Overzichtwedit
Op 22 December 1884 werd Thomson benoemd tot Cavendish hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Cambridge. De benoeming zorgde voor een aanzienlijke verrassing, gezien het feit dat kandidaten zoals Osborne Reynolds of Richard Glazebrook ouder en meer ervaring hadden in laboratoriumwerk. Thomson stond bekend om zijn werk als wiskundige, waar hij werd erkend als een uitzonderlijk talent.in 1906 ontving hij de Nobelprijs, “in recognition of the great merites of his theoretical and experimental investigations on the conduction of electricity by gases., Hij werd geridderd in 1908 en benoemd in de Orde van Verdienste in 1912. In 1914 gaf hij in Oxford de Romanes Lecture over “the atomic theory”. In 1918 werd hij Master of Trinity College, Cambridge, waar hij bleef tot zijn dood. Joseph John Thomson overleed op 30 augustus 1940; zijn as rust in Westminster Abbey, nabij de graven van Sir Isaac Newton en zijn voormalige student, Ernest Rutherford.een van Thomson ‘ s grootste bijdragen aan de moderne wetenschap was in zijn rol als hoogbegaafde leraar., Een van zijn studenten was Ernest Rutherford, die hem later opvolgde als Cavendish Professor in de natuurkunde. Naast Thomson zelf wonnen zes van zijn onderzoeksassistenten (Charles Glover Barkla, Niels Bohr, Max Born, William Henry Bragg, Owen Willans Richardson en Charles Thomson Rees Wilson) de Nobelprijs voor de natuurkunde en twee (Francis William Aston en Ernest Rutherford) de Nobelprijs voor de scheikunde. Thomson ‘ s zoon (George Paget Thomson) won in 1937 de Nobelprijs voor de natuurkunde voor het bewijzen van de golfachtige eigenschappen van elektronen.,vroege workEdit
Thomson ’s prijswinnende master’ s work, Treatise on the motion of vortex rings, toont zijn vroege interesse in atomaire structuur. Hierin beschreef Thomson wiskundig de bewegingen van William Thomson ‘ s vortextheorie van atomen.
Thomson publiceerde een aantal artikelen over zowel wiskundige als experimentele kwesties van elektromagnetisme. Hij onderzocht de elektromagnetische lichttheorie van James Clerk Maxwell, introduceerde het concept van elektromagnetische massa van een geladen deeltje, en toonde aan dat een bewegend geladen lichaam blijkbaar in massa zou toenemen.,een groot deel van zijn werk in de wiskundige modellering van chemische processen kan worden beschouwd als vroege computationele chemie. In verder werk, gepubliceerd in boekvorm als Applications of dynamics to physics and chemistry (1888), behandelde Thomson de transformatie van energie in wiskundige en theoretische termen, wat suggereerde dat alle energie kinetisch zou kunnen zijn. Zijn volgende boek, Notes on recent researches in electricity and magnetism (1893), bouwde voort op Maxwell ‘ s verhandeling over electricity and magnetism, en werd soms aangeduid als “The third volume of Maxwell”., Hierin benadrukte Thomson fysische methoden en experimenten en bevatte uitgebreide figuren en diagrammen van apparaten, waaronder een nummer voor de doorvoer van elektriciteit door gassen. Zijn derde boek, Elements of the mathematical theory of electricity and magnetism (1895), was een leesbare inleiding tot een grote verscheidenheid aan onderwerpen, en werd zeer populair als leerboek.een reeks van vier lezingen, gegeven door Thomson tijdens een bezoek aan Princeton University in 1896, werden vervolgens gepubliceerd als Discharge of electricity through gases (1897)., Thomson gaf ook een reeks van zes lezingen aan de Yale-universiteit in 1904.verschillende wetenschappers, zoals William Prout en Norman Lockyer, hadden gesuggereerd dat atomen waren opgebouwd uit een fundamentelere eenheid, maar zij dachten dat deze eenheid de grootte had van het kleinste atoom, waterstof. Thomson was in 1897 de eerste die suggereerde dat een van de fundamentele eenheden meer dan 1000 keer kleiner