J. J. Thomson (Norsk)

OverviewEdit

På 22 desember 1884, Thomson ble utnevnt Cavendish Professor i Fysikk ved Universitetet i Cambridge. Avtalen forårsaket stor overraskelse, gitt at kandidater som Osborne Reynolds eller Richard Glazebrook var eldre og mer erfarne i arbeidet på laboratoriet. Thomson var kjent for sitt arbeid som en matematiker, hvor han ble anerkjent som et eksepsjonelt talent.

Han ble tildelt nobelprisen i 1906, «i anerkjennelse av den store verdien av hans teoretiske og eksperimentelle undersøkelser på gjennomføring av elektrisitet ved gasser.,»Han ble slått til ridder i 1908 og utnevnt til fortjenstorden i 1912. I 1914, ga han Romanes Foredrag i Oxford på «atom-teorien». I 1918 ble han Mester i Trinity College, Cambridge, hvor han forble til sin død. Joseph John Thomson døde 30. August 1940; hans aske hvile i Westminster Abbey, i nærheten av gravene til Sir Isaac Newton og hans tidligere student, Ernest Rutherford.

En av Thomson største bidrag til moderne vitenskap var i sin rolle som en svært begavet lærer., En av hans elever var Ernest Rutherford, som senere etterfulgte ham som Cavendish Professor i Fysikk. I tillegg til Thomson seg selv, og seks av hans forskningsassistenter (Charles Glover Barkla, Niels Bohr, Maks ant. Født, William Henry Bragg, Owen Willans Richardson og Charles Thomson Rees Wilson) vunnet nobelpriser i fysikk, og to (Francis William Aston og Ernest Rutherford) vunnet nobelpriser i kjemi. I tillegg, Thomson ‘ s sønn (George Pagets Thomson) vant 1937 nobelprisen i fysikk for å bevise bølge-lignende egenskaper av elektroner.,

Tidlig workEdit

Thomson ‘s prize-vinnende master’ s arbeid Avhandling om bevegelse av vortex ringer, viser hans tidlige interesse i atom-strukturen. I det, Thomson matematisk beskrevet bevegelser av William Thomson ‘ s vortex teori av atomer.

Thomson publisert en rekke papirer adressering både matematiske og eksperimentell problemer av elektromagnetisme. Han undersøkte elektromagnetisk teori i lys av James Clerk Maxwell, introduserte konseptet med elektromagnetisk massen av en ladet partikkel, og viste at en flytting belastet kroppen ville tilsynelatende økning i massen.,

Mye av hans arbeid i matematisk modellering av kjemiske prosesser som kan være tenkt som tidlige beregningsorientert kjemi. I det videre arbeidet, utgitt i bokform som Programmer av dynamikk til fysikk og kjemi (1888), Thomson adressert omforming av energi i matematiske og teoretiske begreper, noe som tyder på at all energi kan være kinetisk. Hans neste bok, Notater på nyere forskning i elektrisitet og magnetisme (1893), bygget på Maxwell ‘ s Avhandling på elektrisitet og magnetisme, og ble noen ganger referert til som «den tredje bindet av Maxwell»., I det, Thomson understreket fysiske metoder og eksperimentering, og inkludert omfattende figurer og diagrammer av apparatet, inkludert et nummer for passering av elektrisitet gjennom gasser. Hans tredje bok, Elementer av det matematiske teorien om elektrisitet og magnetisme (1895) var en lesbar introduksjon til et bredt spekter av fag, og oppnådd betydelig popularitet som en lærebok.

En serie av fire forelesninger gitt av Thomson på et besøk til Princeton University i 1896, ble senere publisert som Utslipp av elektrisitet gjennom gasser (1897)., Thomson også presentert en serie av seks foredrag ved Yale University i 1904.

