OverviewEdit
em 22 de dezembro de 1884, Thomson foi nomeado professor Cavendish de Física na Universidade de Cambridge. A nomeação causou uma surpresa considerável, dado que candidatos como Osborne Reynolds ou Richard Glazebrook eram mais velhos e mais experientes em trabalho de laboratório. Thomson era conhecido por seu trabalho como matemático, onde foi reconhecido como um talento excepcional.recebeu o Prêmio Nobel em 1906, ” em reconhecimento aos grandes méritos de suas investigações teóricas e experimentais sobre a condução da eletricidade por gases., Foi cavaleiro em 1908 e nomeado para a ordem do Mérito em 1912. In 1914, he gave the Romanes Lecture in Oxford on “the atomic theory”. Em 1918, tornou-se mestre do Trinity College, Cambridge, onde permaneceu até sua morte. Joseph John Thomson morreu em 30 de agosto de 1940; suas cinzas repousam na Abadia de Westminster, perto dos túmulos de Sir Isaac Newton e seu ex-aluno, Ernest Rutherford.uma das maiores contribuições de Thomson para a ciência moderna foi em seu papel como um professor altamente dotado., Um de seus alunos foi Ernest Rutherford, que mais tarde o sucedeu como professor Cavendish de Física. Além de Thomson-se, seis de seus assistentes de pesquisa (Charles Glover Barkla, Niels Bohr, Max Born, William Henry Bragg, Owen Willans Richardson e Charles Thomson Rees Wilson) ganharam Prêmios Nobel em física, e dois (Francis William Aston e Ernest Rutherford) ganhou o prêmio Nobel em química. Além disso, o filho de Thomson (George Paget Thomson) ganhou o Prêmio Nobel de física de 1937 por provar as propriedades ondulantes dos elétrons.,
Early workEdit
Thomson’s prize-winning master’s work, Treatise on the motion of vortex rings, shows his early interest in atomic structure. Nele, Thomson descreveu matematicamente os movimentos da teoria vórtice dos átomos de William Thomson.
Thomson published a number of papers addressing both mathematical and experimental issues of electromagnetism. Ele examinou a teoria eletromagnética da luz de James Clerk Maxwell, introduziu o conceito de electromagnética massa de uma partícula carregada, e demonstrou que um movimento cobrado corpo seria, aparentemente, o aumento na massa.,
Muito de seu trabalho em modelização matemática de processos químicos pode ser pensado como a química computacional inicial. In further work, published in book form as Applications of dynamics to physics and chemistry (1888), Thomson addressed the transformation of energy in mathematical and theoretical terms, suggesting that all energy might be kinetic. Seu próximo livro, Notes on recent researches in electricity and magnetism (1893), built upon Maxwell’s Treatise on electricity and magnetism, and was sometimes referred to as “the third volume of Maxwell”., Nele, Thomson enfatizou métodos físicos e experimentação e incluiu extensas figuras e diagramas de aparelhos, incluindo um número para a passagem de eletricidade através de gases. Seu terceiro livro, Elements of the mathematical theory of electricity and magnetism (1895) foi uma introdução legível a uma grande variedade de assuntos, e alcançou considerável popularidade como um livro didático.uma série de quatro palestras, dadas por Thomson em uma visita à Universidade de Princeton em 1896, foram posteriormente publicadas como descarga de eletricidade através de gases (1897)., Thomson também apresentou uma série de seis palestras na Universidade Yale em 1904.vários cientistas, como William Prout e Norman Lockyer, sugeriram que os átomos foram construídos a partir de uma unidade mais fundamental, mas eles imaginaram que esta unidade fosse do tamanho do menor átomo, hidrogênio. Thomson em 1897 foi o primeiro a sugerir que uma das unidades fundamentais era mais de 1000 vezes menor que um átomo, sugerindo a partícula subatômica agora conhecida como elétron. Thomson descobriu isso através de suas explorações sobre as propriedades dos raios catódicos., Thomson fez sua sugestão em 30 de abril de 1897 após sua descoberta de que os raios catódicos (na época conhecidos como raios Lenard) poderiam viajar muito mais através do ar do que o esperado para uma partícula do tamanho de um átomo. He estimated the mass of cathode rays by measuring the heat generated when the rays hit a thermal junction and comparing this with the magnetic deflection of the rays. Seus experimentos sugeriram não só que os raios catódicos eram mais de 1.000 vezes mais leves que o átomo de hidrogênio, mas também que sua massa era a mesma em qualquer tipo de átomo de que eles vieram., He concluded that the rays were composed of very light, negatively charged particles which were a universal building block of atoms. He called the particles “corpuscles”, but later scientists preferred the name electron which had been suggested by George Johnstone Stoney in 1891, prior to Thomson’s actual discovery.
