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DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICOS MÁS IMPORTANTES
Electrón. Historia y esencia del descubrimiento científico.
Directorio / Los descubrimientos científicos más importantes. Ideas claras y precisas sobre la estructura atómica de la electricidad aparecieron en w. weber, que los desarrolló en una serie de obras, a partir de 1862: "Con la distribución general de la electricidad, se puede suponer que un átomo eléctrico está asociado con cada átomo de peso". En relación con esto, desarrolla puntos de vista sobre la conductividad de la corriente en los metales, que difieren de los electrónicos solo en que considera que los átomos de electricidad positiva son móviles. También expresó la idea de una interpretación molecular del calor Joule-Lenz: "La fuerza viva de todas las corrientes moleculares contenidas en el conductor aumenta con el paso de la corriente en proporción a la resistencia y en proporción al cuadrado de la intensidad de la corriente". Estas y otras declaraciones similares de Weber dieron lugar a A.I. Bachinsky para llamar a Weber uno de los creadores de la teoría electrónica, y O.D. Khvol'son para colocar su nombre en el párrafo inicial del capítulo sobre la teoría electrónica de la conducción de metales. Pero debe notarse que Weber aún no conecta su "átomo eléctrico" con los hechos específicos de la electrólisis. Esta conexión se estableció por primera vez Maxwell en el primer volumen de su Tratado. Pero Maxwell no desarrolló esta importante idea. Por el contrario, argumentó que la idea de una carga molecular no sobreviviría en la ciencia. En 1874, el físico irlandés Stoney, en una reunión de la Asociación Británica, llamó la atención sobre la existencia en la naturaleza de tres "unidades naturales": la velocidad de la luz, la constante gravitacional y la carga del "átomo eléctrico". Respecto a esta última unidad, dijo: "Finalmente, la naturaleza nos ha dotado en los fenómenos de electrólisis con una cantidad bastante definida de electricidad, independientemente de los cuerpos con los que está conectado". Stoney estimó esta carga dividiendo la cantidad de electricidad liberada durante la descomposición de un centímetro cúbico de hidrógeno por el número de sus átomos según los datos de entonces, y obtuvo un valor del orden de 10 a la menos veinte potencia de unidades electromagnéticas. Stoney propuso llamar a este átomo eléctrico "electrón". 5 1881 años abril Helmholtz En su famoso discurso, declaró: "Si admitimos la existencia de átomos químicos, entonces nos vemos obligados a concluir de aquí que la electricidad, tanto positiva como negativa, también se divide en ciertas cantidades elementales, que desempeñan el papel de átomos de electricidad." En 1869, Gittorf, después de haber obtenido un vacío con un grado de rarefacción por debajo de un milímetro en un tubo de descarga, notó que el espacio oscuro del cátodo se propaga rápidamente por todo el tubo, como resultado de lo cual las paredes del tubo comienzan a emitir una fuerte fluorescencia. Se dio cuenta de que el brillo del tubo se desplaza bajo la influencia de un imán. Diez años después de las observaciones de Giettorf, aparecieron las obras de W. Crooks. Según Crookes, una partícula de materia radiante es expulsada de los electrodos a gran velocidad. El espacio del cátodo oscuro es un espacio en el que las moléculas de gas negativas se mueven libremente, volando desde el cátodo y retenidas en su borde por moléculas contrapositivas. Sin embargo, los físicos alemanes no aceptaron el punto de vista de Crookes. E. Goldstein en 1880 demostró que la identificación de las dimensiones del espacio del cátodo oscuro con el camino libre medio es incorrecta. Demostró que los rayos catódicos no terminan en absoluto en el límite de la capa oscura; con alta rarefacción también penetran en el espacio luminoso del ánodo. científico austriaco V.F. Gintl en el mismo año planteó la hipótesis de que los rayos catódicos son una corriente de partículas de metal extraídas del cátodo por una corriente eléctrica, que se mueven en línea recta. Este punto de vista fue apoyado y desarrollado aún más por Pulua. En el mismo 1880, E. Wiedemann identificó los rayos catódicos con vibraciones etéreas de una longitud de onda tan corta. En su opinión, no producen un efecto luminoso; sin embargo, al caer sobre materia pesada, disminuyen su velocidad y se convierten en luz visible. Los experimentos de Lenard jugaron un papel decisivo en el fortalecimiento de la teoría de la onda etérea de los rayos catódicos. Demostró de manera convincente que los rayos catódicos pueden salir al exterior manteniendo el vacío en el tubo, es decir, estos rayos no pueden ser partículas de gas, como sugirió Crookes. Pero esto no es