در سال 1897، فیزیکدان بریتانیایی جوزف جان تامسون (1856-1940) پس از یک سری آزمایشات با هدف مطالعه ماهیت یک تخلیه الکتریکی در خلاء، الکترون را کشف کرد. دانشمند معروف، انحراف پرتو صفحات باردار الکتریکی و آهن ربا را به عنوان شواهدی مبنی بر اینکه الکترون ها بسیار کوچکتر از اتم هستند، تفسیر کرد.
فیزیکدان و دانشمند بزرگ باید مهندس می شد
تامسون جوزف جان، دانشمند، فیزیکدان و مربی بزرگ، همانطور که پدرش فکر می کرد، قرار بود مهندس شود، اما در آن زمان خانواده امکاناتی برای پرداخت هزینه تحصیل نداشتند. در عوض، تامسون جوان در کالج مکستر و بعداً در کمبریج تحصیل کرد. در سال 1884 او به پست معتبر پروفسور فیزیک تجربی در کمبریج منصوب شد، اگرچه او شخصاً کارهای تجربی بسیار کمی انجام داد. او استعداد خود را در توسعه سخت افزار و تشخیص مشکلات مربوطه کشف کرد. تامسون جوزف جان معلم خوبی بود که به شاگردانش الهام می‌بخشید و می‌بخشیدتوجه قابل توجه به مشکل گسترده توسعه علم تدریس در دانشگاه و دبیرستان.
برنده جایزه نوبل
تامسون جوایز مختلفی از جمله جایزه نوبل فیزیک در سال 1906 را دریافت کرد. او همچنین از اینکه برخی از همکارانش جوایز نوبل خود را دریافت کردند، از جمله رادرفورد در رشته شیمی در سال 1908 بسیار لذت برد. تعدادی از دانشمندان مانند ویلیام پروت و نورمن لاکیر پیشنهاد کرده‌اند که اتم‌ها کوچک‌ترین ذرات در جهان نیستند و از واحدهای بنیادی‌تری ساخته شده‌اند.
کشف الکترون (به طور خلاصه)
در سال 1897، تامپسون پیشنهاد کرد که یکی از واحدهای اصلی 1000 برابر کوچکتر از یک اتم است، این ذره زیر اتمی به عنوان الکترون شناخته شد. این دانشمند از طریق تحقیقات خود در مورد خواص پرتوهای کاتدی به این موضوع پی برد. او جرم پرتوهای کاتدی را با اندازه گیری گرمای ایجاد شده هنگام برخورد پرتوهای انتقال حرارتی تخمین زد و آن را با انحراف مغناطیسی پرتو مقایسه کرد. آزمایشات او نه تنها نشان می دهد که پرتوهای کاتدی 1000 برابر سبک تر از اتم هیدروژن هستند، بلکه جرم آنها بدون توجه به نوع اتم یکسان است. این دانشمند به این نتیجه رسید که پرتوها از ذرات بسیار سبک و دارای بار منفی تشکیل شده اند که ماده ساختمانی جهانی برای اتم ها هستند. او این ذرات را "جسم" نامید، اما دانشمندان بعدی نام "الکترون" را ترجیح دادند، که توسط جورج جانستون استونی در سال 1891 پیشنهاد شد.
آزمایشات تامپسون
با مقایسه انحراف پرتوهای کاتدی با میدان های الکتریکی و مغناطیسی، فیزیکدان به اندازه گیری های مطمئن تری از بار و جرم الکترون دست یافت. آزمایش تامسون در داخل لوله های پرتو کاتدی ویژه انجام شد. در سال 1904، او این فرض را مطرح کرد که مدل اتم کره ای از ماده مثبت است که در آن موقعیت ذرات توسط نیروهای الکترواستاتیک تعیین می شود. برای توضیح بار کلی خنثی اتم، تامپسون پیشنهاد کرد که ذرات در یک میدان یکنواخت بار مثبت توزیع شده اند. کشف الکترون این باور را امکان پذیر کرد که اتم را می توان به بخش های کوچکتر تقسیم کرد و اولین گام برای ایجاد یک مدل دقیق از اتم بود.
