Джозеф джон томсон, английский физик, лауреат нобелевской премии по физике 1906 года

Начало экспериментов Джозефа Томсона

Внимание многих физиков в то время привлекали проблемы электричества и магнетизма. Уже появились (хотя еще не вошли во всеобщее употребление) уравнения Максвелла

Однако, Томсон обратился не к той части электродинамики, которая рассматривает напряженности полей, порождаемых «заданными» источниками (т. е. плотности зарядов и токов которых известны), а именно вопросом о физической природе самих этих источников. В теории самого Максвелла этот вопрос почти не обсуждался. Для него электрический ток — все, что порождает магнитное поле (не меняющиеся со временем распределения электрических зарядов создают только электрические поля).

Томсона увлек вопрос о носителях зарядов. Он начал с исследования токов в разреженных газах, чем занимались тогда и в ряде других лабораторий. Томсон обнаружил, что проводимость газов увеличивается под воздействием рентгеновских лучей. Важные результаты были получены им при исследовании катодных лучей. т.е. потоков, исходящих из катодов (отрицательных электродов) разрядных трубок. Об их физической природе высказывались тогда различные мнения. Большинство немецких физиков полагало, что это — волны, подобные рентгеновским лучам, тогда как английские видели в них поток частиц.

В 1894 Томсону удалось измерить их скорость, которая оказалась в 2000 раз меньше световой, что явилось убедительным доводом в пользу корпускулярной гипотезы. Через год французского экспериментатор Жан Перрен выяснил знак электрического заряда катодных лучей: попадая на металлический цилиндр, они заряжали его отрицательно. Оставалось определить массу частиц. Эту проблему также с блеском смог разрешить Томсон. Но, прежде чем начать эксперимент, он обратился к теории и рассчитал, как должна двигаться заряженная частица в скрещенных электрическом и магнитном полях. Отклонение такой частицы получалось зависящим от отношения ее заряда к массе.

Начался эксперимент (нужно заметить, что Джозеф Томсон чаще всего, тщательно, во всех деталях продумав эксперимент, предоставлял его проведение помощникам). Его результаты показали, что масса частиц почти в 2000 раз меньше. чем у самых легких ионов — ионов водорода. Что же касается заряда, то у ионов он уже был надежно вычислен на базе опытов по электролизу и оказался положительным. Поскольку атом водорода имеет нулевой заряд, это наводило на мысль, что существуют равные по величине и противоположные по знаку носители дискретных порций электрических зарядов. Те частицы, которые входили в состав катодных лучей, были вскоре названы электронами. Их открытие было одним из важнейших достижений физики конца 19 века, и оно непосредственно связано с именем Томсона, удостоенного за него в 1906 Нобелевской премии.

Орда россия — страна лжецов, мародёров и убийц

Именно власть Орды, приведшая к синтезу традиций, породили «русский мир» как отдельную цивилизацию. Есть такое мерзкое понятие — деспотизм, то есть неограниченная власть самодержцев, которые присвоили себе право безгранично распоряжаться судьбой своих подданных. Как правило, это монстры истории, настоящие бандиты и живодеры на тронах. И хотя это явление древнее, средневековое, но, увы, его черное наследие кое-где дожило до наших дней — Ордынская федерация Государство абсолютной мрази, Слепленное из кровавой грязи, Оскорбляющее мирозданье Фактом своего существованья. Подлость, воплощенная в граните, Лжи всеоплетающие нити, Хамство, закрепленное в законах, Упыри и воры на иконах. Царство безысходности и мрака, Душный пафос рабского барака, Наглые раскормленные морды, Злобные завистливые орды. Кровь и плесень, цепи и затворы, Сверху — нравы шелудивой своры, Снизу — тупо блеющее стадо, Коему другого и не надо… Зря вздымают дряхлые химеры Липкие знамена тухлой веры — Нет тебе ни веры, ни прощенья, Только ужас, стыд и отвращенье. Я благословляю все напасти — Те, что разорвут тебя на части!

