Открытие электрона

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

Введение:

История появления самых общих представлений об атоме обычно восходит к временам греческого философа Демокрита (ок. 460 ок. 370 г. до н.э.), который много думал о мельчайших частицах, на которые можно разделить любое вещество. , Группу греческих философов, придерживавшихся мнения, что такие крошечные неделимые частицы существуют, называли атомистами.

Греческий философ Эпикур (ок. 342–270 до н.э.) принял атомную теорию и в первом веке до нашей эры. Один из его последователей, римский поэт и философ Лукреций Карус, изложил учение Эпикура в стихотворении «О природе вещей», благодаря которому оно сохранилось для будущих поколений. Аристотель (384–322 гг. до н.э.), один из величайших ученых древности, не принял атомистическую теорию, и его взгляды на философию и науку позднее преобладали в средневековом мышлении. Атомная теория, казалось, не существовала до самого конца Ренессанса, когда чисто умозрительные философские рассуждения были заменены экспериментом. 

Исторические предпосылки в создании модели атома

В эпоху Возрождения начались систематические исследования в областях, которые теперь называются химией и физикой, что принесло с собой новое понимание природы «неделимых частиц». Р. Бойль (1627-1691) и И. Ньютон (1643-1727) исходил в своих рассуждениях из идеи существования неделимых частиц материи. Однако ни Бойлу, ни Ньютону не требовалась детальная атомистическая теория для объяснения интересующих их явлений, и результаты их экспериментов не говорили ничего нового о свойствах «атомов».

М.В. Ломоносов утверждал, что все вещества состоят из «корпускул» «молекул», которые являются «сборками» «элементов» «атомов»: «Элемент это часть тела, не состоящая из каких-либо других меньших и отличных от него». тела ... Тело представляет собой совокупность элементов, образующих одну небольшую массу "" Элемент ", который он придал своему современному значению в смысле предела делимости тел их последней составной части. Ученый указал на его сферическую форму.

Это был М. В. Ломоносова , который пришел с идеей «внутреннего вращения (ротационного) движения частиц» скорость вращения отражается повышением температуры. При всех затратах на такую ​​модель важно, чтобы ученые придали концепции движения более глубокий физический смысл. 

В 1749 году Бенджамин Франклин предположил, что электричество является некой материальной субстанцией. Он отводил центральную роль электрической материи понятию атомистической структуры электрической жидкости. В работах Франклина сначала появляются термины: заряд, разряд, положительный заряд, отрицательный заряд, конденсатор, батарея, частицы электричества. Иоганн Риттер в 1801 году высказал мысль о дискретной, зернистой структуре электрической энергии; Вильгельм Вебер в своих работах с 1846 года вводит понятие атома электричества и гипотезу о том, что тепловые и световые явления можно объяснить его движением вокруг материального ядра; Майкл Фарадей ввел термин «ион» для носителей электричества в электролите и предположил, что ион имеет постоянный заряд.

Г. Гельмгольц в 1881 году показал, что концепция Фарадея должна соответствовать уравнениям Максвелла. Дж. Стони в 1881 году впервые рассчитал заряд одновалентного иона во время электролиза, а в 1891 году в одной из своих теоретических работ Стони предложил термин «электрон» для обозначения электрического заряда одновалентного иона во время электролиза. Катодные лучи были открыты в 1859 году Юлиусом Плюкером, имя было дано Э. Гольдштейном, который выразил волновую гипотезу: катодные лучи это процесс в эфире. Английский физик В. Крукс высказал мысль о том, что катодные лучи представляют собой потоки частиц вещества. В 1895 году французский физик Жан Перрен экспериментально доказал, что катодные лучи представляют собой поток отрицательно заряженных частиц, которые движутся по прямой линии, но могут отклоняться магнитным полем. 

Открытие электрона

Экспериментальные данные, связанные с образованием химических соединений, подтвердили существование «атомных» частиц и позволили судить о небольшом размере и массе отдельных атомов. Однако реальная структура атомов, включая существование еще более мелких частиц, составляющих атомы, оставалась неясной до открытия электрона Джозефом Джоном Томсоном в 1897 году. В своем эксперименте Томсон доказал, что все частицы, образующие катодные лучи, идентичны друг другу и являются частью вещества ... Суть экспериментов и гипотеза о существовании материи в состоянии даже более тонкой фрагментации, чем у атомов, Томсон представил на вечернем собрании Королевского общества 29 апреля 1897 года Выдержка из этого сообщения была опубликована в «Электрик» 21 мая 1897 года.