Em abril de 1897, Thomson tinha apenas indicações iniciais de que os raios catódicos poderiam ser desviados eletricamente (investigadores anteriores como Heinrich Hertz pensaram que não poderiam ser)., Um mês após o anúncio do corpúsculo de Thomson, ele descobriu que ele poderia desviar os raios por um campo elétrico se ele evacuasse o tubo de descarga para uma pressão muito baixa. Comparando a deflexão de um feixe de raios catódicos por campos elétricos e magnéticos, obteve medições mais robustas da razão massa-carga que confirmaram suas estimativas anteriores. Isto tornou-se o meio clássico de medir a relação carga-massa do elétron. (The charge itself was not measured until Robert A. Millikan’s oil drop experiment in 1909.,)
Thomson believed that the corpuscles emerged from the atoms of the trace gas inside his cathode ray tubes. He thus concluded that atoms were divisible, and that the corpuscles were their building blocks. Em 1904, Thomson sugeriu um modelo do átomo, colocando a hipótese de que era uma esfera de matéria positiva dentro da qual as forças eletrostáticas determinavam o posicionamento dos corpúsculos. Para explicar a carga neutra geral do átomo, ele propôs que os corpúsculos fossem distribuídos em um mar uniforme de carga positiva., Neste “modelo de pudim de ameixa”, os elétrons eram vistos como embutidos na carga positiva como passas em um pudim de ameixa (embora no modelo de Thomson eles não eram estacionários, mas orbitando rapidamente).
Thomson fez a descoberta ao mesmo tempo que Walter Kaufmann e Emil Wiechert descobriram a razão massa-carga correta destes raios catódicos (elétrons).
isótopos e espectrometria de massa
no canto inferior direito desta placa fotográfica são marcações para os dois isótopos de néon: néon-20 e néon-22.,
Em 1912, como parte de sua exploração na composição dos fluxos de partículas positivamente carregadas, em seguida, conhecido como canal de raios, Thomson e seu assistente de pesquisa F. W. Aston canalizada um fluxo de néon íons através de um magnético e um campo elétrico medido e sua deflexão colocando uma placa fotográfica em seu caminho., Eles observaram duas manchas de luz na placa fotográfica( ver imagem à direita), o que sugere duas parábolas diferentes de deflexão, e concluiu que o neon é composto de átomos de duas massas atômicas diferentes (neon-20 e neon-22), ou seja, de dois isótopos. Esta foi a primeira evidência para isótopos de um elemento estável; Frederick Soddy havia proposto anteriormente a existência de isótopos para explicar o decaimento de certos elementos radioativos.
J., A separação de isótopos de néon por sua massa foi o primeiro exemplo de espectrometria de massa, que foi posteriormente melhorado e desenvolvido em um método geral por F. W. Aston e por A. J. Dempster.