и ученый должен был стать инженером

Томсон Джозеф Джон, великий ученый, физик и наставник, должен был стать инженером, так считал его отец, однако в то время у семьи не было средств на оплату обучения. Вместо этого молодой Томсон посещал колледж в Мачестере, а затем и в Кембридже. В 1884 году он был назначен на престижную должность профессора экспериментальной физики в Кембридже, хотя сам он лично проводил очень мало экспериментальных работ. Он открыл в себе талант к разработке аппаратуры и диагностировании связанных с этим проблем

Томсон Джозеф Джон был хорошим преподавателем, вдохновлял своих учеников и уделял значительное внимание широкой проблеме развития науки преподавания в университете и средней школе

В этой нечетной форме Томсон представил идею, имеющую первостепенное значение для будущей работы: газоразряд происходит по аналогии с электролизом, нарушением химических связей. Первоначально, как это было естественно, он рассматривал частицы, в которые молекулы разделялись под действием поля как «атомы». Позднее исследования помогли ему сначала увидеть «атомы» как «ионы», то есть носители заряда атомных размеров, а затем в виде смесей ионов и «тел, значительно меньших атомов».

Электролитическая аналогия показала, что важные сведения о механизме газового разряда могут быть получены в результате исследований диэлектрического пробоя в слабопроводящих жидкостях или разложения многоатомных газов искрами. Томсон и его ученики работали над тем и другим, и приобрели много данных без значительного прогресса в понимании.

Модель атома

В том же 1897, когда было зарегистрировано открытие электрона, Д. Томсон обратился к проблеме атома. Придя к убеждению, что, вопреки своему названию, атом не является неделимым, Томсон предложил модель его устройства. По этой модели атом выступал в виде положительно заряженной «капли», внутри которой «плавали» маленькие отрицательно заряженные шарики — электроны. Под действием кулоновских сил они располагались вблизи центра атома в виде цепочек определенных конфигураций (в которых можно было даже усмотреть нечто напоминающее упорядоченность в периодической таблице Менделеева). Если какой-то толчок отклонял электроны от положений равновесия, начинались колебания (связь со спектрами!) и кулоновские силы стремились восстановить исходное равновесие. Хотя опыты, проведенные впоследствии в той же кавендишевской лаборатории преемником Томсона, Эрнестом Резерфордом заставили отказаться от этой модели, она сыграла немалую роль в формировании представлений о строении материи.

Биография

Джозеф Джон Томсон родился 18 декабря 1856 года в Читем-Хилле вблизи Манчестера в семье Джозефа Джеймса Томсона и его жены, урожденной Эммы Свинделлт. Его отец был коренным шотландцем и держал семейный бизнес по изданию и продаже книг в Манчестере. По настоянию отца он поступил учеником в инженерную фирму, но ввиду сложностей с поиском работы был временно отправлен в Оуэнс-колледж, Манчестер. Томсон относился к этому более-менее случайному стечению обстоятельств как к поворотной точке в своей жизни. Во время обучения в Оуэнс-колледже он оказался под влиянием физика Бальфура Стюарта, инженера Осборна Рейнольдса и математика Томаса Баркера.

Его математические и научные способности вскоре были замечены, он был вовлечён Бальфуром Стюартом в различные физические исследования и в конечном счете опубликовал небольшую статью «Contact electricity of insulators» в Royal Society’s Proceedings. Во время обучения в Оуэнс-коллежде он познакомился с Артуром Шустером и Джоном Генри Пойнтингом, дружба с которыми продолжалась всю жизнь.

По совету Баркера он оставил мысль об инженерной карьере и поступил в Тринити-колледж в Кембридже в октябре 1876 года, где в 1880 году получил степень бакалавра. После этого момента его жизнь проходила почти полностью в Кембридже, за исключением нескольких коротких поездок в Америку. Его математическое образование в Кембридже в основном проходило под руководством Е. Дж. Рута. Следует отметить, что Томсон ни тогда, ни в последующее время не попал под личное влияние Джеймса Клерка Максвелла.

После получения степени бакалавра он стал сотрудником Тринити-колледжа и начал свои исследования в области математической и экспериментальной физики. Его ранняя математическая работа состояла в развитии электромагнитной теории и приложения динамических методов Лагранжа к проблемам математики и физики. Эти исследования, проходившие под руководством лорда Рэлея, были впоследствии обобщены в книге «Application of Dynamics to Physics and Chemistry», однако полученные им в этот период результаты не выдержали проверку временем.

После выхода лорда Релея на пенсию с должности Кавендишского профессора в Кембридже в конце 1884 года Томсон был выбран ему на замену. Несмотря на молодость (Томсону в это время было около 27 лет), он проявил себя в качестве умелого руководителя Кавендишской лаборатории. Сам он был средним экспериментатором и имел относительно слабые знания в области механических процессов, но, тем не менее, его выдающиеся способности и природная изобретательность сильно перевесили эти недостатки.