Oppdagelsen av electronEdit

Flere forskere, som for eksempel William Prout og Norman Lockyer, hadde foreslått at atomene ble bygd opp fra en mer grunnleggende enhet, men de så for seg denne enheten til å være størrelsen på den minste atomet, hydrogen. Thomson i 1897 ble den første til å foreslå at et av de grunnleggende enheter ble mer enn 1000 ganger mindre enn et atom, noe som tyder på det subatomære partikkel som nå er kjent som elektronet. Thomson oppdaget dette gjennom sin forskning på egenskapene til katoden stråler., Thomson laget hans forslag på 30 April 1897 følgende hans oppdagelse som katode-stråler (på den tiden kjent som Lenard stråler) kan reise mye videre gjennom luft enn forventet for en atom-size-partikkel. Han estimert massen av crt-stråler ved å måle den varmen som genereres når strålene treffer en termisk junction, og sammenligne dette med den magnetiske utslag av stråler. Hans eksperimenter foreslo ikke bare at katoden stråler var over 1000 ganger lettere enn hydrogenatom, men også at deres massen var den samme i hvilken type atom de kom fra., Han konkluderte med at den stråler var sammensatt av svært lett, negativt ladede partikler som ble en universell byggestein av atomer. Han kalte partikler «corpuscles», men senere forskere foretrukne navnet elektron som hadde blitt foreslått av George Johnstone Stoney i 1891, før Thomson faktiske funn.

I April 1897, Thomson hadde bare tidlig indikasjoner på at katode-stråler kan være avledet elektrisk (tidligere etterforskere som Heinrich Hertz hadde trodde de ikke kunne være)., En måned etter Thomson kunngjøring av corpuscle, fant han ut at han kunne pålitelig avlede den stråler av et elektrisk felt hvis han evakuert utslipp rør til et svært lavt blodtrykk. Ved å sammenligne utslag av en stråle av katoden stråler av elektriske og magnetiske felt han fikk mer robust mål på masse-til-kostnad-forholdet som bekreftet hans tidligere estimater. Dette ble den klassiske betyr å måle gratis-til-masse forholdet mellom elektronet. (Den lade seg selv ble ikke målt til Robert A. Millikan olje slippe eksperiment i 1909.,)

Thomson mente at corpuscles dukket opp fra atomer av sporgass inne i sitt katoden ray-rør. Han således konkludert med at atomene var delelig, og at corpuscles var deres byggestener. I 1904, Thomson foreslått en modell av atomet, hypothesizing at det var en sfære av positiv rolle i elektrostatiske krefter bestemt lokalisering av corpuscles. For å forklare den generelle nøytral ladning av atom, han foreslo at corpuscles ble distribuert i en ensartet hav av positiv ladning., I denne «plum pudding-modellen», elektroner ble sett som er innebygd i den positive ladningen som rosiner i en plum pudding (selv om i Thomson ‘ s modell de ikke var stasjonære, men som går i bane rundt raskt).

Thomson gjort funn rundt samme tid som Walter Kaufmann og Emil Wiechert oppdaget riktig masse til å belaste forholdet mellom disse katode-stråler (elektroner).

Isotoper og masse spectrometryEdit

I 1912, som en del av sin leting i sammensetningen av strømmer av positivt ladde partikler, kjent som canal stråler, Thomson og hans forskning assistent F. W. Aston kanalisert en strøm av neon ioner gjennom en magnetisk og elektrisk felt og målt sin nedbøyning ved å plassere en fotografisk plate på sin vei., De observerte to flekker av lys på den fotografiske platen (se bildet til høyre), som foreslo to ulike parabolas av nedbøyning, og konkluderte med at neon er sammensatt av atomer av to forskjellige atomic massene (neon-20 og neon-22), det vil si av to isotoper. Dette var det første beviset for isotoper av et stabilt element; Frederick Soddy hadde tidligere foreslått eksistensen av isotoper til å forklare nedbrytning av visse radioaktive elementer.

J. J., Thomson er separasjon av neon isotoper av sin masse var det første eksemplet på mass spectrometry, som senere ble forbedret og utviklet seg til en generell metode av F. W. Aston og av A. J. Dempster.