Experiments with cathode raysEdit
early, physicists debated whether cathode rays were imaterial like light (“some process in the aether”) or were ” in fact wholly material, and … marque os caminhos das partículas de matéria carregadas com eletricidade negativa”, citando Thomson. A hipótese eterial foi vaga, mas a hipótese de partícula foi definida o suficiente para Thomson testar.,Thomson investigou pela primeira vez a deflexão magnética dos raios catódicos. Os raios catódicos foram produzidos no tubo lateral à esquerda do aparelho e passaram através do ânodo para o frasco principal da campainha, onde foram desviados por um íman. Thomson detectou o seu caminho pela fluorescência num ecrã quadrado no frasco. Ele descobriu que qualquer que fosse o material do ânodo e o gás no frasco, a deflexão dos raios era a mesma, sugerindo que os raios eram da mesma forma qualquer que fosse a sua origem.,
Elétricos chargeEdit
O tubo de raios catódicos pelo qual J. J. Thomson demonstrou que os raios catódicos podiam ser desviados por um campo magnético, e que a sua carga negativa, não foi um fenômeno separado.
Enquanto os apoiantes do aetherial teoria aceita a possibilidade de que partículas carregadas negativamente são produzidos em tubos de Crookes, eles acreditavam que eles são um mero produto e que os raios catódicos são, em si, imaterial., Thomson partiu para investigar se ele poderia realmente separar a carga dos raios.
Thomson construiu um tubo de Crookes com um eletrômetro de um lado, fora da trajetória direta dos raios catódicos. Thomson poderia rastrear o caminho do raio observando o remendo fosforescente que ele criou onde atingiu a superfície do tubo. Thomson observou que o eletrômetro registrou uma carga apenas quando ele desviou o raio catódico para ele com um íman. Ele concluiu que a carga negativa e os raios eram uma e a mesma.,
deflectionEdit
Find sources: “J. J., Thomson” – notícias · jornais e revistas · livros · bolsista · MEE (agosto de 2017) (Saiba como e quando para remover este modelo de mensagem)
em Maio–Junho de 1897, Thomson investigou se os raios poderiam ou não ser deflectidos por um campo elétrico. Os experimentos anteriores não conseguiram observar isso, mas Thomson acreditava que seus experimentos eram defeituosos porque seus tubos continham muito gás.Thomson construiu um tubo de Crookes com um melhor vácuo. No início do tubo estava o cátodo a partir do qual os raios projetaram., Os raios foram afiados a um feixe por duas fendas de metal – a primeira destas fendas duplicou como o ânodo, a segunda foi ligada à terra. O feixe passou então entre duas placas de alumínio paralelas, que produziam um campo elétrico entre elas quando elas estavam conectadas a uma bateria. A extremidade do tubo era uma grande esfera onde o feixe impactaria sobre o vidro, criando uma mancha brilhante. Thomson colou uma escala na superfície desta esfera para medir a deflexão do feixe., Qualquer feixe de elétrons colidiria com alguns átomos de gás residuais dentro do tubo de Crookes, ionizando-os e produzindo elétrons e íons no tubo (carga espacial); em experimentos anteriores esta carga espacial eletricamente rastreou o campo elétrico aplicado externamente. No entanto, no tubo de Crookes de Thomson a densidade de átomos residuais era tão baixa que a carga espacial dos elétrons e íons era insuficiente para rastrear eletricamente o campo elétrico aplicado externamente, o que permitiu a Thomson observar com sucesso a deflexão elétrica.,quando a placa superior foi ligada ao pólo negativo da bateria e a placa inferior ao pólo positivo, o remendo brilhante moveu-se para baixo e, quando a polaridade foi invertida, o remendo moveu-se para cima.
