1897. gadā britu fiziķis Džozefs Džons Tomsons (1856-1940) atklāja elektronu pēc virknes eksperimentu, kuru mērķis bija izpētīt elektriskās izlādes būtību vakuumā. Slavenais zinātnieks interpretēja elektriski lādētu plākšņu un magnētu staru novirzes kā pierādījumu tam, ka elektroni ir daudz mazāki par atomiem.
Lielajam fiziķim un zinātniekam vajadzēja kļūt par inženieri
Tomsonam Džozefam Džonam, izcilam zinātniekam, fiziķim un mentoram, bija jākļūst par inženieri, kā domāja viņa tēvs, taču tajā laikā ģimenei nebija līdzekļu, lai samaksātu par izglītību. Tā vietā jaunais Tomsons apmeklēja koledžu Maesterā un vēlāk Kembridžā. 1884. gadā viņš tika iecelts prestižajā Kembridžas eksperimentālās fizikas profesora amatā, lai gan viņš personīgi veica ļoti maz eksperimentālo darbu. Viņš atklāja savu talantu aparatūras izstrādē un saistīto problēmu diagnostikā. Tomsons Džozefs Džons bija labs skolotājs, iedvesmoja savus audzēkņus un devaliela uzmanība tiek pievērsta plašajai mācību zinātnes attīstības problēmai universitātē un vidusskolā.
Nobela prēmijas laureāts
Tomsons saņēma daudz dažādu apbalvojumu, tostarp Nobela prēmiju fizikā 1906. gadā. Viņam arī bija liels prieks redzēt, ka daži no viņa līdzstrādniekiem saņēma Nobela prēmijas, tostarp Rezerfords ķīmijā 1908. gadā. Vairāki zinātnieki, piemēram, Viljams Prouts un Normans Lokers, ir izteikuši viedokli, ka atomi nav mazākās daļiņas Visumā un ka tie ir veidoti no fundamentālākām vienībām.
Elektrona atklāšana (īsi)
1897. gadā Tompsons ierosināja, ka viena no pamatvienībām ir 1000 reižu mazāka par atomu, šī subatomiskā daļiņa kļuva pazīstama kā elektrons. Zinātnieks to atklāja, veicot pētījumus par katodstaru īpašībām. Viņš novērtēja katoda staru masu, izmērot siltumu, kas rodas termiskās pārejas staru trieciena brīdī, un salīdzināja to ar staru kūļa magnētisko novirzi. Viņa eksperimenti parāda ne tikai to, ka katoda stari ir 1000 reižu vieglāki par ūdeņraža atomu, bet arī to, ka to masa bija vienāda neatkarīgi no atoma veida. Zinātnieks nonāca pie secinājuma, ka stari sastāv no ļoti vieglām, negatīvi lādētām daļiņām, kas ir universāls atomu būvmateriāls. Viņš šīs daļiņas sauca par "ķermenīšiem", bet vēlāk zinātnieki deva priekšroku nosaukumam "elektroni", ko 1891. gadā ierosināja Džordžs Džonstons Stounijs.
Tompsona eksperimenti
Salīdzinot katoda staru novirzi ar elektriskajiem un magnētiskajiem laukiem, fiziķis ieguva ticamākus elektrona lādiņa un masas mērījumus. Tomsona eksperiments tika veikts īpašās katodstaru lampās. 1904. gadā viņš izvirzīja hipotēzi, ka atoma modelis ir pozitīvas vielas sfēra, kurā daļiņu stāvokli nosaka elektrostatiskie spēki. Lai izskaidrotu atoma kopumā neitrālo lādiņu, Tompsons ierosināja, ka asinsķermenīši ir sadalīti vienmērīgā pozitīvā lādiņa laukā. Elektrona atklāšana ļāva uzskatīt, ka atomu var sadalīt vēl mazākās daļās, un tas bija pirmais solis ceļā uz detalizēta atoma modeļa izveidi.
