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WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Elektron. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen Klare und präzise Vorstellungen über die atomare Struktur der Elektrizität tauchten auf W. Weber, die er ab 1862 in mehreren Arbeiten entwickelte: "Bei der allgemeinen Elektrizitätsverteilung ist anzunehmen, dass jedem Gewichtsatom ein elektrisches Atom zugeordnet ist." Im Zusammenhang damit entwickelt er Ansichten über die Stromleitfähigkeit in Metallen, die sich von elektronischen nur dadurch unterscheiden, dass er positive Elektrizitätsatome für beweglich hält. Er äußerte auch die Idee einer molekularen Interpretation der Joule-Lenz-Wärme: "Die Lebenskraft aller im Leiter enthaltenen Molekularströme wächst mit dem Durchgang des Stroms proportional zum Widerstand und proportional zum Quadrat der Stromstärke." Diese und ähnliche Aussagen von Weber führten zu A.I. Bachinsky, Weber als einen der Schöpfer der elektronischen Theorie zu bezeichnen, und O.D. Khvol'son, seinen Namen in den einleitenden Absatz des Kapitels über die elektronische Theorie der Leitung von Metallen zu setzen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass Weber sein „elektrisches Atom“ noch nicht mit den spezifischen Fakten der Elektrolyse in Verbindung bringt. Diese Verbindung wurde zuerst hergestellt Maxwell im ersten Band seiner Abhandlung. Aber Maxwell hat diese wichtige Idee nicht entwickelt. Im Gegenteil, er argumentierte, dass die Idee einer molekularen Ladung in der Wissenschaft nicht überleben würde. 1874 machte der irische Physiker Stoney bei einem Treffen der British Association auf die Existenz von drei „natürlichen Einheiten“ in der Natur aufmerksam: die Lichtgeschwindigkeit, die Gravitationskonstante und die Ladung des „elektrischen Atoms“. Zu dieser letzten Einheit sagte er: "Schließlich hat uns die Natur in den Phänomenen der Elektrolyse eine ganz bestimmte Menge an Elektrizität zuteil, unabhängig von den Körpern, mit denen sie verbunden ist." Stoney schätzte diese Ladung, indem er die bei der Zersetzung eines Kubikzentimeters Wasserstoff freigesetzte Elektrizitätsmenge durch die Anzahl seiner Atome gemäß den damaligen Daten dividierte, und erhielt einen Wert in der Größenordnung von 10 hoch minus zwanzigster Potenz elektromagnetischer Einheiten. Stoney schlug vor, dieses elektrische Atom „Elektron“ zu nennen. 5 April 1881 Jahr Helmholtz In seiner berühmten Rede erklärte er: „Wenn wir die Existenz chemischer Atome zugeben, müssen wir daraus weiter schließen, dass Elektrizität, sowohl positive als auch negative, auch in bestimmte elementare Größen zerlegt wird, die die Rolle von Elektrizitätsatomen spielen ." 1869 bemerkte Gittorff, nachdem er in einer Entladungsröhre ein Vakuum mit einem Verdünnungsgrad von unter einem Millimeter erhalten hatte, dass sich der dunkle Kathodenraum schnell in der gesamten Röhre ausbreitet, wodurch die Wände der Röhre stark zu fluoreszieren beginnen. Er bemerkte, dass das Leuchten der Röhre unter dem Einfluss eines Magneten verschoben wird. Zehn Jahre nach den Beobachtungen von Giettorf erschienen die Werke von W. Crooks. Laut Crookes wird ein Teilchen strahlender Materie mit großer Geschwindigkeit von den Elektroden ausgestoßen. Der dunkle Kathodenraum ist ein Raum, in dem sich negative Gasmoleküle frei bewegen, von der Kathode wegfliegen und von gegenläufigen positiven Molekülen an ihrer Grenze festgehalten werden. Allerdings akzeptierten deutsche Physiker Crookes' Standpunkt nicht. E. Goldstein zeigte 1880, dass die Identifizierung der Abmessungen