В 1890 году он женился на Розе Пейджт, дочери сэра Джорджа Пэйджта. Его детьми от этого брака были Джордж Пэйджт Томсон (1892—1975), впоследствии профессор физики и лауреат Нобелевской премии по физике 1937 года за открытие дифракции электронов на кристаллах, и мисс Джоан Томсон.

Следующие десятилетия работы в качестве руководителя Кавендишской лаборатории в Кембридже являлись наиболее результативными в его жизни. Так, именно к этому периоду относятся все исследования Томсона по прохождению электричества через газы, за которые он был удостоен Нобелевской премии по физике в 1906 году.

Ближе к концу войны, в 1918 году, со смертью доктора Г. Монтегю Батлера, освободилась должность главы Тринити-колледжа в Кембридже, которая была предложена Томсону Ллойдом Джорджем. В то же время он сохранил Кавендишское профессорство до конца войны, когда его на этом посту сменил его ученик Резерфорд

Он всё же продолжил работу в Кавендишской лаборатории в течение ещё нескольких лет, но дальнейшие исследования оказались несравнимы по важности с довоенными. В —1916 годах Джозеф Джон Томсон являлся президентом Лондонского общества физиков

В —1916 годах Джозеф Джон Томсон являлся президентом Лондонского общества физиков.

В 1915 году он стал президентом Лондонского королевского общества, сменив сэра Уильяма Крукса, и находился на этом посту до 1920 года. По воспоминаниям современников, на встречах общества он всегда был готов к обсуждению, даже если статья не относилась к области его научных интересов, что исключало возможность любого поверхностного рассмотрения. Готовность к диалогу и личному стимулированию, вкупе с авторитетностью в научной области, делала его ценным ученым и источником вдохновения для многих исследователей.

С по 1923 год Дж. Дж. Томсон занимал пост президента Института физики.

Умер Томсон в Кембридже 30 августа 1940 года в возрасте 83 лет.

От электронов к ядрам

Начав работу в кавендишевской лаборатории с исследования рассеяния рентгеновских лучей, Джозеф Томсон пришел к формуле, носящей его имя и описывающей рассеяние электромагнитных волн на свободных электронах. Эта формула и поныне играет видную роль в физике элементарных частиц.

Важна была также роль Томсона в открытии фотоэффекта и термоэлектронной эмиссии. Очень плодотворной оказалась и идея использования скрещенных полей для измерения отношений зарядов частиц к их массам. На этой идее основана работа масс-спектрографов, которые нашли широкое применение в физике ядра и, в частности, сыграли существенную роль для открытия изотопов (ядер, имеющих различные массы, но одинаковые заряды, чем определяется их химическая неразличимость). Отметим, что предсказание существования изотопов и экспериментальное обнаружение некоторых из них также было сделано Томсоном.

Джозеф Томсон был одним из ярчайших физиков-классиков. Правда, он застал появление квантовой теории (становление которой происходило в значительной степени на его глазах и при непосредственном участии его молодых коллег), появление теории относительности и атомной и ядерной физики. Более того, его личное участие в том грандиозном пересмотре всего физического миропонимания, которое принесли первые десятилетия нового века, было несомненным и глубоким. Но он до конца дней сохранял веру в существование механического эфира, несмотря на успехи релятивистской теории, которую он воспринимал лишь как отражение некоторых математических свойств уравнений Максвелла. По отношению к квантовой теории он довольно долго оставался в положении скептического наблюдателя и изменил мнение о ней лишь после того, как его сын Джордж Паджет Томсон на опыте обнаружил волновые свойства у электронов (за что был удостоен в 1937 Нобелевской премии).

В 1918 году Джозеф Томсон вышел в Кавендише в отставку, передав лабораторию Резерфорду, и возглавил Тринити-колледж (колледж Святой Троицы).

Термоэлектрические и детекторные приборы применение принцип работы доклад
Доклад на тему нахлебничество
Личностная и социальная идентичность доклад
Сновидения вещие сны доклад
Диалекты брянской области доклад

Административная и педагогическая деятельность

Во время работы в качестве Кавендишского профессора — руководителя Кавендишской физической лаборатории в Кембридже, Томсон достиг успеха в создании уникальной экспериментальной школы. В это время до 40 исследователей одновременно работали под его руководством, включая достаточно часто профессоров американских и континентальных университетов. Как следствие, большое количество профессорских должностей в области физики в англоговорящих странах было в разное время занято его бывшими учениками.