Medição de massa-carga ratioEdit
Em seu clássico experimento, Thomson mediu a massa-relação da carga de raios catódicos medindo o quanto eles foram desviados por um campo magnético e comparando com os elétrica rotativa., Ele usou o mesmo aparelho que em sua experiência anterior, mas colocou o tubo de descarga entre os pólos de um grande eletroíman. Ele descobriu que a massa-carga proporção era de mais de mil vezes menor do que a de um íon de hidrogênio (H+), sugerindo que as partículas eram muito leves e/ou altamente carregada. Significativamente, os raios de todos os cátodos produziram a mesma proporção massa-carga. Isto é em contraste com os raios anódicos (agora conhecidos por surgir de íons positivos emitidos pelo ânodo), onde a relação massa-carga varia de ânodo-para-ânodo., Thomson manteve-se crítico do que seu trabalho estabeleceu, em seu discurso de aceitação do Prêmio Nobel referindo-se a “corpúsculos” ao invés de “elétrons”.,
Thomson, de cálculos pode ser resumida como segue (em sua notação original, usando F em vez de E para o campo elétrico e H, em vez de B para o campo magnético):
O elétrico desvio é dado por Θ = F e l / m v 2 {\displaystyle \Theta =Fel/mv^{2}} , onde Θ é o angular elétrica rotativa, F é aplicada elétrica de intensidade, e é a carga de raios catódicos partículas, l é o comprimento das placas eléctricas, m é a massa dos raios catódicos partículas e v é a velocidade dos raios catódicos partículas., A deflexão magnética é dada por ϕ = H E l / M v {\displaystyle \phi =Hel/mv} , onde φ é a deflexão magnética angular e H é a intensidade do campo magnético aplicado.,
ConclusionsEdit
Como os raios catódicos carregam uma carga de eletricidade negativa, são desviados por uma força eletrostática como se fossem negativamente eletrizados, e são a atuação de uma força magnética apenas na maneira em que essa força se atuar em um negativamente eletrizados corpo a mover-se ao longo do caminho desses raios, Eu posso ver que não há como fugir da conclusão de que eles são taxas de eletricidade negativa realizada por partículas de matéria.
— J. J., Thomson
quanto à fonte destas partículas, Thomson acreditava que elas emergiam das moléculas de gás nas proximidades do cátodo.,
Se, em grande intensidade de campo elétrico na vizinhança do cátodo, as moléculas do gás são dissociados e dividem-se, não para o processo químico de átomos, mas para estes primordial átomos, que iremos por questões de brevidade chamada de corpúsculos; e se estes corpúsculos são carregadas com eletricidade e projetada a partir do cátodo pelo campo elétrico, eles iriam se comportar exatamente como os raios catódicos.
— J. J., Thomson imaginou o átomo como sendo feito destes corpúsculos orbitando em um mar de carga positiva; este era o seu modelo de pudim de ameixas. Este modelo foi mais tarde provado incorreto quando seu aluno Ernest Rutherford mostrou que a carga positiva está concentrada no núcleo do átomo.em 1905, Thomson descobriu a radioatividade natural do potássio.em 1906, Thomson demonstrou que o hidrogênio tinha apenas um único elétron por átomo. Teorias anteriores permitiram vários números de elétrons.,Prêmios e honoursEdit
Placa comemorativa J. J. Thomson, de descoberta do elétron fora do antigo Laboratório Cavendish, em Cambridge
Thomson c. 1920-1925
Thomson foi eleito Fellow da Royal Society (FRS), e nomeado para o Cavendish Cátedra de Física Experimental no Laboratório Cavendish, da Universidade de Cambridge, em 1884., Thomson foi eleito membro da Royal Society em 12 de junho de 1884 e serviu como Presidente da Royal Society de 1915 a 1920.
Em novembro de 1927, J. J. Thomson abriu o edifício Thomson, nomeado em sua honra, na Leys School, Cambridge.em 1991, o thomson (símbolo: Th) foi proposto como uma unidade para medir a relação massa-carga em espectrometria de massa em sua honra.
J Thomson Avenue, on the University of Cambridge’s West Cambridge site, is named after Thomson.,o Prêmio Thomson Medal, patrocinado pela International Mass Spectrometry Foundation, é nomeado em homenagem a Thomson.o Instituto de Física Joseph Thomson Medal and Prize é nomeado em homenagem a Thomson.