des dunklen Kathodenraums mit der mittleren freien Weglänge falsch ist. Er zeigte, dass Kathodenstrahlen überhaupt nicht an der Grenze der dunklen Schicht enden, sondern bei hoher Verdünnung auch in den leuchtenden Raum der Anode eindringen. Der österreichische Wissenschaftler V.F. Gintl stellte im selben Jahr die Hypothese auf, dass Kathodenstrahlen ein Strom von Metallpartikeln sind, die durch einen elektrischen Strom aus der Kathode gezogen werden und sich in einer geraden Linie bewegen. Diese Sichtweise wurde von Pulua unterstützt und weiterentwickelt. Im selben Jahr 1880 identifizierte E. Wiedemann Kathodenstrahlen mit ätherischen Schwingungen einer so kurzen Wellenlänge. Sie erzeugen seiner Meinung nach keinen Lichteffekt; Wenn sie jedoch auf schwere Materie fallen, werden sie langsamer und verwandeln sich in sichtbares Licht. Lenards Experimente spielten eine entscheidende Rolle bei der Festigung der ätherischen Wellentheorie der Kathodenstrahlen. Er bewies überzeugend, dass die Kathodenstrahlen entweichen können, während ein Vakuum in der Röhre aufrechterhalten wird, d.h. diese Strahlen können keine Gasteilchen sein, wie Crookes vorgeschlagen hat. Aber das ist nicht genug. Kathodenstrahlen in der Luft erzeugen einen leuchtenden und fotografischen Effekt. Lenard gelang es, in den Strom zu gelangen, in dem er ein Foto eines Objekts veröffentlichte, das in einer hermetisch verschlossenen Aluminiumbox mit dünnen Wänden eingeschlossen war. Er beobachtete die Ablenkung des emittierten Strahls durch einen Magneten und stellte fest, dass diese Ablenkung nicht von der Art des Gases abhängt und vor allem, dass ein Teil der Strahlen übrig bleibt, der nicht vom Magneten abgelenkt wird. Lenard war der erste Physiker, der die Wirkung von Röntgenstrahlen beobachtete und sogar den ersten Röntgenstrahl erhielt. Aber er konnte seine Entdeckung nicht vollständig verstehen und bezeichnete sie als Beweis für die Wellennatur von Kathodenstrahlen. Sein Experiment war voller großer Möglichkeiten, die der Wissenschaftler nicht nutzte. Die Wiedemann-Hertz-Lenard-Theorie wurde 1895 durch die Erfahrung von Perrin (1870–1942) stark erschüttert, der versuchte, die Ladung von Kathodenstrahlen nachzuweisen. Dazu platzierte er einen Faraday-Zylinder im Entladungsrohr an der Kathode, verbunden mit einem Elektrometer. Während des Durchgangs der Entladung wurde der Zylinder negativ geladen. Daraus schloss Perrin, dass "die Übertragung negativer Ladungen untrennbar mit Kathodenstrahlen verbunden ist". Perrin stellte die Ladungsübertragung durch Kathodenstrahlen sicher fest und glaubte, dass diese Tatsache mit der Theorie der Vibrationen schwer zu vereinbaren ist, während sie sehr gut mit der Theorie der Erschöpfung übereinstimmt. Daher glaubte er, dass "wenn die Verfallstheorie alle von ihr erhobenen Einwände widerlegen kann, sie als wirklich geeignet anerkannt werden muss". Um jedoch alle Einwände zu widerlegen, war es notwendig, die Ansichten über die Struktur der Materie radikal zu ändern und die Existenz von Teilchen kleinerer Atome in der Natur zuzulassen. Der englische Physiker Joseph Thomson (1856–1940) ging als Entdecker des Elektrons in die Wissenschaftsgeschichte ein. Er sagte einmal: „Entdeckungen verdanken sich der Schärfe und Beobachtungsgabe, der Intuition, dem unerschütterlichen Enthusiasmus bis zur endgültigen Auflösung aller Widersprüche, die mit der Pionierarbeit einhergehen.