Відкриття електрона: Джозеф Джон Томсон

У 1897 році британським фізиком Джозеф Джон Томсон (1856-1940) було здійснено відкриття електрона після серії експериментів, метою яких було вивчення природи електричного розряду у вакуумі. Знаменитий вчений інтерпретував відхилення променів електрично заряджених пластин і магнітів в якості доказу того, що електрони набагато менше, ніж атоми.

Великий фізик і вчений повинен був стати інженером

Джозеф Джон Томсон, великий учений, фізик і наставник, повинен був стати інженером, так вважав його батько, однак у той час у сім'ї не було коштів на оплату навчання. Замість цього молодий Томсон відвідував коледж в Мачестере, а потім і в Кембриджі. У 1884 році він був призначений на престижну посаду професора експериментальної фізики в Кембриджі, хоча сам він особисто проводив дуже мало експериментальних робіт. Він відкрив у собі талант до розробки апаратури та діагностуванні пов'язаних з цим проблем. Джозеф Джон Томсон був хорошим викладачем, надихав своїх учнів і приділяв значну увагу широкої проблеми розвитку науки викладання в університеті і середній школі.

Лауреат Нобелівської премії

Томсон отримав безліч різноманітних нагород, включаючи Нобелівську премію з фізики 1906 року. Він також мав велике задоволення бачити, як деякі з його наближених отримують свої Нобелівські премії, в тому числі Резерфорд з хімії в 1908 році. Ряд вчених, таких як Вільям Праут і Норман Локьер, припустили, що атоми - це не найдрібніші частинки у Всесвіті і що вони побудовані з більш фундаментальних одиниць.

Відкриття електрона (коротко)

У 1897 році Томпсон припустив, що одна з основних одиниць в 1000 разів менше атома, ця субатомна частинка стала відома як електрон. Учений виявив це, завдяки своїм дослідженням про властивості катодних променів. Він оцінив масу катодних променів шляхом вимірювання тепла, що виділяється при попаданні променів теплового переходу, і порівняв її з магнітним відхиленням променя. Його експерименти говорять не тільки про те, що катодні промені у 1000 разів легше атома водню, але і те, що їх маса була однаковою незалежно від типу атома. Вчений прийшов до висновку, що промені складаються з дуже легких негативно заряджених часток, які є універсальним будівельним матеріалом для атомів. Він назвав ці частинки "корпускули", але пізніше вчені обрали назву "електрони", запропонована Джорджем Джонстоном Стоні в 1891 році.

Досліди Томпсона

Порівнюючи відхилення пучків катодних променів з електричним і магнітним полями, фізик отримав більш надійні вимірювання заряду й маси електрона. Досвід Томсона проводився всередині спеціальних електронно-променевих трубок. У 1904 році він висунув гіпотезу про те, що модель атома являє собою сферу позитивної матерії, в якій положення частинок визначається електростатичними силами. Щоб пояснити в цілому нейтральним заряд атома, Томпсон припустив, що корпускули були розподілені в однорідному полі позитивного заряду. Відкриття електрона дало можливість вважати, що атом можна розділити на ще більш дрібні частини, і стало першим кроком до створення детальної моделі атома.

Історія відкриття

Джозеф Джон Томсон широко відомий як першовідкривач електрона. Більшу частину своєї кар'єри професор працював над різними аспектами провідності електрики через гази. У 1897 ( рік відкриття електрона) він експериментально довів, що так звані катодні промені насправді є негативно зарядженими частинками в русі. Багато цікавих питань пов'язано безпосередньо з процесом відкриття. Очевидно, що характеристиками катодних променів займалися ще до Томсона, і кілька вчених вже зробили свій важливий внесок. Можна тоді з точністю сказати, що саме Томсон був першим, хто виявив електрон? Адже він не винайшов вакуумну трубку або наявність катодних променів. Відкриття електрона - це чисто кумулятивний процес. Кредитований першовідкривач вносить важливий внесок, узагальнюючи і систематизуючи весь накопичений до нього досвід.

Електронно-променеві трубки Томсона

Велике відкриття електрона було зроблено за допомогою спеціального обладнання і при певних умовах. Томсоном була проведена серія експериментів з використанням продуманої електронно-променевої трубки, яка включає в себе дві пластини, між ними повинні були подорожувати промені. Були припинені давні суперечки щодо природи катодних променів, що виникають при проходженні електричного струму через посудину, з якої була відкачана велика частина повітря. Цим посудиною була електронно-променева трубка. Застосовуючи вдосконалений вакуумний метод, Томсон зміг висунути переконливий аргумент про те, що ці промені складаються з частинок, незалежно від виду газу та типу металу, який використовувався в якості провідника. Томсона по праву можна назвати людиною, яка розщепнула атом.

Науковий самітник? Це не про Томсона

Видатний фізик свого часу аж ніяк не був науковим самітником, як часто думають про геніальних вчених. Він був адміністративним керівником дуже успішною Кавендишській лабораторії. Саме там учений познайомився з Троянд Елізабет Педжет, на якій і одружився в 1890 році.
Томсон не тільки керував рядом дослідницьких проектів, він також фінансував реконструкцію лабораторних приміщень з невеликою підтримкою від університету та коледжів. Це був талановитий педагог. Люди, яких він збирав навколо себе з 1895 по 1914 роки, приїжджали до всіх сторін світу. Деякі з них під його початком отримали сім Нобелівських премій. Саме при роботі з Томсоном в Кавендишській лабораторії в 1910 році Ернест Резерфорд провів дослідження, які привели до сучасного розуміння внутрішньої структури атома. Томсон дуже серйозно ставився до своєї викладацької діяльності: він регулярно читав лекції в початкових класах вранці і викладав науку аспірантам днем. Вчений вважав вчення корисним для дослідника, оскільки воно вимагає періодично переглядати базові ідеї і водночас залишати місце для можливості відкриття чогось нового, що раніше ніхто не звертав уваги. Історія відкриття електрона це наочно підтверджує. Більшу частину своєї наукової діяльності Томпсон присвятив вивченню проходження електрично заряджених частинок струму крізь зріджені гази і вакуумний простір. Він займався дослідженням катодних та х-променів, і вніс величезний внесок у вивчення фізики атома. Крім цього, Томсоном була також розроблена теорія руху електронів у магнітному та електричному полях.