Eksperimenter med katoden raysEdit

Tidligere, fysikere debattert om katoden stråler var uvesentlig som lys («noen prosess i aether») eller var «faktisk helt materiale, og … merke stier av partikler ladet med negative elektrisitet», siterer Thomson. Den aetherial hypotese var vage, men partikkelen hypotese var klar nok for Thomson å teste.,

Magnetisk deflectionEdit

Thomson først undersøkt den magnetiske utslag av crt-stråler. Katoden stråler ble produsert i siden røret på venstre side av apparatet og gått gjennom anode i de viktigste bell jar, der de ble avledet av en magnet. Thomson oppdaget sin bane ved fluorescens på en kvadratisk skjerm i glasset. Han fant at uansett materiale av anode og gass i glasset, avledningen av stråler var den samme, noe som tyder på at den stråler var av samme form uansett hva deres opprinnelse.,

Elektrisk chargeEdit

Mens tilhengere av aetherial teori akseptert muligheten som negativt ladede partikler er produsert i Crookes rør, de trodde at de er en ren by-produkt, og at katoden stråler i seg selv er uten betydning., Thomson satt ut for å undersøke hvorvidt han faktisk kunne skille kostnad fra stråler.

Thomson konstruert en Crookes rør med en electrometer satt til side, ut av den direkte banen til katoden stråler. Thomson kunne spore banen til ray ved å observere selvlysende patch det opprettet der det traff overflaten av røret. Thomson observert at electrometer registrert en kostnad bare når han avledet katoden ray til det med en magnet. Han konkluderte med at negativ ladning og stråler var ett og det samme.,

Elektrisk deflectionEdit

I Mai–juni 1897, Thomson undersøkt hvorvidt eller ikke-stråler kan være avledet av et elektrisk felt. Tidligere forskere hadde mislyktes i å observere dette, men Thomson trodde deres eksperimenter var feil fordi deres rør inneholdt for mye gass.

Thomson konstruert en Crookes rør med en bedre vakuum. Ved starten av røret var katoden som stråler anslått., Strålene ble skjerpet til en bredde av to metall spalter – den første av disse spalter doblet som anode, den andre var koblet til jord. Strålen så gikk mellom to parallelle aluminium plater, som produserte et elektrisk felt mellom dem når de var koblet til et batteri. Den enden av røret var det en stor sfære hvor strålen ville innvirkning på glass, opprettet en glødende patch. Thomson limt på en skala til overflaten av denne sfæren for å måle utslag av strålen., Noen electron beam ville kollidere med noen gjenværende gass atomer i Crookes røret, og dermed ioniserende dem og produserer elektroner og ioner i røret (plass kostnad); i tidligere eksperimenter denne plassen lade elektrisk vist den eksternt påførte elektrisk felt. Imidlertid, i Thomson ‘ s Crookes rør tettheten av gjenværende atomer var så lave at plassen kostnad fra elektroner og ioner var ikke nok til å elektrisk skjermen eksternt påførte elektrisk felt, som det er tillatt Thomson å kunne observere elektrisk utslag.,

Når den øvre platen ble koblet til den negative polen på batteriet og den nedre plate til den positive polen, glødende patch flyttet nedover, og når polariteten ble reversert, patch flyttes oppover.

Måling av masse-til-kostnad ratioEdit

I sin klassiske eksperiment, Thomson målt masse-til-kostnad-forholdet mellom katoden stråler ved å måle hvor mye de ble avledet av et magnetisk felt, og sammenligne dette med den elektriske utslag., Han brukte det samme apparatet som i sin forrige eksperiment, men er plassert utslipp rør mellom polene på en stor elektromagnet. Han fant ut at masse-til-kostnad-forholdet var over tusen ganger lavere enn på et hydrogen-ion (H+), noe som tyder enten på at partikler var veldig lys og/eller svært belastet. Betydelig, stråler fra hver katoden gitt de samme masse-til-kostnad-forhold. Dette er i motsetning til anode-stråler (nå kjent for å oppstå fra positive ioner som slippes ut av anode), hvor masse-til-kostnad-forholdet varierer fra anode-til-anode., Thomson selv vært kritisk til hva hans arbeid som er etablert, i sin Nobels Fredspris takketale under henvisning til «corpuscles» heller enn «elektroner».,