suficiente. Los rayos catódicos en el aire producen un efecto luminoso y fotográfico. Lenard logró meterse en la corriente y lanzó una fotografía de un objeto sellado en una caja de aluminio sellada herméticamente con paredes delgadas. Observando la desviación del haz emitido por el imán, encontró que esta desviación no depende del tipo de gas, y lo más importante, que queda una parte de los rayos que no son desviados por el imán. Lenard fue el primer físico en observar la acción de los rayos X e incluso recibió la primera radiografía. Pero no pudo comprender completamente su descubrimiento y lo caracterizó como prueba de la naturaleza ondulatoria de los rayos catódicos. Su experimento estuvo lleno de grandes oportunidades que el científico no aprovechó. La teoría de Wiedemann-Hertz-Lenard se vio muy afectada en 1895 por la experiencia de Perrin (1870-1942), quien intentó detectar la carga de los rayos catódicos. Para ello colocó un cilindro de Faraday en el tubo de descarga contra el cátodo, conectado a un electrómetro. Durante el paso de la descarga, el cilindro se cargó negativamente. A partir de esto, Perrin concluyó que "la transferencia de cargas negativas es inseparable de los rayos catódicos". Perrin estableció con certeza la transferencia de carga por rayos catódicos y creía que este hecho es difícil de conciliar con la teoría de las vibraciones, mientras que concuerda muy bien con la teoría de la expiración. Por ello, creía que “si la teoría de la caducidad puede refutar todas las objeciones que ha planteado, debe reconocerse que es realmente adecuada”. Sin embargo, para refutar todas las objeciones, fue necesario cambiar radicalmente las opiniones sobre la estructura de la materia y permitir la existencia de partículas de átomos más pequeños en la naturaleza. El físico inglés Joseph Thomson (1856–1940) entró en la historia de la ciencia como el hombre que descubrió el electrón. Una vez dijo: "Los descubrimientos se deben a la agudeza y el poder de observación, la intuición, el entusiasmo inquebrantable hasta la resolución final de todas las contradicciones que acompañan al trabajo pionero". Joseph John Thomson nació en Mánchester. Aquí, en Manchester, se graduó de Owens College, y en 1876-1880 estudió en la Universidad de Cambridge en el famoso Trinity College (Trinity College). En enero de 1880, Thomson aprobó con éxito sus exámenes finales y comenzó a trabajar en el Laboratorio Cavendish. Su primer artículo, publicado en 1880, estuvo dedicado a la teoría electromagnética de la luz. Al año siguiente, aparecieron dos artículos, uno de los cuales sentó las bases de la teoría electromagnética de la masa. Thomson estaba obsesionado con la física experimental. Obsesionado en el mejor sentido de la palabra. Los logros científicos de Thomson fueron muy apreciados por Rayleigh, director del Laboratorio Cavendish. Dejando en 1884 como director, no dudó en recomendar a Thomson como su sucesor. De 1884 a 1919 Thomson dirigió el laboratorio Cavendish. Durante este tiempo se ha convertido en un importante centro de física mundial, una escuela internacional de físicos. Aquí comenzaron su andadura científica Rutherford, Bohr, Langevin y muchos otros, incluidos científicos rusos. El programa de investigación de Thomson fue amplio: preguntas sobre el paso de la corriente eléctrica a través de los gases, la teoría electrónica de los metales, el estudio de la naturaleza de varios tipos de rayos... Retomando el estudio de los rayos catódicos, Thomson decidió en primer lugar comprobar si sus predecesores, que habían logrado la desviación de los rayos por campos eléctricos, habían llevado a cabo los experimentos con suficiente cuidado. Concibe un experimento repetido, diseña un equipo especial para él, supervisa él mismo la precisión de la ejecución de la orden y el resultado esperado es obvio. En el tubo diseñado por Thomson, los rayos catódicos se atraían obedientemente a la placa cargada positivamente y claramente se repelían desde la placa negativa. Es decir, se comportaron como se suponía que debían ser para una corriente de diminutos corpúsculos de rápido movimiento cargados con electricidad negativa. ¡Excelente resultado! Ciertamente podría poner fin a todas las disputas sobre la naturaleza de los rayos catódicos. Pero Thomson no consideró completa su investigación. Habiendo determinado cualitativamente la naturaleza de los rayos, quiso dar una definición cuantitativa exacta de los corpúsculos que los componen. Inspirándose en el primer éxito, diseñó un nuevo tubo: un cátodo, electrodos aceleradores en forma de anillos y placas, a los que se les podía aplicar un voltaje de desviación. En la pared opuesta al cátodo, depositó una fina capa de una sustancia capaz de brillar bajo el impacto de las partículas incidentes. Resultó ser el