was dan een atoom, wat suggereert dat het subatomaire deeltje nu bekend staat als het elektron. Thomson ontdekte dit door zijn onderzoek naar de eigenschappen van kathodestralen., Thomson deed zijn Suggestie op 30 April 1897 na zijn ontdekking dat kathodestralen (in die tijd bekend als Lenardstralen) veel verder door de lucht konden reizen dan verwacht voor een atoom-groot deeltje. Hij schatte de massa van de kathodestralen door de warmte te meten die wordt gegenereerd wanneer de stralen een thermische verbinding raken en dit te vergelijken met de magnetische afbuiging van de stralen. Zijn experimenten suggereerden niet alleen dat kathodestralen meer dan 1000 keer lichter waren dan het waterstofatoom, maar ook dat hun massa hetzelfde was in welk type atoom ze ook vandaan kwamen., Hij concludeerde dat de stralen waren samengesteld uit zeer lichte, negatief geladen deeltjes die een universele bouwsteen van atomen waren. Hij noemde de deeltjes “bloedlichaampjes”, maar later gaven wetenschappers de voorkeur aan de naam elektron die George Johnstone Stoney in 1891 had voorgesteld, voorafgaand aan Thomson ‘ s eigenlijke ontdekking.in April 1897 had Thomson slechts vroege aanwijzingen dat de kathodestralen elektrisch konden worden afgebogen (eerdere onderzoekers, zoals Heinrich Hertz, dachten dat dit niet mogelijk was)., Een maand na Thomson ‘ s aankondiging van het bloedlichaampje, ontdekte hij dat hij betrouwbaar de stralen kon afleiden door een elektrisch veld als hij de ontladingslang tot een zeer lage druk ontluchte. Door het vergelijken van de afbuiging van een bundel kathodestralen door elektrische en magnetische velden hij verkregen robuuster metingen van de massa-lading verhouding die zijn eerdere schattingen bevestigd. Dit werd het klassieke middel om de lading-massa verhouding van het elektron te meten. (De lading zelf werd niet gemeten tot Robert A. Millikan ‘ s oil drop experiment in 1909.,Thomson geloofde dat de bloedlichaampjes ontstonden uit de atomen van het sporengas in zijn kathodestraalbuizen. Hij concludeerde dat atomen deelbaar waren en dat de bloedlichaampjes hun bouwstenen waren. In 1904 stelde Thomson een model van het atoom voor, waarbij hij veronderstelde dat het een bol van positieve materie was waarin elektrostatische krachten de positie van de bloedlichaampjes bepaalden. Om de totale neutrale lading van het atoom te verklaren, stelde hij voor dat de bloedlichaampjes werden verdeeld in een uniforme zee van positieve lading., In dit” plum pudding model”, werden de elektronen gezien als ingebed in de positieve lading als rozijnen in een plum pudding (hoewel in Thomson ‘ s model waren ze niet stationair, maar baan snel).Thomson deed de ontdekking rond dezelfde tijd dat Walter Kaufmann en Emil Wiechert de juiste massa-ladingsverhouding van deze kathodestralen (elektronen) ontdekten.
isotopen en massaspectrometriedit
in de rechterbenedenhoek van deze fotografische plaat bevinden zich markeringen voor de twee neonisotopen: neon-20 en neon-22.,in 1912, als onderdeel van zijn onderzoek naar de samenstelling van de stromen van positief geladen deeltjes die toen bekend stonden als kanaalstralen, channelden Thomson en zijn onderzoeksassistent F. W. Aston een stroom van neonionen door een magnetisch en een elektrisch veld en meetten de afbuiging ervan door een fotografische plaat op zijn pad te plaatsen., Zij zagen twee lichtvlekken op de fotografische plaat( zie afbeelding rechts), die twee verschillende afbuigparabolen suggereerden, en concludeerden dat neon bestaat uit atomen van twee verschillende atoommassa ‘ s (neon-20 en neon-22), dat wil zeggen uit twee isotopen. Dit was het eerste bewijs voor isotopen van een stabiel element; Frederick Soddy had eerder het bestaan van isotopen voorgesteld om het verval van bepaalde radioactieve elementen te verklaren.
