Odkrycie elektronu

ODKRYCIE ELEKTRONU

W XIX wieku większość naukowców uwierzyła w istnienie atomów. Było wiele dowodów popierających tą hipotezę. Jak pamiętamy słowo atom pochodzi od Greckiego słowa atomos oznaczającego niepodzielny. Czy jednak atomy Daltona i Mendelejewa są rzeczywiście niepodzielne i nie posiadają wewnętrznej struktury? Dziewiętnastowieczni naukowcy uważali, że jest tak rzeczywiście. Jednak już w 1896 roku okazało się, że jest zupełnie inaczej.

W roku 1838, Michael Faraday spróbował przepuścić prąd elektryczny przez szklaną rurę zawierającą rozrzedzone powietrze prąd elektryczny. W czasie doświadczenia zauważył dziwny łuk świetlny rozciągający się od anody (elektrody dodatniej) prawie do katody (elektrody ujemnej). Jedynym miejscem, w którym nie zaobserwował świecenia był obszar tuż przed katodą. Obszar ten został nazwany "ciemnią faradaya". Rozpoczął się długi i burzliwy okres badań nad zjawiskiem owego świecenia, któremu nadano nazwę promieni katodowych.

Promienie katodowe
Przez bardzo długi czas naukowcy nie mogli dojść do porozumienia co do natury owego zjawiska. Niektórzy uważali, że świecenie w rurze jest powodowane przez jakieś cząsteczki, inni, że promienie katodowe mają naturę falową. Spory trwały aż do 1896 roku.

Uczonym, który położył kres sporom był Anglik Joseph John Thomson. Wykorzystał on rurę z rozrzedzonym gazem służącą do wytwarzania promieni katodowych. Wprowadził jednak do niej kilka modyfikacji.
Promienie katodowe jak wiadomo emitowane są z katody w kierunku anody. Thomson zrobił w anodzie niewielki otwór, dzięki któremu część promieni katodowych uformowanych w wąską wiązkę wychodziła poza obszar elektrod. Wiązka ta następnie przechodziła przez długą rurę próżniową i padała na specjalny fluorescencyjny ekran umieszczony na jej końcu powodując w tym miejscu powstanie świecącej plamki. Thomson umieścił w rurze próżniowej dwie metalowe płyty podłączone do baterii. Między tymi płytami mogło być wytwarzane napięcie elektryczne. Właśnie pomiędzy płytami przebiegała wiązka promieni katodowych, tak że kierunek pola był do niej prostopadły. Po wytworzeniu pola elektrycznego okazało się, że wiązka ulega ugięciu - jej obraz na ekranie zmienia swoje położenie. Był to ostateczny dowód na to, że promienie katodowe składają się z cząstek obdarzonych ładunkiem elektrycznym. Tylko w takim przypadku wystąpi ugięcie w obecności pola elektrycznego. Kierunek ugięcia wiązki wskazuje jakim ładunkiem obdarzone są cząsteczki wchodzące w jej skład. Okazało się, że jest to ładunek ujemny.

Teraz Thomson postanowił zmierzyć prędkość cząsteczek promieni katodowych. W tym celu posłużył się oprócz pola elektrycznego polem magnetycznym. Wiadomo, że cząsteczki naładowane ulegają w polu magnetycznym odchyleniu. Odchylenie to jest zależne od ich prędkości. Jeżeli teraz dobierzemy pole magnetyczne i elektryczne tak aby ich działania na cząsteczki wzajemnie się niwelowały, to znając natężenie obu pól można obliczyć prędkość cząsteczek promieni katodowych. Tak właśnie postąpił Thomson.
Ostatecznie znając prędkość cząsteczek promieni katodowych i ich ugięcie w polu magnetycznym, stosując równania dynamiki Newtona można obliczyć stosunek ładunku do masy q/m. Thomson otrzymał tą wartość w przybliżeniu równą około q/m = 1*10¹¹ kulombów na kilogram.
Delphi 4 ActiveX
You should see your Delphi 4 forms or controls embedded in the form below.

Naukowiec przeprowadził również drugie doświadczenie, w którym wyznaczył q/m. Eksperyment ten polegał na puszczeniu wiązki promieni katodowych na specjalny kolektor. Thomson założył, że cząsteczki zderzając się z kolektorem, przylepiają się przekazując mu swój ładunek i energię. Ładunek pojawiający się na kolektorze Thomson mógł zmierzyć stosując bardzo czuły elektroskop. Energia kinetyczna (związana z ruchem) cząsteczek absorbowanych przez kolektor była zamieniana na energię cieplną podgrzewającą go. Energia mogła więc być zmierzona za pomocą bardzo czułego przyrządu do mierzenia temperatury - termopary. Znając temperaturę, przekazany ładunek i obliczoną wcześniej prędkość, stosując proste wzory Thomson mógł wyznaczyć stosunek ładunku do masy cząsteczek promieni katodowych.

Również i w tym przypadku wyniósł on około 1*10¹¹kulombów na kilogram. Thomson wiedział również, że stosunek ładunku do masy dla jonu wodoru (najlżejszego ze wszystkich pierwiastków) jest powyżej tysiąca razy mniejszy niż obliczone q/m dla cząsteczek promieni katodowych. Tak więc cząsteczki te mają albo znacznie większy ładunek niż jon wodoru albo znacznie mniejszą od niego masę. Thomson uważał, że chodzi tu właśnie o masę. I jak pokazały późniejsze badania nie pomylił się.

W 1897 roku Joseph John Thomson ogłasza wyniki swoich prac. Wkrótce nowa cząsteczka zostaje nazwana elektronem. W 1898 roku Thomson publikuje pracę, w której stwierdza, iż elektrony są składnikami wszystkich atomów, a promienie katodowe to elektrony, które oddzieliły się od atomów. Pogląd, że atom jest niepodzielny upadł. Niepodzielność okazała się podzielna. Została odkryta pierwsza cząstka elementarna. Pozostał jednak jeszcze jeden problem - wyznaczenie masy i ładunku elektronu.

ZAPAMIĘTAJ:

W 1896 roku Joseph John Thomson odkrył elektron.

Elektron jest cząstką elementarną - niepodzielną.

Elektron jest jednym ze składników atomów wszystkich pierwiastków.

Elektron przenosi pewien ładunek ujemny.

Wiązka elektronów ulega odchyleniu zarówno w polu elektrycznym, jak i magnetycznym.

Thomson zmierzył stosunek ładunku do masy elektronu (q/m).

pasek

CZYM JEST ŁADUNEK ELEMENTARNY?

pasek

	W 1896 roku Joseph John Thomson odkrył elektron.
	Elektron jest cząstką elementarną - niepodzielną.
	Elektron jest jednym ze składników atomów wszystkich pierwiastków.
	Elektron przenosi pewien ładunek ujemny.
	Wiązka elektronów ulega odchyleniu zarówno w polu elektrycznym, jak i magnetycznym.
	Thomson zmierzył stosunek ładunku do masy elektronu (q/m).