Відкриття електронів Джозефом Джоном Томсоном

Джозеф Джон Томсон народився в Манчестері. Тут, в Манчестері, він закінчив Оуенсколледж, а в 1876-1880 роках навчався в Кембріджському університеті в знаменитому коледжі святої Трійці (Трініті-коледж). У січні 1880 року Томсон успішно витримав випускні іспити і почав працювати в Кавендішської лабораторії.

Перша його стаття, опублікована в 1880 році, була присвячена електромагнітної теорії світла. Наступного року з'явилися дві роботи, у тому числі одна поклала початок електромагнітної теорії маси.

Томсон був одержимий експериментальної фізикою. Одержимий в кращому сенсі цього слова. Наукові успіхи Томсона були високо оцінені директором лабораторії Кавендіша Релєєм. Йдучи в 1884 році з посади директора, він, не вагаючись, рекомендував своїм наступником Томсона.

З 1884 по 1919 рік Томсон керував лабораторією Кавендіша. За цей час вона перетворилася на великий центр світової фізики, в міжнародну школу фізиків. Тут почали свій науковий шлях Резерфорд, Бор, Ланжевен і багато інших, в тому числі і російські, вчені.

Програма досліджень Томсона була широкою: питання проходження електричного струму через гази, електронна теорія металів, дослідження природи різного роду променів ...

Взявшись за дослідження катодних променів, Томсон насамперед вирішив перевірити, чи достатньо ретельно були поставлені досліди його попередниками, що добилися відхилення променів електричними полями. Він задумує повторний експеримент, конструює для нього спеціальну апаратуру, стежить сам за ретельністю виконання замовлення, і очікуваний результат очевидний.

У трубці, сконструйованої Томсоном, катодні промені слухняно притягувалися до позитивно зарядженої платівці і явно відштовхувалися від негативної. Тобто поводилися так, як і належало потоку бистролетящій крихітних корпускул, заряджених негативною електрикою. Чудовий результат!

Він міг, безумовно, покласти край всім суперечкам про природу катодних променів. Але Томсон не рахував своє дослідження закінченим. Визначивши природу променів якісно, ​​він хотів дати точне кількісне визначення і якого вони корпускула.

Окрилений першим успіхом, він сконструював нову трубку: катод, що прискорюють електроди у вигляді кілець і платівки, на які можна було подавати відхиляє напруга. На стінку, протилежну катода, він завдав тонкий шар речовини, здатного світитися під ударами налітають частинок. Вийшов предок електронно трубок, так добре знайомих нам в століття телевізорів і радіолокаторів.

Мета досвіду Томсона полягала в тому, щоб відхилити пучок корпускул електричним полем і компенсувати це відхилення полем магнітним. Висновки, до яких він прийшов у результаті експерименту, були вражаючі. По-перше, виявилося, що частинки летять в трубці з величезними швидкостями, близькими до світловим. А по-друге, електричний заряд, що доводився на одиницю маси корпускул, був фантастично великим.

Що ж це були за частки: невідомі атоми, що несуть на собі величезні електричні заряди, або крихітні частинки з незначною масою, але зате і з меншим зарядом? Далі він виявив, що відношення питомої заряду до одиниці маси є величина постійна, яка не залежить ні від швидкості частинок, ні від матеріалу катода, ні від природи газу, в якому відбувається розряд.

Така незалежність насторожувала. Схоже, що корпускули були якимись універсальними частинками речовини, складовими частинами атомів. «Після тривалого обговорення експериментів - пише в своїх спогадах Томпсон, - виявилося, що мені не уникнути наступних висновків:

1. Що атом неподільні, так як з них можуть бути вирвані негативно заряджені частинки під дією електричних сил, удару швидко рухомих частинок, ультрафіолетового світла або тепла.

2. Що ці частинки все однаковою маси, несуть однаковий заряд негативного електрики, від якого б роду атомів вони не відбувалися, і є компонентами всіх атомів.

3. Маса цих частинок менше, ніж одна тисячна маси атома водню. Я спочатку назвав ці частинки корпускулами, але вони тепер називаються більш відповідним ім'ям «електрон».

Томсон взявся за розрахунки. Перш за все, слід було визначити параметри таємничих корпускул, і тоді, можливо, вдасться вирішити, що вони собою являють. Результати розрахунків показали: сумнівів немає, невідомі частки не що інше, як дрібні електричні заряди - неподільні атоми електрики, або електрони.

29 квітня 1897 року в приміщенні, де вже більше двохсот років відбувалися засідання Лондонського королівського товариства, відбувся його доповідь. Слухачі були в захваті. Захоплення присутніх пояснювався зовсім не тим, що колега Дж. Дж. Томсон настільки переконливо розкрив справжню природу катодних променів.

Справа йшла набагато серйозніше. Атоми, найперший цеглинки матерії, перестали бути елементарними круглими зернами, непроникними і неподільними, частками без всякого внутрішньої будови ...

Якщо з них могли вилітати негативно заряджені корпускули, значить, і представляти собою атоми повинні були якусь складну систему, систему, що складається з чогось зарядженого позитивним електрикою і з негативно заряджених корпускул - електронів. Тепер стало видно і подальші, найнеобхідніші напрямки майбутніх пошуків.

Перш за все, звичайно, необхідно було визначити точно заряд і масу одного електрона. Це дозволило б уточнити маси атомів всіх елементів, розрахувати маси молекул, дати рекомендації до правильного складання реакцій.

У 1903 році в тій же Кавендішськой лабораторії у Томсона Г. Вільсон вніс важлива зміна в метод Томсона. У посудині, в якому проводиться швидке адіабатичне розширення іонізіруемого повітря, поміщені пластинки конденсатора, між якими можна створювати електричне поле і спостерігати падіння хмари, як при наявності поля, так і в його відсутності.

Вимірювання Вільсона дали значення для заряду електрона як 3,1 помножену на 10 в мінус десятого ступеня абс.ел. од. Метод Вільсона був використаний багатьма дослідниками, в тому числі і студентами Петербурзького університету Маліковим і Алексєєвим, які знайшли заряд рівним 4,5 помножену на 10 в мінус десятого ступеня абс.ел. од. Це був найбільш наближається до істинного значення результат з усіх отриманих до того, як Міллікен почав з 1909 року вимірювання з окремими краплями.

Так був відкритий і виміряно електрон - універсальна частка атомів, перша з відкритих фізиками так званих «елементарних частинок». Це відкриття дало можливість фізикам, перш за все, по-новому поставити питання про вивчення електричних, магнітних і оптичних властивостей речовини.

Джерело інформації: Самин Д. К. "Сто великих наукових відкриттів"., М.: "Віче", 2002 р