J. J., Thomson ‘ s scheiding van neonisotopen door hun massa was het eerste voorbeeld van massaspectrometrie, die later werd verbeterd en ontwikkeld tot een algemene methode door F. W. Aston en A. J. Dempster.
experimenten met kathode raysEdit
eerder discussieerden natuurkundigen over de vraag of kathodestralen immaterieel waren zoals licht (“een proces in de ether”) of “in feite volledig materieel waren, en … markeer de paden van deeltjes van materie geladen met negatieve elektriciteit”, citeert Thomson. De etherische hypothese was vaag, maar de deeltjeshypothese was duidelijk genoeg voor Thomson om te testen.,
magnetische afbuiging
Thomson onderzocht eerst de magnetische afbuiging van kathodestralen. Kathodestralen werden geproduceerd in de zijbuis aan de linkerkant van het apparaat en ging door de anode in de belangrijkste klokkenkruik, waar ze werden afgebogen door een magneet. Thomson ontdekte hun pad door de fluorescentie op een vierkant scherm in de pot. Hij ontdekte dat ongeacht het materiaal van de anode en het gas in de pot, de afbuiging van de stralen hetzelfde was, wat suggereert dat de stralen van dezelfde vorm waren, ongeacht hun oorsprong.,
Electrical chargedit
de kathodestraalbuis waarmee J. J. Thomson aantoonde dat kathodestralen door een magnetisch veld konden worden afgebogen en dat de negatieve lading ervan geen afzonderlijk verschijnsel was.hoewel aanhangers van de etheriale theorie de mogelijkheid accepteerden dat negatief geladen deeltjes in crookesbuizen worden geproduceerd, geloofden zij dat zij slechts een bijproduct zijn en dat de kathodestralen zelf niet van belang zijn., Thomson ging onderzoeken of hij de lading van de stralen kon scheiden.
Thomson bouwde een Crookes buis met een elektrometer aan één kant, uit de directe baan van de kathodestralen. Thomson kon het pad van de straal volgen door de fosforescerende patch te observeren die het creëerde waar het het oppervlak van de buis raakte. Thomson merkte op dat de elektrometer alleen een lading registreerde toen hij de kathodestraal er met een magneet naartoe afbuigde. Hij concludeerde dat de negatieve lading en de stralen één en dezelfde waren.,
Elektrische doorbuiging
In mei–juni 1897 onderzocht Thomson of de stralen al dan niet konden worden afgebogen door een elektrisch veld. Eerdere onderzoekers hadden dit niet opgemerkt, maar Thomson geloofde dat hun experimenten gebrekkig waren omdat hun buizen te veel gas bevatten.
Thomson bouwde een Crookes buis met een beter vacuüm. Aan het begin van de buis was de kathode waaruit de stralen geprojecteerd., De stralen werden tot een bundel geslepen door twee metalen spleten – de eerste van deze spleten verdubbelde als de anode, de tweede was verbonden met de aarde. De balk ging vervolgens tussen twee parallelle aluminium platen, die een elektrisch veld tussen hen geproduceerd wanneer ze werden aangesloten op een batterij. Het einde van de buis was een grote bol waar de bundel zou stoten op het glas, creëerde een gloeiende patch. Thomson plakte een schaal aan het oppervlak van deze bol om de afbuiging van de bundel te meten., Elke elektronenbundel zou botsen met enkele resterende gasatomen in de buis van Crookes, waardoor ze ioniserende en produceren elektronen en ionen in de buis (ruimte lading); in eerdere experimenten deze ruimte lading elektrisch afgeschermd het extern toegepaste elektrische veld. Echter, in Thomson ‘ s Crookes buis was de dichtheid van resterende atomen zo laag dat de ruimtelading van de elektronen en ionen onvoldoende was om het uitwendig toegepaste elektrische veld elektrisch te screenen, waardoor Thomson met succes elektrische afbuiging kon waarnemen.,
toen de bovenste plaat werd verbonden met de negatieve pool van de batterij en de onderste plaat met de positieve pool, bewoog de gloeiende vlek naar beneden, en toen de polariteit werd omgekeerd, bewoog de vlek naar boven.