За это открытие Томсон в 1906 году получил Нобелевскую премию по физике. До этого времени атом считался неделимым, и различие в химических свойствах различных элементов не имело объяснения. Еще до открытия Томсона был проведен ряд интересных экспериментов, в которых другие исследователи изучали электрический ток в стеклянных трубках, заполненных газом при низких давлениях. Такие трубки, называемые трубками Гайслера  по имени немецкого стеклодува Г. Гайслера (1815–1879), который впервые начал их изготавливать, излучали яркий свет при подключении к высоковольтной обмотке индукционной катушки. У. Крукс (1832-1919) заинтересовался этими электрическими разрядами, которые установили, что природа разряда в трубке изменяется в зависимости от давления, и разряд полностью исчезает в высоком вакууме.

Более поздние исследования Дж. Перрина (1870–1942) показали, что «катодные лучи», вызывающие свечение, являются отрицательно заряженными частицами, которые движутся по прямой линии, но могут отклоняться магнитным полем. Однако заряд и масса частиц оставались неизвестными, и было неясно, были ли все отрицательные частицы одинаковыми. 

Модель Томсона

Большой заслугой Томсона было доказательство того, что все частицы, которые образуют катодные лучи, идентичны друг другу и являются частью вещества. Используя специальный тип газоразрядной трубки, Томсон измерил скорость и отношение заряда к массе частиц катодного луча, позже названных электронами. Электроны испускались с катода под действием высоковольтного разряда в трубке. Только те из них, которые летели вдоль оси трубки, проходили через диафрагмы D и E. 

Соотношение заряда к массе. Трубка использовалась английским физиком Дж. Томсоном для определения отношения заряда к массе для катодных лучей. Эти эксперименты привели к открытию электрона. 

В обычном режиме эти электроны попадают в центр люминесцентного экрана. (Трубка Томсона была первой «электронно-лучевой трубкой» с экраном, предшественником телевизионной кинескопа.) Трубка также содержала пару электрических конденсаторных пластин, которые, находясь под напряжением, могли отклонять электроны.

Электрическая сила FE, действующая на заряд e со стороны электрического поля E, определяется выражением FE = eE. Кроме того, в той же области трубки магнитное поле может быть создано с помощью пары токовых катушек, способных отклонять электроны в противоположном направлении. Сила FH, действующая со стороны магнитного поля H, пропорциональна напряженности поля, скорости частицы v и ее заряду e : FH = Hev. Томсон отрегулировал электрическое и магнитное поля так, чтобы общее отклонение электронов было равно нулю, т.е. электронный пучок вернулся в исходное положение. Так как в этом случае обе силы FE и FH равны, то скорость электрона задается V = E / H. Томсон обнаружил, что эта скорость зависит от напряжения на трубке V и что кинетическая энергия электронов mv 2/2 прямо пропорциональна этому напряжению, то есть mv 2/2 = эВ. (Отсюда и термин «электрон-вольт» для энергии, приобретенной частицей с зарядом, равным заряду электрона, при ускорении разностью потенциалов 1 В.) Объединяя это уравнение с выражением для скорости электрона, он нашел отношение заряда к массе: 

Эксперименты Томсона показали, что электроны в электрических разрядах могут возникать из любого вещества. Поскольку все электроны одинаковы, элементы должны отличаться только количеством электронов. Кроме того, небольшое значение массы электронов указывало на то, что масса атома не была сосредоточена в них. Дж. Томсон, внесший огромный вклад в экспериментальное исследование строения атома, стремился найти модель, которая бы объясняла все его известные свойства.

Поскольку преобладающая доля массы атома сосредоточена в его положительно заряженной части, он предположил, что атом представляет собой сферическое распределение положительного заряда с радиусом около 10–10 м, а на его поверхности имеются электроны, удерживаемые упругим силы, которые позволяют им вибрировать. Общий отрицательный заряд электронов точно компенсирует положительный заряд, так что атом электрически нейтрален. Электроны находятся на сфере, но они могут совершать простые гармонические колебания относительно положения равновесия. 

Заключение

Такие колебания могут возникать только на определенных частотах, которые соответствуют узким спектральным линиям, наблюдаемым в газоразрядных трубках. Электроны могут быть довольно легко выбиты из своих позиций, в результате чего образуются положительно заряженные «ионы», из которых «канальные пучки» состоят в экспериментах с масс-спектрографом. Рентгеновские лучи соответствуют очень высоким обертонам основных колебаний электронов. Альфа-частицы, возникающие в результате радиоактивных превращений, являются частью положительной сферы, выбитой из нее в результате некоторого энергетического разрыва атома. Электроны удерживаются внутри положительно заряженной сферы силами упругости. Те из них, которые находятся на поверхности, довольно легко «выбиваются», оставляя ионизированный атом. Однако эта модель вызвала ряд возражений. 

Открытие электрона оказало огромное влияние на развитие современной физики, привело к раскрытию механизма излучения и поглощения электромагнитной энергии, механизма взаимодействия электромагнитных волн с веществом. Электрон стал основой грандиозного строительства электроники в эти дни. 

Электрон оказался не только объектом, но и средством излучения свойств вещества. Ярким примером этого является быстрое развитие ускорительной технологии.