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DESCOBERTAS CIENTÍFICAS MAIS IMPORTANTES
Elétron. História e essência da descoberta científica
Diretório / As descobertas científicas mais importantes Ideias claras e precisas sobre a estrutura atômica da eletricidade apareceram em W. Weber, que ele desenvolveu em uma série de trabalhos, a partir de 1862: "Com a distribuição geral da eletricidade, pode-se supor que um átomo elétrico está associado a cada átomo pesado". Em conexão com isso, ele desenvolve pontos de vista sobre a condutividade da corrente em metais, que diferem dos eletrônicos apenas por considerar que os átomos de eletricidade positivos são móveis. Ele também expressou a ideia de uma interpretação molecular do calor Joule-Lenz: "A força viva de todas as correntes moleculares contidas no condutor aumenta com a passagem da corrente na proporção da resistência e na proporção do quadrado da intensidade da corrente." Essas e outras declarações semelhantes de Weber deram origem a A.I. Bachinsky para chamar Weber de um dos criadores da teoria eletrônica, e O.D. Khvol'son para colocar seu nome no parágrafo de abertura do capítulo sobre a teoria eletrônica da condução de metais. Mas deve-se notar que Weber ainda não liga seu "átomo elétrico" aos fatos específicos da eletrólise. Esta conexão foi estabelecida pela primeira vez Maxwell no primeiro volume de seu Tratado. Mas Maxwell não desenvolveu essa ideia importante. Pelo contrário, ele argumentou que a ideia de uma carga molecular não sobreviveria na ciência. Em 1874, o físico irlandês Stoney, em reunião da Associação Britânica, chamou a atenção para a existência na natureza de três "unidades naturais": a velocidade da luz, a constante gravitacional e a carga do "átomo elétrico". Sobre esta última unidade, disse: "Finalmente, a natureza nos dotou nos fenômenos da eletrólise com uma quantidade bem definida de eletricidade, independente dos corpos com os quais está conectada." Stoney estimou essa carga dividindo a quantidade de eletricidade liberada durante a decomposição de um centímetro cúbico de hidrogênio pelo número de seus átomos de acordo com os dados de então, e recebeu um valor da ordem de 10 elevado à vigésima potência de unidades eletromagnéticas. Stoney propôs chamar esse átomo elétrico de "elétron". anos abril 5 1881 Helmholtz em seu famoso discurso, ele declarou: "Se admitirmos a existência de átomos químicos, então somos forçados a concluir ainda que a eletricidade, tanto positiva quanto negativa, também é dividida em certas quantidades elementares, que desempenham o papel de átomos de eletricidade ." Em 1869, Gittorff, tendo obtido um vácuo com grau de rarefação abaixo de um milímetro em um tubo de descarga, notou que o espaço catódico escuro se espalha rapidamente por todo o tubo, como resultado, as paredes do tubo começam a fluorescer fortemente. Ele notou que o brilho do tubo é deslocado sob a influência de um ímã. Dez anos após as observações de Hittorf, surgiram os trabalhos de V. Crookes. De acordo com as suposições de Crookes, uma partícula de matéria radiante é ejetada dos eletrodos a uma velocidade enorme. O espaço catódico escuro é um espaço no qual moléculas negativas de gás se movem livremente, voando do cátodo e detidas em sua fronteira por moléculas positivas que se aproximam. No entanto, os físicos alemães não aceitaram o ponto de vista de Crookes. E. Goldstein mostrou em 1880 que identificar as dimensões do espaço catódico escuro com o caminho livre médio é incorreto. Ele mostrou que os raios catódicos não terminam no limite da camada escura; em alta rarefação eles também penetram no espaço luminoso do ânodo. O cientista austríaco V.F. Gintl, no mesmo ano, levantou a hipótese de que os raios catódicos são um fluxo de partículas metálicas puxadas para fora do cátodo por uma corrente elétrica, que se move em linha reta. Este ponto de vista foi apoiado e desenvolvido por Pulua. No mesmo ano de 1880, E. Wiedemann identificou raios catódicos com vibrações etéreas de comprimento de onda tão curto. Em sua opinião, não produzem efeito luminoso; no entanto, caindo sobre a matéria pesada, eles diminuem a velocidade e se transformam em luz visível. Os experimentos de Lenard desempenharam um papel decisivo no fortalecimento da teoria das ondas etéreas dos raios catódicos. Ele provou de forma convincente que os raios catódicos podem ir para fora mantendo o vácuo no tubo, ou seja, esses raios não podem ser partículas de gás, como Crookes sugeriu. Mas isto não é o suficiente. Os raios catódicos no ar