Этому в большой степени содействовало то обстоятельство, что в период пребывания Томсона на должности Кавендишского профессора в Кембриджском университете появилась схема, которая позволяла выпускникам других университетов получить диплом Кембриджа путём исследовательской работы на протяжении двух лет. Эта схема не была разработана со специальным уклоном в науку в целом или в физику в частности, но особенно востребованной оказалась в стенах Кавендишской лаборатории. Публикации Томсона и, в частности, его «Recent researches in electricity and magnetism», опубликованные в 1893 году как дополнение к трактату Джеймса Клерка Максвелла, широко разнесли его славу, что привлекло много талантливых учёных из колониальных и иностранных университетов в Кавендишскую лабораторию. Среди них были Э. Резерфорд из Веллингтон-колледжа, Новая Зеландия, Дж. С. Таунсенд из Тринити-колледжа, Дублин, Дж. А. МакКлеллаланд из Университета Дублина, Дж. К. МакЛеннан из Торонто, П. Ланжевен из Парижа и несколько других. К тому же среди них были К. Т. Р. Вильсон, У. К. Д. Ветам (впоследствии Дампир) и другие, стажирующиеся в Кембридже.

Во время Первой мировой войны, в 1914—1918 годах, Томсон был в основном занят консультативной и комиссионной работой в Совете по изобретениям и исследованиям под руководством лорда Фишера, в котором он состоял. Эта работа и возможности, которые она давала ему для контакта с более широким, чем ранее, кругом коллег, была ему очень интересна.

Работу по привлечению новых исследователей он продолжил и на посту главы Тринити-колледжа, где и работал до конца жизни.

От электронов к ядрам

Томсону принадлежит колоссальная роль в формировании большой международной школы физиков. «Он не был блестящим лектором в прямом понимании этого слова, но его лекции впечатляли кристальной ясностью, с которой он давал объяснения, а также красотой и простотой лекционных демонстраций», — так писал о нем физик Макс Борн, который… сам был его учеником в 1907 и на своем примере почувствовал все обаяние его личности».

Основные вклады Томсона в науку

Открытие электрона

В 1897 году J.J. Томсон обнаружил новую частицу легче водорода, которая была крещена «электроном».

Водород считался единицей измерения атомного веса. До этого атом был наименьшим делением материи.

В этом смысле Томсон был первым, кто открыл отрицательно заряженные корпускулярные субатомные частицы..

Атомная модель Томсона

Атомная модель Томсона была структурой, которую английский физик приписал атомам. Для ученого атомы были сферой положительного заряда.

Там были погружены отрицательно заряженные электроны, равномерно распределенные по этому положительно заряженному облаку, нейтрализуя положительный заряд массы атома.

Эта новая модель заменяет модель, разработанную Далтоном, и позже она будет опровергнута Резерфордом, учеником Томсона в Кавендишских лабораториях Кембриджа..

Разделение атомов

Томсон использовал положительные или анодные лучи для разделения атомов разной массы. Этот метод позволил ему рассчитать электричество, переносимое каждым атомом, и количество молекул на кубический сантиметр..

Будучи способным делить атомы различной массы и заряда, физик обнаружил существование изотопов. Таким образом, благодаря изучению положительных лучей, он сделал большой шаг вперед в направлении масс-спектрометрии..

Открытие изотопов

Джей-Джей Томсон обнаружил, что ионы неона имеют разные массы, то есть разные атомные массы. Так Томсон показал, что у неона есть два подтипа изотопов: неон-20 и неон-22..

Изотопы, изученные по сей день, являются атомами одного и того же элемента, но их ядра имеют разные массовые числа, так как они состоят из разных количеств нейтронов в их центре.

Эксперименты с катодными лучами

Катодные лучи — это потоки электронов в вакуумных трубках, то есть стеклянные трубки с двумя электродами, один положительный и один отрицательный.

Когда отрицательный электрод, или также называемый катодом, нагревается, он излучает излучение, направленное к положительному электроду или аноду, по прямой линии, если на этом пути нет магнитного поля..

Если стенки стекла трубки покрыты люминесцентным материалом, попадание катодов в этот слой создает проекцию света.

Томсон изучил поведение катодных лучей и пришел к выводу, что лучи распространяются по прямой линии..