Measurement of mass-to-charge ratioEdit
in zijn klassieke experiment meet Thomson de massa-to-charge Verhouding van de kathodestralen door te meten hoeveel ze werden afgebogen door een magnetisch veld en dit te vergelijken met de elektrische afbuiging., Hij gebruikte hetzelfde apparaat als in zijn vorige experiment, maar plaatste de ontladingslang tussen de polen van een grote elektromagneet. Hij vond dat de massa-lading verhouding meer dan duizend keer lager was dan die van een waterstofion (H+), wat suggereert dat de deeltjes zeer licht en/of zeer hoog geladen waren. De stralen van elke kathode leverden dezelfde massa-lading verhouding op. Dit is in tegenstelling tot anode stralen (nu bekend om het ontstaan van positieve ionen uitgezonden door de anode), waar de massa-tot-lading verhouding varieert van anode-tot-anode., Thomson zelf bleef kritisch over wat zijn werk tot stand bracht, in zijn Nobelprijs-acceptatietoespraak verwijzend naar “bloedlichaampjes” in plaats van “elektronen”.,
Thomson ‘ s berekeningen kan als volgt worden samengevat (in zijn originele notatie, met behulp van F in plaats van het E voor het elektrisch veld en H in plaats van B voor het magnetisch veld):
De elektrische doorbuiging wordt gegeven door Θ = F e l / m v 2 {\displaystyle \Theta =Fel/mv^{2}} , waarbij Θ is de hoek elektrische doorbuiging F is toegepast elektrische intensiteit, e is de lading van de cathode ray deeltjes, l is de lengte van de elektrische kookplaten, m is de massa van de cathode ray deeltjes en v de snelheid van de cathode ray deeltjes., De magnetische afbuiging wordt gegeven door ϕ = H e l/m V {\displaystyle \phi =Hel / mv}, waarbij φ De hoekige magnetische afbuiging is en H de toegepaste magnetische veldintensiteit.,
ConclusionsEdit
Als de kathode-stralen dragen een last van negatieve elektriciteit, worden afgebogen door een elektrostatische kracht als waren zij negatief electrified, en worden opgevolgd door een magnetische kracht in de manier waarop deze kracht zou handelen op een negatief geëlektrificeerde lichaam te bewegen langs het pad van deze stralen, Ik zie geen ontsnappen aan de conclusie dat zij de lasten van negatieve elektriciteit gedragen door deeltjes van de materie.
– J. J., Thomson
wat de bron van deze deeltjes betreft, geloofde Thomson dat ze uit de gasmoleculen in de buurt van de kathode kwamen.,
indien in het zeer intense elektrische veld in de buurt van de kathode de moleculen van het gas worden gescheiden en opgesplitst, niet in de gewone chemische atomen, maar in deze oeratomen, die we kortweg bloedlichaampjes zullen noemen; en indien deze bloedlichaampjes met elektriciteit worden geladen en door het elektrische veld vanuit de kathode worden geprojecteerd, zouden ze zich precies als de kathodestralen gedragen.
– J. J., Thomson
Thomson stelde zich voor dat het atoom bestaat uit deze bloedlichaampjes die rondcirkelen in een zee van positieve lading; Dit was zijn plum pudding model. Dit model werd later onjuist bewezen toen zijn student Ernest Rutherford toonde dat de positieve lading is geconcentreerd in de kern van het atoom.
andere werkmethode
in 1905 ontdekte Thomson de natuurlijke radioactiviteit van kalium.in 1906 toonde Thomson aan dat waterstof slechts één elektron per atoom had. Eerdere theorieën stonden verschillende aantallen elektronen toe.,
Awards en honoursEdit
Plaquette ter herdenking van J. J. Thomson, de ontdekking van het elektron buiten de oude Cavendish Laboratorium in Cambridge
Thomson c. 1920-1925
Thomson werd verkozen tot Fellow van de Royal Society (FRS) en benoemd tot Cavendish Professoraat Experimentele Natuurkunde aan het Cavendish Laboratorium van de Universiteit van Cambridge in 1884., Thomson won verschillende prijzen en onderscheidingen tijdens zijn carrière, waaronder: Thomson werd verkozen tot Fellow of the Royal Society op 12 juni 1884 en diende als voorzitter van de Royal Society van 1915 tot 1920.in november 1927 opende J. J. Thomson het Thomson building, vernoemd naar hem, in de Leys School, Cambridge.
postume honoursEdit
in 1991 werd de thomson (symbool: Th) voorgesteld als een eenheid om de massaspectrometrie te meten.J J Thomson Avenue, op de West-Cambridge-site van de Universiteit van Cambridge, is vernoemd naar Thomson.,de Thomson Medal Award, gesponsord door de International Mass Spectrometry Foundation, is vernoemd naar Thomson.het Institute of Physics Joseph Thomson Medal and Prize is vernoemd naar Thomson.