Atklājumu vēsture
Džozefs Džons Tomsons ir plaši pazīstams kā elektronu atklājējs. Lielāko savas karjeras daļu profesors ir strādājis pie dažādiem elektrības vadīšanas caur gāzēm aspektiem. 1897. gadā (elektrona atklāšanas gadā) viņš eksperimentāli pierādīja, ka tā sauktie katoda stari patiesībā ir kustībā esošas negatīvi lādētas daļiņas.
Daudzi interesanti jautājumi ir tieši saistīti ar atvēršanas procesu. Ir skaidrs, ka katodstaru raksturojums tika veikts pirms Tomsona, un vairāki zinātnieki jau ir devuši nozīmīgu ieguldījumu. Vai tad mēs varam droši teikt, ka tieši Tomsons bija pirmais, kurš atklāja elektronu? Galu galā viņš neizgudroja ne vakuuma cauruli, ne katodstaru klātbūtni. Elektrona atklāšana ir tīri kumulatīvs process. Nozīmīgs pionieris sniedz vissvarīgāko ieguldījumuieguldījumu, apkopojot un sistematizējot visu pirms viņa uzkrāto pieredzi.
Thomson katodstaru lampas
Lielais elektrona atklājums tika veikts ar speciālu aprīkojumu un noteiktos apstākļos. Tomsons veica virkni eksperimentu, izmantojot sarežģītu katodstaru lampu, kas ietver divas plāksnes, un starp tām bija jāpārvietojas stariem. Ilgstošās domstarpības par katodstaru raksturu, kas rodas, ja elektriskā strāva iet caur trauku, no kura ir evakuēta lielākā daļa gaisa, ir apturēta.
Šis kuģis bija katodstaru lampa. Izmantojot uzlabotu vakuuma metodi, Tomsons spēja pārliecinoši argumentēt, ka šie stari sastāv no daļiņām neatkarīgi no gāzes veida un metāla veida, kas tika izmantots kā vadītājs. Tomsonu var pamatoti saukt par cilvēku, kurš sadalīja atomu.
Zinātniskais vientuļnieks? Šeit nav runa par Tomsonu
Sava laika izcilais fiziķis nekādā ziņā nebija zinātnisks vientuļnieks, kā bieži domā par izciliem zinātniekiem. Viņš bija ļoti veiksmīgās Cavendish laboratorijas administratīvais vadītājs. Tieši tur zinātnieks iepazinās ar Rouzi Elizabeti Pedžetu, ar kuru apprecējās 1890. gadā.
Thomson ne tikai vadīja vairākus pētniecības projektus, bet arī finansēja laboratoriju telpu atjaunošanu ar nelielu universitātes un koledžu atbalstu. Tas bija talantīgiskolotājs. Cilvēki, kurus viņš pulcēja ap sevi no 1895. līdz 1914. gadam, nāca no visas pasaules. Daži no viņiem viņa vadībā saņēma septiņas Nobela prēmijas.
Strādājot ar Tomsonu Kavendišas laboratorijā 1910. gadā, Ernests Raterfords veica pētījumus, kas ļāva iegūt mūsdienīgu izpratni par atoma iekšējo struktūru.
Tomsons savu mācīšanu uztvēra ļoti nopietni: viņš regulāri no rītiem lasīja lekcijas pamatklasēs un pēcpusdienā mācīja dabaszinātnes absolventiem. Zinātnieks uzskatīja, ka doktrīna ir noderīga pētniekam, jo tā prasa periodiski pārskatīt pamatidejas un vienlaikus atstāt vietu iespējai atklāt kaut ko jaunu, kam neviens iepriekš nebija pievērsis uzmanību. Elektrona atklāšanas vēsture to skaidri apstiprina. Tompsons lielāko daļu savas zinātniskās darbības veltīja elektriski lādētu strāvas daļiņu pārejai caur retinātām gāzēm un vakuuma telpu. Viņš nodarbojās ar katoda un rentgenstaru izpēti un sniedza milzīgu ieguldījumu atomu fizikas izpētē. Turklāt Tomsons izstrādāja arī teoriju par elektronu kustību magnētiskajos un elektriskajos laukos.
