Otkriće elektrona: Joseph John Thomson

Godine 1897. britanski fizičar Joseph John Thomson (1856-1940) otkrio je elektron nakon niza eksperimenata usmjerenih na proučavanje prirode električnog pražnjenja u vakuumu. Poznati znanstvenik protumačio je odstupanja zraka elektromagnetskih ploča i magneta kao dokaza da su elektroni znatno manji od atoma.

Veliki fizičar i znanstvenik je morao postati inženjer

Thomson Joseph John, veliki znanstvenik, fizičar i mentor, trebao je postati inženjer, pomislio je otac, ali u to vrijeme obitelj nije imala sredstva za plaćanje školarine. Umjesto toga, mladi Thomson je pohađao koledž u Machesteru, a zatim u Cambridgeu. Godine 1884. imenovan je na prestižnu poziciju profesora eksperimentalne fizike u Cambridgeu, iako je osobno proveo vrlo malo eksperimentalnih djela. Otkrio je talent za razvoj opreme i dijagnosticiranje srodnih problema. Thomson Joseph John bio je dobar učitelj, inspirirao svoje učenike i obratio značajnu pozornost na širok problem razvoja znanosti o nastavi na sveučilištu i srednjoj školi.

Nobelova nagrada

Thomson je dobio mnoge nagrade, uključujući Nobelovu nagradu u fizici 1906. godine. On je također imao mnogo zabavno vidjeti kako su neki od njegovih suradnika dobivaju svoje Nobelove nagrade, uključujući Rutherford za kemiju 1908. godine. Brojni znanstvenici, kao što su William Prout i Norman Lockyer, sugeriraju da atomi nisu najmanji čestice u svemiru i da su izgrađene od više temeljnih jedinica.

Otkrivanje elektrona (ukratko)

Thompson je 1897. sugerirao da je jedna od osnovnih jedinica 1000 puta manja od atoma, ovaj subatomska čestica postao je poznat kao elektron. Znanstvenik je to otkrio zahvaljujući istraživanju svojstava katodnih zraka. Procijenio je masu katodnih zraka mjerenjem topline oslobođene kada su zrake toplinske tranzicije pogodile i uspoređivale su ga s magnetnim odstupanjem snopa. Njegovi eksperimenti kažu ne samo da su katodne zrake 1000 puta lakše od atoma vodika, nego i da je njihova masa jednaka bez obzira na vrstu atoma. Znanstvenik je došao do zaključka da se zrake sastoje od vrlo laganih, negativno nabijenih čestica, koje su univerzalni građevinski materijal za atome. Pozvao te čestice „zrnca”, ali kasnije su znanstvenici izabrali ime „elektrona”, predložio George Johnstone Stoney 1891. godine.

Thompsonovi eksperimenti

Uspoređujući odstupanje katodnih zraka sa električnih i magnetskih polja, fizičar dobila pouzdanije mjerenje naboja i mase elektrona. Thomsonovo iskustvo provedeno je unutar specijalnih katodnih cijevi. Godine 1904. iznio je hipotezu da je model atoma sfera pozitivne tvari u kojoj se položaj čestica određuje elektrostatskim silama. Kako bi objasnio atom kao cjelinu neutralan, Thompson je sugerirao da su se žlijezde raspoređene u homogenom polju pozitivnog naboja. Otkriće elektrona je moguće pretpostaviti da je atom može se podijeliti na manje dijelove, a prvi korak u stvaranju detaljan model atoma.

Povijest otkrića

Joseph John Thomson je nadaleko poznat kao pionir elektrona. Većinu svoje karijere, profesor je radio na različitim aspektima provodljivosti struje kroz plinove. Godine 1897. (godina otkrića elektrona) eksperimentalno je dokazao da su takozvane katodne zrake zapravo negativno nabijene čestice u pokretu.

Mnoga zanimljiva pitanja izravno su povezana s procesom otkrivanja. Očito je da su karakteristike katodnih zraka napravljene čak i prije Thomsona, a nekoliko je znanstvenika već dala svoj važan doprinos. Je li moguće reći precizno da je Thomson prvi koji je otkrio elektron? Uostalom, nije izmislio vakuumsku cijev ili prisutnost katodnih zraka. Otkriće elektrona je čisto kumulativni proces. Zaraženi učesnik pridonosi najvažnijem doprinosu, generalizira i sistematizira sva iskustva koja su mu prikupljena.

Thomson Electron Beams Tube

Veliko otkriće elektrona napravljeno je uz pomoć posebne opreme i pod određenim uvjetima. Thomson je provela niz eksperimenata pomoću cijevi s elektronskim snopom, koja uključuje dvije ploče, između kojih su zrake morale putovati. Zaustavljene su dugotrajne nesuglasice oko prirode katodnih zraka koje su proizašle kad je električna struja prošla kroz posudu zaustavljena, od koje je većina zraka evakuirana. Ovaj je brod bio katodna cijev. Koristeći poboljšanu metodu vakuuma, Thomson je uspio iznijeti uvjerljivu tvrdnju da se te zrake sastoje od čestica, bez obzira na vrstu plina i vrstu metala koja je korištena kao dirigent. S pravom se Thomson može nazvati osobom koja dijeli atom.

Znanstveni oporavak? Nije riječ o Thomsonu

Izvanredni fizičar njegovog vremena nikako nije bio znanstvenik, jer često misle na briljantne znanstvenike. Bio je administrativni čelnik vrlo uspješnog Cavendish laboratorija. Tamo je znanstvenik upoznao Ros Elizabeth Paget, na kojemu se oženio 1890. godine.

Thomson je ne samo da upravlja brojnim istraživačkim projektima, nego je financirao i rekonstrukciju laboratorijskih postrojenja uz malu potporu sveučilišta i fakulteta. Bio je talentiran učitelj. Ljudi koje je okupio oko njega od 1895. do 1914. došli su u sve dijelove svijeta. Neki od njih pod njegovim zapovjedništvom primili su sedam Nobelova nagrada. Bilo je to za vrijeme rada s Thomsonom u Cavendish Laboratoriju 1910. godine Ernest Rutherford provedeno istraživanje koje je dovelo do suvremenog razumijevanja unutarnje strukture atoma.

Thomson je bio vrlo ozbiljan u vezi s njegovim nastavnim aktivnostima: redovito održava predavanja u osnovnim satima ujutro i podučavao je znanost studentima poslijepodne. Znanstvenik je smatrao da je nastava korisna istraživačima, budući da zahtijeva periodično preispitivanje osnovnih ideja i istodobno ostavljajući mjesta za mogućnost otkrivanja nečega novo, nešto što nitko nije obratio pažnju. Povijest otkrića elektrona jasno je potvrđena. Thompson je posvetio većinu svog znanstvenog rada na proučavanju prolaza električki nabijenih čestica struja kroz rijetki plinovi i vakuumski prostor. Proučavao je katodu i rendgenske snimke i napravio veliki doprinos proučavanju atomske fizike. Osim toga, Thomson je razvio i teoriju gibanja elektrona u magnetskim i električnim poljima.