Năm 1897, nhà vật lý người Anh Joseph John Thomson (1856-1940) đã phát hiện ra electron sau một loạt các thí nghiệm nhằm nghiên cứu bản chất của sự phóng điện trong chân không. Nhà khoa học nổi tiếng đã giải thích sự lệch chùm tia của các tấm nhiễm điện và nam châm là bằng chứng cho thấy các điện tử nhỏ hơn nhiều so với nguyên tử.
Nhà vật lý và nhà khoa học vĩ đại lẽ ra phải trở thành một kỹ sư
Thomson Joseph John, một nhà khoa học, nhà vật lý và người cố vấn vĩ đại, đã trở thành một kỹ sư, như cha anh nghĩ, nhưng vào thời điểm đó gia đình không có đủ tiền để học. Thay vào đó, cô gái trẻ Thomson theo học đại học tại Macester và sau đó là tại Cambridge. Năm 1884, ông được bổ nhiệm vào vị trí danh giá của Giáo sư Vật lý Thực nghiệm tại Cambridge, mặc dù cá nhân ông thực hiện rất ít công việc thực nghiệm. Anh ấy đã phát hiện ra tài năng của mình trong việc phát triển phần cứng và chẩn đoán các vấn đề liên quan. Thomson Joseph John là một giáo viên giỏi, truyền cảm hứng cho học sinh của mình và cống hiếnchú ý đáng kể đến vấn đề rộng lớn của việc phát triển khoa học giảng dạy ở trường đại học và trung học.
Người đoạt giải Nobel
Thomson đã nhận được nhiều giải thưởng khác nhau, bao gồm cả giải Nobel Vật lý năm 1906. Ông cũng rất vui khi thấy một số cộng sự của mình nhận giải Nobel, trong đó có Rutherford về hóa học năm 1908. Một số nhà khoa học như William Prout và Norman Lockyer đã gợi ý rằng nguyên tử không phải là những hạt nhỏ nhất trong vũ trụ và chúng được xây dựng từ những đơn vị cơ bản hơn.
Khám phá về electron (ngắn gọn)
Năm 1897, Thompson đề xuất rằng một trong những đơn vị cơ bản nhỏ hơn nguyên tử 1.000 lần, hạt hạ nguyên tử này được gọi là electron. Nhà khoa học đã phát hiện ra điều này thông qua nghiên cứu của mình về các đặc tính của tia âm cực. Ông ước tính khối lượng của các tia âm cực bằng cách đo nhiệt sinh ra khi các tia chuyển tiếp nhiệt chạm vào và so sánh nó với độ lệch từ của chùm tia. Các thí nghiệm của ông không chỉ cho thấy tia âm cực nhẹ hơn 1000 lần so với nguyên tử hydro, mà còn cho thấy khối lượng của chúng giống nhau bất kể loại nguyên tử nào. Nhà khoa học đã đưa ra kết luận rằng các tia được cấu tạo bởi các hạt rất nhẹ, mang điện tích âm, là vật liệu xây dựng phổ quát cho nguyên tử. Ông gọi những hạt này là "tiểu thể", nhưng các nhà khoa học sau này thích đặt tên "electron" hơn, do George Johnston Stoney đề xuất vào năm 1891.
Thử nghiệm của Thompson
So sánh độ lệch của chùm tia âm cực với điện trường và từ trường, nhà vật lý thu được các phép đo đáng tin cậy hơn về điện tích và khối lượng của electron. Thí nghiệm của Thomson được thực hiện bên trong các ống tia âm cực đặc biệt. Năm 1904, ông đưa ra giả thuyết rằng mô hình của nguyên tử là một quả cầu vật chất dương, trong đó vị trí của các hạt được xác định bởi lực tĩnh điện. Để giải thích điện tích trung hòa nói chung của nguyên tử, Thompson đề xuất rằng các tiểu thể được phân bố trong một trường điện tích dương đồng nhất. Việc phát hiện ra electron khiến người ta tin rằng nguyên tử có thể được chia thành những phần nhỏ hơn nữa, và là bước đầu tiên hướng tới việc tạo ra một mô hình chi tiết của nguyên tử.