“ Joseph John Thomson wurde in Manchester geboren. Hier, in Manchester, absolvierte er das Owens College und studierte 1876-1880 an der University of Cambridge am berühmten Trinity College (Trinity College). Im Januar 1880 bestand Thomson erfolgreich seine Abschlussprüfungen und begann am Cavendish Laboratory zu arbeiten. Sein erster Artikel, der 1880 veröffentlicht wurde, war der elektromagnetischen Theorie des Lichts gewidmet. Im folgenden Jahr erschienen zwei Arbeiten, von denen eine den Grundstein für die elektromagnetische Massentheorie legte. Thomson war besessen von experimenteller Physik. Besessen im besten Sinne des Wortes. Thomsons wissenschaftliche Errungenschaften wurden von Rayleigh, dem Direktor des Cavendish-Labors, sehr geschätzt. Als er 1884 als Direktor ausschied, zögerte er nicht, Thomson als seinen Nachfolger vorzuschlagen. Von 1884 bis 1919 leitete Thomson das Cavendish-Labor. Während dieser Zeit hat es sich zu einem wichtigen Zentrum der Weltphysik, einer internationalen Schule für Physiker, entwickelt. Hier begannen sie ihre wissenschaftliche Reise Rutherford, Bohr, Langevin und viele andere, einschließlich russischer Wissenschaftler. Thomsons Forschungsprogramm war breit gefächert: Fragen des Durchgangs von elektrischem Strom durch Gase, die elektronische Theorie von Metallen, das Studium der Natur verschiedener Arten von Strahlen ... Thomson nahm das Studium der Kathodenstrahlen auf und beschloss zunächst zu überprüfen, ob seine Vorgänger, denen die Ablenkung von Strahlen durch elektrische Felder gelungen war, die Experimente mit ausreichender Sorgfalt durchgeführt hatten. Er konzipiert ein wiederholtes Experiment, entwirft spezielle Geräte dafür, überwacht selbst die Genauigkeit der Ausführung des Befehls, und das erwartete Ergebnis ist offensichtlich. In der von Thomson entworfenen Röhre werden die Kathodenstrahlen gehorsam von der positiv geladenen Platte angezogen und von der negativen deutlich abgestoßen. Das heißt, sie verhielten sich so, wie es für einen Strom sich schnell bewegender winziger, mit negativer Elektrizität aufgeladener Teilchen sein sollte. Hervorragendes Ergebnis! Er könnte sicherlich allen Streitigkeiten über die Natur der Kathodenstrahlen ein Ende setzen. Aber Thomson betrachtete seine Forschung nicht als abgeschlossen. Nachdem er die Natur der Strahlen qualitativ bestimmt hatte, wollte er eine genaue quantitative Definition der Teilchen geben, aus denen sie bestehen. Angeregt durch den ersten Erfolg konstruierte er eine neue Röhre: eine Kathode, Beschleunigungselektroden in Form von Ringen und Platten, an die eine ablenkende Spannung angelegt werden konnte. Auf der der Kathode gegenüberliegenden Wand lagerte er eine dünne Schicht einer Substanz ab, die unter dem Aufprall einfallender Teilchen glühen kann. Es stellte sich heraus, dass es der Vorfahre der Kathodenstrahlröhren war, die uns im Zeitalter von Fernsehern und Radar so vertraut waren. Der Zweck von Thomsons Experiment bestand darin, ein Bündel von Teilchen mit einem elektrischen Feld abzulenken und diese Ablenkung mit einem magnetischen Feld zu kompensieren. Die Schlussfolgerungen, zu denen er als Ergebnis des Experiments kam, waren erstaunlich. Zunächst stellte sich heraus, dass die Teilchen in der Röhre mit enormen Geschwindigkeiten nahe der Lichtgeschwindigkeit fliegen. Und zweitens war die elektrische Ladung pro Teilchenmasse phantastisch groß. Was waren das für Teilchen: unbekannte Atome, die große elektrische Ladungen tragen, oder winzige Teilchen mit vernachlässigbarer Masse, aber geringerer Ladung? Außerdem entdeckte er, dass das Verhältnis von spezifischer Ladung zu Einheitsmasse ein konstanter Wert ist, unabhängig von der Teilchengeschwindigkeit oder dem Kathodenmaterial oder der Art des Gases, in dem