Также, что эти лучи могли отклоняться от их траектории присутствием магнита, то есть магнитного поля. Кроме того, лучи могли перемещать лопасти с силой массы циркулирующих электронов, демонстрируя тем самым, что электроны имели массу.

Джей-Джей Томсон экспериментировал с изменением газа внутри электронно-лучевой трубки, но поведение электронов не менялось. Также катодные лучи согревали предметы, попавшие между электродами.

В заключение Томсон показал, что катодные лучи оказывают световое, механическое, химическое и тепловое воздействие..

Катодно-лучевые трубки и их световые свойства были трансцендентными для более позднего изобретения лампового телевидения (CTR) и видеокамер..

Масс-спектрометр

Джей-Джей Томсон создал первый подход к масс-спектрометр. Этот инструмент позволил ученому изучить отношение массы к заряду электронно-лучевых трубок и измерить, насколько они отклоняются под воздействием магнитного поля и количества энергии, которую они несут..

В результате этого исследования он пришел к выводу, что катодные лучи состоят из отрицательно заряженных корпускул, которые находятся внутри атомов, таким образом, постулируя делимость атома и порождая фигуру электрона..

Аналогичным образом, достижения в области масс-спектрометрии продолжались до сегодняшнего дня, развиваясь различными способами для отделения электронов от атомов..

Кроме того, Томсон первым предложил первый волновод в 1893 году. Этот эксперимент состоял в распространении электромагнитных волн в контролируемой цилиндрической полости, который был впервые проведен в 1897 году лордом Рэлеем, еще одной Нобелевской премией по физике..

Волноводы будут широко использоваться в будущем, даже сегодня, для передачи данных и волоконной оптики..

Дилемма несоответствия

По мере накопления экспериментальных данных все отчетливее наблюдалось несоответствие данной теории. Томсон безуспешно пытался переделать свою модель, чтобы объяснить некоторые из основных спектральных линий, экспериментально выявленных для нескольких элементов.

В 1909 году Ганс Гейгер и Эрнест Марсден под кураторством профессора Эрнеста Резерфорда провели эксперименты с тонким листом золота, рассеивая альфа-частицы на золотой фольге. Данные оказались отличными от ожидаемых. В 1911 году Резерфорд после долгих размышлений опубликовал собственную концепцию, названную впоследствии моделью атома Резерфорда. Он предположил наличие очень маленького ядра с сильнейшим положительным зарядом в центре атомов золота, достаточного для удержания порядка ста электронов.

Украинцы – нация непобедимых и свободолюбивых людей

Русскоязычные украинцы будут защищать свою родную Украину и убивать русских военных пачками.

«…Не уважаемый лавров и песков, идите на#уй со своей «защитой». Русскоязычное население убивало и будет убивaть российских солдат на территории Украины.

Мы защищали и будем защищать свою землю. А вы со своим немытым «русским миром» идите на#уй с украинской земли.

К нашим словам присоединяются жители Мариуполя, Харькова, Чернигова, Херсона — жители других русскоязычных городов, которые вы, с*уки, ровняете с землей .

Вы можете попытаться всех нас убить, но никогда не поставите украинцев на колени».

Украинцы – нация непобедимых и свободолюбивых людей.

🔴 🔴 🔴 Украинофобам и путиноидам в этом сайте не место

Как вы можете призывать к антитерористической коалиции, если вы подстегиваете терроризм прямо под вашими дверьми? Как вы можете говорить о мире, легитимности, если ваша политика состоит в развязывании войны за счет марионеточных правительств? Как вы можете говорить о свободе народов, если вы наказываете соседа за его выбор? Как вы можете требовать уважения к себе, если вы никого не уважаете и вероломно искажаете ИСТОРИЮ? Варварские методы путина превзошли Третий Рейх Гитлера. Кровавый маньяк-палач путин с шизоаффективным расстройством, который уничтожает украинцев, призвал их «не допустить возрождения нацизма»… Варварская война россии против Украины еще раз подтвердила научные выводы академика Грушевского: украинцы автохтоны на своей земле и братьями с россиянами никогда не были. Война также напомнила, что предки рашистов на украинских землях всегда были чужаками, а их ордынские полчища – преступниками и мародерами. Орки-фашисты, как говорят в Одессе, слушайте сюда: Никогда мы не будем братьями ни по родине, ни по матери. Духа нет у вас быть свободными — нам не стать с вами даже сводными.