Lịch sử khám phá
Joseph John Thomson được biết đến rộng rãi với tư cách là người phát hiện ra electron. Trong phần lớn sự nghiệp của mình, giáo sư đã nghiên cứu về các khía cạnh khác nhau của quá trình dẫn điện qua chất khí. Năm 1897 (năm phát hiện ra electron), ông đã thực nghiệm chứng minh rằng cái gọi là tia âm cực thực sự là các hạt mang điện tích âm chuyển động.
Nhiều câu hỏi thú vị liên quan trực tiếp đến quá trình khai giảng. Rõ ràng là đặc điểm của tia âm cực có trước Thomson, và một số nhà khoa học đã có những đóng góp quan trọng. Sau đó chúng ta có thể nói một cách chắc chắn rằng Thomson là người đầu tiên phát hiện ra electron không? Rốt cuộc, ông không phát minh ra ống chân không hay sự hiện diện của tia âm cực. Việc phát hiện ra electron là một quá trình tích lũy thuần túy. Người tiên phong được tín nhiệm đóng góp quan trọng nhấtđóng góp, đúc kết và hệ thống hóa tất cả những kinh nghiệm tích lũy được trước anh.
Ống tia âm cực Thomson
Khám phá vĩ đại về electron được thực hiện bằng thiết bị đặc biệt và trong những điều kiện nhất định. Thomson đã tiến hành một loạt thí nghiệm bằng cách sử dụng một ống tia âm cực phức tạp, bao gồm hai tấm, các chùm tia được cho là truyền giữa chúng. Cuộc tranh cãi lâu dài liên quan đến bản chất của tia âm cực, phát sinh khi dòng điện chạy qua một bình mà từ đó phần lớn không khí đã được hút hết, đã bị đình chỉ.
Bình này là một ống tia âm cực. Sử dụng một phương pháp chân không cải tiến, Thomson đã có thể đưa ra một lập luận thuyết phục rằng những chùm tia này được cấu tạo từ các hạt, không phụ thuộc vào loại khí và loại kim loại được sử dụng làm chất dẫn điện. Thomson có thể được gọi một cách chính xác là người đã phân tách nguyên tử.
Ẩn dật khoa học? Đây không phải là về Thomson
Nhà vật lý kiệt xuất trong thời đại của ông hoàn toàn không phải là một người sống ẩn dật trong khoa học, như người ta thường nghĩ về các nhà khoa học lỗi lạc. Ông là người đứng đầu hành chính của Phòng thí nghiệm Cavendish rất thành công. Tại đó, nhà khoa học đã gặp Rose Elizabeth Paget, người mà ông kết hôn vào năm 1890.
Thomson không chỉ quản lý một số dự án nghiên cứu, ông còn tài trợ cho việc cải tạo các cơ sở thí nghiệm với sự hỗ trợ ít ỏi từ các trường đại học và cao đẳng. Nó là tài năngcô giáo. Những người anh ấy tập hợp xung quanh anh ấy từ năm 1895 đến năm 1914 đến từ khắp nơi trên thế giới. Một số người trong số họ đã giành được bảy giải Nobel dưới thời ông.
Trong khi làm việc với Thomson tại Phòng thí nghiệm Cavendish vào năm 1910, Ernest Rutherford đã tiến hành nghiên cứu dẫn đến sự hiểu biết hiện đại về cấu trúc bên trong của nguyên tử.
Thomson rất coi trọng việc giảng dạy của mình: anh ấy thường xuyên giảng dạy các lớp tiểu học vào buổi sáng và giảng dạy khoa học cho các sinh viên sau đại học vào buổi chiều. Nhà khoa học coi học thuyết này là hữu ích cho nhà nghiên cứu, vì nó đòi hỏi phải sửa đổi định kỳ những ý tưởng cơ bản, đồng thời để lại chỗ trống cho khả năng khám phá ra những điều mới mẻ mà trước đây chưa ai chú ý đến. Lịch sử phát hiện ra electron đã xác nhận rõ ràng điều này. Thompson đã dành phần lớn hoạt động khoa học của mình cho việc nghiên cứu sự di chuyển của các hạt dòng điện qua khí hiếm và không gian chân không. Ông đã tham gia vào việc nghiên cứu cathode và tia X và có đóng góp to lớn trong việc nghiên cứu vật lý nguyên tử. Ngoài ra, Thomson cũng phát triển lý thuyết về chuyển động của electron trong từ trường và điện trường.