تاریخچه کشف
جوزف جان تامسون به طور گسترده ای به عنوان کاشف الکترون شناخته می شود. پروفسور در بیشتر دوران کاری خود، روی جنبه های مختلف رسانش الکتریسیته از طریق گازها کار کرده است. در سال 1897 (سال کشف الکترون)، او به طور تجربی ثابت کرد که به اصطلاح پرتوهای کاتدی در واقع ذرات با بار منفی در حال حرکت هستند.
بسیاری از سؤالات جالب مستقیماً به روند افتتاح مربوط می شود. واضح است که تعیین مشخصات پرتوهای کاتدی قبل از تامسون بوده است و چندین دانشمند قبلاً کمک های مهمی کرده اند. پس آیا می‌توانیم با اطمینان بگوییم که این تامسون بود که اولین کسی بود که الکترون را کشف کرد؟ از این گذشته، او لوله خلاء یا وجود پرتوهای کاتدی را اختراع نکرد. کشف الکترون یک فرآیند کاملاً تجمعی است. اعتبار پیشگام کمک می کند مهم ترینمشارکت، خلاصه کردن و نظام مند کردن تمام تجربیات انباشته شده قبل از او.
لوله های پرتو کاتدی تامسون
کشف بزرگ الکترون با تجهیزات ویژه و تحت شرایط خاصی انجام شد. تامسون یک سری آزمایش را با استفاده از یک لوله پرتو کاتدی پیچیده انجام داد که شامل دو صفحه است که قرار بود پرتوهایی بین آنها حرکت کنند. مناقشه طولانی مدت در مورد ماهیت پرتوهای کاتدی، که هنگام عبور جریان الکتریکی از ظرفی که بیشتر هوا از آن تخلیه شده است، ایجاد می شود، به حالت تعلیق درآمده است.
این ظرف یک لوله اشعه کاتدی بود. تامسون با استفاده از روش بهبودیافته خلاء توانست استدلال قانع کننده ای ارائه دهد که این پرتوها بدون توجه به نوع گاز و نوع فلزی که به عنوان رسانا استفاده می شود از ذرات تشکیل شده اند. تامسون را به حق می توان مردی نامید که اتم را شکافت.
منزوی علمی؟ این در مورد تامسون نیست
فیزیکدان برجسته زمان خود به هیچ وجه منزوی علمی نبود، همانطور که اغلب در مورد دانشمندان برجسته فکر می شود. او رئیس اداری آزمایشگاه بسیار موفق کاوندیش بود. در آنجا بود که دانشمند با رز الیزابت پاژه که در سال 1890 با او ازدواج کرد ملاقات کرد.
تامسون نه تنها تعدادی از پروژه های تحقیقاتی را مدیریت کرد، بلکه با حمایت اندک دانشگاه و کالج ها، بودجه نوسازی تجهیزات آزمایشگاهی را نیز تامین کرد. با استعداد بودمعلم. افرادی که او از سال 1895 تا 1914 دور خود جمع کرد از سراسر جهان آمده بودند. برخی از آنها برنده هفت جایزه نوبل تحت او شدند.
هنگام کار با تامسون در آزمایشگاه کاوندیش در سال 1910 بود که ارنست رادرفورد تحقیقاتی را انجام داد که منجر به درک مدرن ساختار داخلی اتم شد.
تامسون تدریس خود را بسیار جدی می گرفت: او به طور منظم در کلاس های ابتدایی صبح ها سخنرانی می کرد و بعد از ظهر به دانش آموزان فارغ التحصیل علوم تدریس می کرد. دانشمند این دکترین را برای محقق مفید دانست، زیرا مستلزم بازنگری دوره‌ای در ایده‌های اساسی و در عین حال فرصتی برای امکان کشف چیز جدیدی است که قبلاً کسی به آن توجه نکرده بود. تاریخ کشف الکترون به وضوح این را تایید می کند. تامپسون بیشتر فعالیت علمی خود را به مطالعه عبور ذرات جریان باردار الکتریکی از گازهای کمیاب و فضای خلاء اختصاص داد. او به مطالعه کاتد و اشعه ایکس مشغول بود و کمک زیادی به مطالعه فیزیک اتمی کرد. علاوه بر این، تامسون همچنین تئوری حرکت الکترون در میدان های مغناطیسی و الکتریکی را توسعه داد.