die Entladung auftritt. Eine solche Unabhängigkeit war alarmierend. Es scheint, dass Korpuskeln eine Art universelle Materieteilchen waren, Bestandteile von Atomen. „Nach einer langen Diskussion über Experimente“, schreibt Thompson in seinen Memoiren, „stellte sich heraus, dass ich die folgenden Schlussfolgerungen nicht vermeiden konnte: 1. Dass Atome nicht unteilbar sind, da negativ geladene Teilchen unter dem Einfluss von elektrischen Kräften, dem Aufprall von sich schnell bewegenden Teilchen, ultraviolettem Licht oder Hitze aus ihnen herausgerissen werden können. 2. Dass diese Teilchen alle die gleiche Masse haben, die gleiche Ladung negativer Elektrizität tragen, von welcher Art von Atomen sie auch immer stammen, und Bestandteile aller Atome sind. 3. Die Masse dieser Teilchen beträgt weniger als ein Tausendstel der Masse eines Wasserstoffatoms. Ich habe diese Teilchen zuerst Korpuskeln genannt, aber jetzt werden sie mit dem treffenderen Namen "Elektron" bezeichnet. Thomson machte sich an die Arbeit. Zunächst war es notwendig, die Parameter der mysteriösen Körperchen zu bestimmen, und dann könnte man vielleicht entscheiden, um welche es sich handelt. Die Ergebnisse der Berechnungen zeigten: Es besteht kein Zweifel, unbekannte Teilchen sind nichts anderes als kleinste elektrische Ladungen – unteilbare Elektrizitätsatome oder Elektronen. Am 29. April 1897 wurde in dem Raum, in dem seit mehr als zweihundert Jahren die Versammlungen der Royal Society of London stattfanden, sein Bericht gehalten. Die Zuhörer waren begeistert. Die Freude der Anwesenden war keineswegs darauf zurückzuführen, dass Kollege J. J. Thomson die wahre Natur der Kathodenstrahlen so überzeugend enthüllt hatte. Die Sache war viel ernster. Atome, die ersten Bausteine der Materie, sind keine elementaren runden Körner mehr, undurchdringlich und unteilbar, Teilchen ohne innere Struktur... aus etwas, das mit positiver Elektrizität geladen ist, und aus negativ geladenen Teilchen – Elektronen. Jetzt sind die weiteren, nötigsten Richtungen zukünftiger Suchen sichtbar geworden. Zunächst galt es natürlich, Ladung und Masse eines Elektrons genau zu bestimmen. Damit könnten Atommassen aller Elemente geklärt, Molekülmassen berechnet und Empfehlungen für die richtige Reaktionsvorbereitung gegeben werden. 1903 nahm G. Wilson im selben Cavendish-Labor bei Thomson's eine wichtige Änderung an Thomsons Methode vor. In einem Behälter, in dem eine schnelle adiabatische Expansion der ionisierten Luft durchgeführt wird, werden Kondensatorplatten angeordnet, zwischen denen ein elektrisches Feld erzeugt und der Fall der Wolke sowohl bei Vorhandensein als auch bei Abwesenheit eines Feldes beobachtet werden kann . Wilsons Messungen ergaben einen Wert für die Ladung eines Elektrons von 3,1 mal 10 hoch minus zehntel Potenz von abs. Email Einheiten Wilsons Methode wurde von vielen Forschern verwendet, darunter die Studenten der Universität St. Petersburg, Malikov und Alekseev, die die Ladung gleich 4,5 mal 10 hoch minus zehn der Bauchmuskeln fanden. Email Einheiten Dies war das Ergebnis, das dem wahren Wert am nächsten kam, der erhalten wurde, bevor Millikan 1909 begann, mit einzelnen Tropfen zu messen. So wurde das Elektron entdeckt und vermessen – ein universelles Atomteilchen, das erste der von Physikern entdeckten sogenannten „Elementarteilchen“. Diese Entdeckung ermöglichte es den Physikern zunächst, die Frage nach der Erforschung der elektrischen, magnetischen und optischen Eigenschaften von Materie auf neue Weise aufzuwerfen. Autor: Samin D. K.
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