antepasado de los tubos de rayos catódicos, tan familiares para nosotros en la era de los televisores y los radares. El propósito del experimento de Thomson era desviar un grupo de corpúsculos con un campo eléctrico y compensar esta desviación con un campo magnético. Las conclusiones a las que llegó como resultado del experimento fueron sorprendentes. Primero, resultó que las partículas vuelan en el tubo con enormes velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Y en segundo lugar, la carga eléctrica por unidad de masa de los corpúsculos era fantásticamente grande. ¿Qué tipo de partículas eran estas: átomos desconocidos con enormes cargas eléctricas, o partículas diminutas con masa insignificante, pero con una carga más pequeña? Además, descubrió que la relación entre la carga específica y la unidad de masa es un valor constante, independiente de la velocidad de las partículas, del material del cátodo o de la naturaleza del gas en el que se produce la descarga. Tal independencia era alarmante. Parece que los corpúsculos fueran una especie de partículas universales de materia, partes constitutivas de los átomos. “Después de una larga discusión sobre experimentos”, escribe Thompson en sus memorias, “resultó que no pude evitar las siguientes conclusiones: 1. Que los átomos no son indivisibles, ya que las partículas cargadas negativamente pueden desprenderse de ellos bajo la influencia de fuerzas eléctricas, el impacto de partículas que se mueven rápidamente, la luz ultravioleta o el calor. 2. Que estas partículas son todas de la misma masa, llevan la misma carga de electricidad negativa, de cualquier clase de átomos de donde provengan, y son componentes de todos los átomos. 3. La masa de estas partículas es menos de una milésima parte de la masa de un átomo de hidrógeno. Primero llamé a estas partículas corpúsculos, pero ahora reciben el nombre más apropiado de "electrones". Thomson se puso a trabajar. En primer lugar, era necesario determinar los parámetros de los misteriosos corpúsculos, y luego, quizás, sería posible decidir cuáles eran. Los resultados de los cálculos mostraron: no hay duda, las partículas desconocidas no son más que las cargas eléctricas más pequeñas: átomos indivisibles de electricidad o electrones. El 29 de abril de 1897, en la sala donde se habían celebrado las reuniones de la Royal Society de Londres durante más de doscientos años, se llevó a cabo su informe. Los oyentes estaban encantados. El deleite de los presentes no se debió en absoluto al hecho de que el colega J. J. Thomson hubiera revelado tan convincentemente la verdadera naturaleza de los rayos catódicos. El asunto era mucho más serio. Los átomos, los primeros bloques de construcción de la materia, dejaron de ser elementales granos redondos, impenetrables e indivisibles, partículas sin ninguna estructura interna... Si de ellas podían salir volando corpúsculos cargados negativamente, entonces los átomos debían ser una especie de sistema complejo, un sistema que consiste en algo cargado con electricidad positiva y de corpúsculos cargados negativamente - electrones. Ahora se han hecho visibles las direcciones más necesarias de futuras búsquedas. En primer lugar, por supuesto, era necesario determinar exactamente la carga y la masa de un electrón. Esto permitiría aclarar las masas de los átomos de todos los elementos, calcular las masas de las moléculas y dar recomendaciones para la correcta preparación de las reacciones. En 1903, en el mismo laboratorio de Cavendish en el de Thomson, G. Wilson hizo un cambio importante en el método de Thomson. En un recipiente en el que se realiza una rápida expansión adiabática del aire ionizado, se colocan placas de condensadores, entre las cuales es posible crear un campo eléctrico y observar la caída de la nube, tanto en presencia de un campo como en su ausencia. Las medidas de Wilson dieron un valor para la carga de un electrón de 3,1 veces 10 elevado a la menos décima potencia de abs. Email unidades El método de Wilson fue utilizado por muchos investigadores, incluidos los estudiantes de la Universidad de San Petersburgo Malikov y Alekseev, quienes encontraron que la carga era igual a 4,5 por 10 a la menos décima potencia de abs. Email unidades Este fue el resultado más cercano al valor real de todos los obtenidos antes de que Millikan comenzara a medir con gotas individuales en 1909. Entonces se descubrió y midió el electrón, una partícula universal de átomos, la primera de las llamadas "partículas elementales" descubiertas por los físicos. Este descubrimiento hizo posible que los físicos, en primer lugar, plantearan la cuestión de estudiar las propiedades eléctricas, magnéticas y ópticas de la materia de una manera nueva. Autor: Samin D.K.
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