produzem um efeito luminoso e fotográfico. Lenard conseguiu entrar no córrego ele divulgou uma fotografia de um objeto lacrado em uma caixa de alumínio hermeticamente lacrada com paredes finas. Observando a deflexão do feixe emitido por um ímã, ele descobriu que essa deflexão não depende do tipo de gás e, o mais importante, que permanece uma parte dos raios que não são desviados pelo ímã. Lenard foi o primeiro físico a observar a ação dos raios X e até recebeu o primeiro raio X. Mas ele não conseguiu entender completamente sua descoberta e a caracterizou como prova da natureza ondulatória dos raios catódicos. Seu experimento foi repleto de grandes oportunidades que o cientista não usou. A teoria de Wiedemann-Hertz-Lenard foi muito abalada em 1895 pela experiência de Perrin (1870-1942), que tentou detectar a carga dos raios catódicos. Para isso, colocou um cilindro de Faraday no tubo de descarga contra o cátodo, conectado a um eletrômetro. Durante a passagem da descarga, o cilindro foi carregado negativamente. A partir disso, Perrin concluiu que "a transferência de cargas negativas é inseparável dos raios catódicos". Perrin estabeleceu a transferência de carga por raios catódicos com certeza e acreditava que esse fato é difícil de conciliar com a teoria das vibrações, embora concorda muito bem com a teoria da exaustão. Portanto, ele acreditava que "se a teoria da expiração pode refutar todas as objeções que levantou, deve ser reconhecida como realmente adequada". No entanto, para refutar todas as objeções, foi necessário mudar radicalmente as visões sobre a estrutura da matéria e permitir a existência de partículas de átomos menores na natureza. O físico inglês Joseph Thomson (1856-1940) entrou para a história da ciência como o homem que descobriu o elétron. Certa vez ele disse: "As descobertas se devem à nitidez e poder de observação, intuição, entusiasmo inabalável até a resolução final de todas as contradições que acompanham o trabalho pioneiro". Joseph John Thomson nasceu em Manchester. Aqui, em Manchester, graduou-se no Owens College, e em 1876-1880 estudou na Universidade de Cambridge no famoso Trinity College (Trinity College). Em janeiro de 1880, Thomson passou com sucesso nos exames finais e começou a trabalhar no Laboratório Cavendish. Seu primeiro artigo, publicado em 1880, foi dedicado à teoria eletromagnética da luz. No ano seguinte, dois artigos apareceram, um dos quais lançou as bases para a teoria eletromagnética da massa. Thomson era obcecado por física experimental. Obcecado no melhor sentido da palavra. As realizações científicas de Thomson foram muito apreciadas por Rayleigh, diretor do laboratório Cavendish. Deixando em 1884 como diretor, ele não hesitou em recomendar Thomson como seu sucessor. De 1884 a 1919, Thomson dirigiu o laboratório Cavendish. Durante este tempo tornou-se um importante centro de física mundial, uma escola internacional de físicos. Aqui eles começaram sua jornada científica Rutherford, Bohr, Langevin e muitos outros, incluindo cientistas russos. O programa de pesquisa de Thomson era amplo: questões sobre a passagem da corrente elétrica através dos gases, a teoria eletrônica dos metais, pesquisas sobre a natureza de vários tipos de raios... Retomando o estudo dos raios catódicos, Thomson decidiu em primeiro lugar verificar se seus predecessores, que haviam conseguido a deflexão dos raios por campos elétricos, haviam realizado os experimentos com suficiente cuidado. Ele concebe um experimento repetido, projeta equipamentos especiais para ele, monitora a precisão da execução da ordem e o resultado esperado é óbvio. No tubo projetado por Thomson, os raios catódicos atraíam obedientemente a placa positivamente carregada e claramente repeliam a negativa. Ou seja, eles se comportaram como deveria ser para um fluxo de minúsculos corpúsculos em movimento rápido carregados de eletricidade negativa. Excelente resultado! Ele certamente poderia pôr fim a todas as disputas sobre a natureza dos raios catódicos. Mas Thomson não considerou sua pesquisa completa. Tendo determinado qualitativamente a natureza dos raios, ele quis dar uma definição quantitativa exata dos corpúsculos que os compõem. Inspirado pelo primeiro sucesso, ele projetou um novo tubo: um cátodo, eletrodos aceleradores em forma de anéis e placas, aos quais uma tensão defletora poderia ser aplicada. Na parede oposta ao cátodo, ele depositou uma fina camada de uma substância capaz de brilhar sob o impacto de partículas incidentes. Acabou sendo o ancestral dos tubos de raios catódicos, tão