Thomson beregninger kan oppsummeres som følger (i sin opprinnelige notasjon, ved hjelp av F i stedet for E for det elektriske feltet og H i stedet for B for magnetiske felt):

Den elektriske nedbøyning er gitt ved Θ = F e l / m v 2 {\displaystyle \Theta =Fel/mv^{2}} , der Θ er den kantete elektrisk nedbøyning, F er anvendt elektrisk intensitet, e er ansvarlig for cathode ray partikler, l er lengden av den elektriske plater, m er massen av katoden ray partikler og v er hastigheten til katoden ray-partikler., Den magnetiske nedbøyning er gitt ved ϕ = H e l / m v {\displaystyle \phi =Hel/mv} , der φ er den kantete magnetiske nedbøyning og H er anvendt magnetfelt intensitet.,

ConclusionsEdit

Som katoden stråler bære en kostnad av negative elektrisitet, er avledet av en elektrostatisk kraft som om de var negativt elektrifisert, og er handlet på en magnetisk kraft på akkurat den måten som denne styrken skulle fungere på et negativt elektrifisert kroppen beveger seg langs veien av disse strålene, Jeg kan se ingen flykte fra den konklusjon at de er kostnader av negativ elektrisitet gjennomført av partikler.

— J. J., Thomson

Som til kilden av disse partiklene, Thomson trodde de dukket opp fra molekyler av gass i nærheten av katoden.,

Hvis, i svært intense elektriske feltet i nabolaget av katoden, molekyler i gassen er dissosiert og er delt opp, og ikke i den vanlige kjemiske atomer, men i disse grunnleggende atomer, som vi skal for kortfattethet samtale corpuscles, og hvis disse corpuscles er ladet med elektrisitet og projisert fra katoden av det elektriske feltet, ville de oppfører seg akkurat som katoden stråler.

— J. J., Thomson

Thomson forestilt atom som blir gjort opp av disse corpuscles i bane rundt i et hav av positive ladningen; dette var hans plum pudding modell. Denne modellen ble senere vist seg feil når hans elev Ernest Rutherford viste at den positive ladningen er konsentrert i kjernen av et atom.

Andre workEdit

I 1905, Thomson oppdaget naturlig radioaktivitet av kalium.

I 1906, Thomson vist at hydrogen hadde bare et enkelt elektron per atom. Tidligere teorier tillatt ulike numre av elektroner.,

Awards og honoursEdit

Thomson ble valgt til medlem av Royal Society (FRS) og utnevnt til Cavendish Professor i Eksperimentell Fysikk ved Cavendish Laboratory, University of Cambridge, i 1884., Thomson vunnet en rekke priser og utmerkelser i løpet av sin karriere, blant annet:

Thomson ble valgt til medlem av Royal Society 12. juni 1884, og var President for Royal Society fra 1915 til 1920.

I November 1927, J. J. Thomson åpnet Thomson bygningen, som er navngitt i hans ære, i Leys Skolen, Cambridge.

Etterlatte honoursEdit

I 1991, thomson (symbol: Th) ble foreslått som en enhet for å måle masse-til-kostnad-forholdet i mass spectrometry i hans ære.

jj Thomson Avenue, på University of Cambridge, Vest-Cambridge nettstedet, er oppkalt etter Thomson.,

The Thomson Medal Award, som er sponset av International Mass Spectrometry Foundation, er oppkalt etter Thomson.

Institutt for Fysikk Joseph Thomson Medalje og Prisen er oppkalt etter Thomson.