rapidamente).

Thomson fece la scoperta nello stesso periodo in cui Walter Kaufmann ed Emil Wiechert scoprirono il corretto rapporto massa / carica di questi raggi catodici (elettroni).

Isotopi e spettrometria di massamodifica

Nel 1912, come parte della sua esplorazione nella composizione dei flussi di particelle caricate positivamente, allora conosciuta come canale raggi, Thomson e il suo assistente di ricerca F. W. Aston incanalata un flusso di neon ioni attraverso una magnetica e di campo elettrico e misurati la sua deviazione mettendo una lastra fotografica nel suo percorso., Hanno osservato due macchie di luce sulla lastra fotografica (vedi immagine a destra), che suggerivano due diverse parabole di deflessione, e hanno concluso che il neon è composto da atomi di due diverse masse atomiche (neon-20 e neon-22), vale a dire di due isotopi. Questa è stata la prima prova per isotopi di un elemento stabile; Frederick Soddy aveva precedentemente proposto l ” esistenza di isotopi per spiegare il decadimento di alcuni elementi radioattivi.

J. J., La separazione di Thomson degli isotopi di neon dalla loro massa fu il primo esempio di spettrometria di massa, che fu successivamente migliorata e sviluppata in un metodo generale da FW Aston e da AJ Dempster.

Esperimenti con raggi catodicimodifica

In precedenza, i fisici discutevano se i raggi catodici fossero immateriali come la luce (“qualche processo nell’etere”) o fossero “in realtà interamente materiali, e … segna i percorsi delle particelle di materia cariche di elettricità negativa”, citando Thomson. L’ipotesi etheriale era vaga, ma l’ipotesi delle particelle era abbastanza definita da poter essere testata da Thomson.,

Deflessione magneticamodifica

Thomson studiò per primo la deflessione magnetica dei raggi catodici. I raggi catodici sono stati prodotti nel tubo laterale a sinistra dell’apparecchio e passati attraverso l’anodo nel vaso principale della campana, dove sono stati deviati da un magnete. Thomson ha rilevato il loro percorso dalla fluorescenza su uno schermo quadrato nel barattolo. Scoprì che qualunque fosse il materiale dell’anodo e del gas nel barattolo, la deflessione dei raggi era la stessa, suggerendo che i raggi erano della stessa forma qualunque fosse la loro origine.,

Carica elettricamodifica

Mentre i sostenitori della teoria etheriale accettavano la possibilità che particelle caricate negativamente fossero prodotte nei tubi di Crookes, credevano che fossero un semplice sottoprodotto e che i raggi catodici stessi fossero immateriali., Thomson ha deciso di indagare se poteva effettivamente separare la carica dai raggi.

Thomson costruì un tubo di Crookes con un elettrometro posto su un lato, fuori dal percorso diretto dei raggi catodici. Thomson potrebbe tracciare il percorso del raggio osservando la patch fosforescente che ha creato dove ha colpito la superficie del tubo. Thomson osservò che l’elettrometro registrava una carica solo quando deviava il raggio catodico con un magnete. Concluse che la carica negativa e i raggi erano la stessa cosa.,

Electrical deflectionEdit

Nel maggio–giugno 1897, Thomson investigò se i raggi potessero essere deviati o meno da un campo elettrico. Gli sperimentatori precedenti non erano riusciti a osservarlo, ma Thomson credeva che i loro esperimenti fossero difettosi perché i loro tubi contenevano troppo gas.

Thomson ha costruito un tubo di Crookes con un vuoto migliore. All’inizio del tubo era il catodo da cui proiettavano i raggi., I raggi erano affilati a un raggio da due fessure metalliche: la prima di queste fessure raddoppiava come l’anodo, la seconda era collegata alla terra. Il fascio poi passato tra due piastre di alluminio parallele, che ha prodotto un campo elettrico tra di loro quando sono stati collegati ad una batteria. L’estremità del tubo era una grande sfera in cui il raggio avrebbe avuto un impatto sul vetro, creando una patch luminosa. Thomson ha incollato una scala sulla superficie di questa sfera per misurare la deflessione del raggio., Qualsiasi fascio di elettroni entrerebbe in collisione con alcuni atomi di gas residui all’interno del tubo di Crookes, ionizzandoli e producendo elettroni e ioni nel tubo (carica spaziale); in esperimenti precedenti questa carica spaziale proiettava elettricamente il campo elettrico applicato esternamente. Tuttavia, nel tubo di Crookes di Thomson la densità degli atomi residui era così bassa che la carica spaziale degli elettroni e degli ioni era insufficiente per schermare elettricamente il campo elettrico applicato esternamente, il che consentiva a Thomson di osservare con successo la deflessione elettrica.,

Quando la piastra superiore è stata collegata al polo negativo della batteria e la piastra inferiore al polo positivo, la patch incandescente spostato verso il basso, e quando la polarità è stata invertita, la patch spostato verso l’alto.