familiares para nós na era das televisões e radares. O objetivo do experimento de Thomson era desviar um monte de corpúsculos com um campo elétrico e compensar essa deflexão com um campo magnético. As conclusões a que ele chegou como resultado do experimento foram surpreendentes. Primeiro, descobriu-se que as partículas voam no tubo com enormes velocidades próximas à velocidade da luz. E em segundo lugar, a carga elétrica por unidade de massa dos corpúsculos era fantasticamente grande. Que tipo de partículas eram essas: átomos desconhecidos carregando enormes cargas elétricas, ou partículas minúsculas com massa desprezível, mas com uma carga menor? Além disso, ele descobriu que a razão de carga específica para unidade de massa é um valor constante, independente da velocidade da partícula, ou do material do cátodo, ou da natureza do gás no qual a descarga ocorre. Tal independência era alarmante. Parece que os corpúsculos eram uma espécie de partículas universais de matéria, partes constituintes dos átomos. “Depois de uma longa discussão sobre experimentos”, escreve Thompson em suas memórias, “verificou-se que não pude evitar as seguintes conclusões: 1. Que os átomos não são indivisíveis, pois partículas carregadas negativamente podem ser arrancadas deles sob a influência de forças elétricas, o impacto de partículas em movimento rápido, luz ultravioleta ou calor. 2. Que essas partículas são todas da mesma massa, carregam a mesma carga de eletricidade negativa, seja qual for o tipo de átomos de onde vêm, e são componentes de todos os átomos. 3. A massa dessas partículas é menor que um milésimo da massa de um átomo de hidrogênio. Eu primeiro chamei essas partículas de corpúsculos, mas agora elas são chamadas pelo nome mais apropriado de "elétron". Thomson começou a fazer os cálculos. Em primeiro lugar, era necessário determinar os parâmetros dos corpúsculos misteriosos, e então, talvez, fosse possível decidir o que eram. Os resultados dos cálculos mostraram: não há dúvida de que as partículas desconhecidas nada mais são do que as menores cargas elétricas - átomos indivisíveis de eletricidade, ou elétrons. Em 29 de abril de 1897, na sala onde aconteciam as reuniões da Royal Society de Londres há mais de duzentos anos, ocorreu sua reportagem. Os ouvintes ficaram maravilhados. A alegria dos presentes não foi de forma alguma explicada pelo fato de o colega J. J. Thomson ter revelado de forma tão convincente a verdadeira natureza dos raios catódicos. A situação era muito mais grave. Os átomos, os principais blocos de construção da matéria, deixaram de ser grãos redondos elementares, impenetráveis e indivisíveis, partículas sem qualquer estrutura interna... Se corpúsculos carregados negativamente pudessem voar para fora deles, então os átomos deveriam ser algum tipo de sistema complexo, um sistema que consiste em algo carregado com eletricidade positiva e em corpúsculos carregados negativamente - elétrons. Agora, as direções mais distantes e mais necessárias de pesquisas futuras tornaram-se visíveis. Antes de tudo, é claro, era necessário determinar exatamente a carga e a massa de um elétron. Isso tornaria possível esclarecer as massas dos átomos de todos os elementos, calcular as massas das moléculas e dar recomendações para a preparação correta das reações. Em 1903, no mesmo laboratório Cavendish na Thomson's, G. Wilson fez uma importante mudança no método de Thomson. Em um vaso em que se realiza uma rápida expansão adiabática do ar ionizado, são colocadas placas de capacitores entre as quais pode ser criado um campo elétrico e pode-se observar a queda da nuvem, tanto na presença de um campo quanto na sua ausência. . As medições de Wilson deram um valor para a carga de um elétron como 3,1 vezes 10 elevado à décima potência de abs. o email unidades O método de Wilson foi usado por muitos pesquisadores, incluindo os estudantes da Universidade de São Petersburgo Malikov e Alekseev, que encontraram a carga igual a 4,5 vezes 10 elevado à décima potência de abs. o email unidades Este foi o resultado mais próximo do verdadeiro valor obtido antes de Millikan começar a medir com gotas individuais em 1909. Assim, o elétron foi descoberto e medido - uma partícula universal de átomos, a primeira das chamadas "partículas elementares" descobertas pelos físicos. Essa descoberta possibilitou aos físicos, em primeiro lugar, levantar a questão de estudar as propriedades elétricas, magnéticas e ópticas da matéria de uma nova maneira. Autor: Samin D. K.
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