Misura della massa carica ratioEdit

Nel suo classico esperimento, Thomson ha misurato la massa, carica il rapporto dei raggi catodici da la misura di quanto essi sono stati deviati da un campo magnetico e il confronto con l’elettrico di deflessione., Ha usato lo stesso apparecchio del suo precedente esperimento, ma ha posizionato il tubo di scarico tra i poli di un grande elettromagnete. Ha scoperto che il rapporto massa-carica era oltre mille volte inferiore a quello di uno hydrogen idrogeno (H+), suggerendo che le particelle erano molto leggere e/o molto cariche. Significativamente, i raggi di ogni catodo hanno prodotto lo stesso rapporto massa-carica. Questo è in contrasto con i raggi anodici (ora noti per derivare da ioni positivi emessi dall’anodo), dove il rapporto massa-carica varia da anodo a anodo., Thomson stesso rimase critico su ciò che il suo lavoro stabilì, nel suo discorso di accettazione del premio Nobel riferendosi ai ” corpuscoli “piuttosto che agli”elettroni”.,

Thomson i calcoli possono essere riassunte come segue (nel suo originale notazione con F invece di E per il campo elettrico e H a invece di B per il campo magnetico):

elettrico flessione è data da Q = F e l / m v 2 {\displaystyle \Theta =Fel/mv^{2}} , dove Θ angolare elettrico flessione, F è applicata elettrico di intensità, e è la carica dei raggi catodici particelle, l è la lunghezza delle piastre elettriche, m è la massa dei raggi catodici particelle e v è la velocità dei raggi catodici particelle., La deflessione magnetica è data da φ = H e l / m v {\displaystyle \phi =Hel/mv} , dove φ è la deflessione magnetica angolare e H è l’intensità del campo magnetico applicato.,

ConclusionsEdit

Come i raggi catodici portare una carica di elettricità negativa, vengono deviati da una forza elettrostatica come se essi sono stati negativamente elettrificate, e sono guidati da una forza magnetica in solo il modo in cui questa forza agire su di un negativamente elettrificata corpo che si muove lungo il percorso di questi raggi, Non riesco a vedere alcuna fuga dalla conclusione che sono le spese di elettricità negativa trasportata da particelle di materia.

iv— – J. J., Thomson

Per quanto riguarda la fonte di queste particelle, Thomson riteneva che emergessero dalle molecole di gas nelle vicinanze del catodo.,

Se, nel molto intenso campo elettrico in prossimità del catodo, le molecole del gas sono dissociati e sono divisi, non ordinario chimica atomi, ma in questi primordiale atomi, che ci sono, per brevità chiamata corpuscoli; e se questi corpuscoli sono carica di elettricità e proiettata dal catodo dal campo elettrico, si comporterebbero esattamente come i raggi catodici.

iv— – J. J., Thomson

Thomson immaginava che l’atomo fosse costituito da questi corpuscoli orbitanti in un mare di carica positiva; questo era il suo modello di plum pudding. Questo modello è stato successivamente dimostrato errato quando il suo studente Ernest Rutherford ha dimostrato che la carica positiva è concentrata nel nucleo dell’atomo.

Altri lavorimodifica

Nel 1905, Thomson scoprì la radioattività naturale del potassio.

Nel 1906, Thomson dimostrò che l’idrogeno aveva solo un singolo elettrone per atomo. Le teorie precedenti consentivano vari numeri di elettroni.,

Premi e honoursEdit

Thomson è stato eletto Fellow della Royal Society (FRS) e nominato il Cavendish Cattedra di Fisica Sperimentale presso il Cavendish Laboratory dell’Università di Cambridge, nel 1884., Thomson vinse numerosi premi e onorificenze durante la sua carriera, tra cui:

Thomson fu eletto Membro della Royal Society il 12 giugno 1884 e fu Presidente della Royal Society dal 1915 al 1920.

Nel novembre 1927, J. J. Thomson aprì il Thomson building, chiamato in suo onore, nella Leys School di Cambridge.

Onorificenze postume

Nel 1991, il thomson (simbolo: Th) è stato proposto come unità per misurare il rapporto massa-carica in spettrometria di massa in suo onore.

Jj Thomson Avenue, sul sito West Cambridge dell’Università di Cambridge, prende il nome da Thomson.,

Il Thomson Medal Award, sponsorizzato dalla International Mass Spectrometry Foundation, prende il nome da Thomson.

La medaglia e il Premio Joseph Thomson dell’Istituto di Fisica prende il nome da Thomson.