Herr Joseph John "J. J." Thomson, OM, FRS (am 18. Dezember 1856 - am 30. August 1940) war ein britischer Hofdichter von Physiker und Nobel. Ihm wird das Entdecken von Elektronen und Isotopen und Erfindung des Massenspektrometers zugeschrieben. Thomson wurde dem 1906-Nobelpreis in der Physik für die Entdeckung des Elektrons und für seine Arbeit an der Leitung der Elektrizität in Benzin zuerkannt.

Lebensbeschreibung

Joseph John Thomson ist 1856 im Cheetham Hügel, Manchester, England geboren gewesen. Seine Mutter, Emma Swindells, ist aus einer lokalen Textilfamilie gekommen. Sein Vater, Joseph James Thomson, hat ein Antiquariat geführt, das von einem Urgroßvater von Schottland (folglich die schottische Rechtschreibung seines Nachnamens) gegründet ist. Er hatte einen Bruder zwei Jahre, die jünger sind als er, Frederick Vernon Thomson.

Seine frühe Ausbildung hat in kleinen Privatschulen stattgefunden, wo er großes Talent und Interesse an der Wissenschaft demonstriert hat. 1870 wurde er auf die Universität von Owens eingelassen. Nur 14 Jahre alt zurzeit seiend, war er ungewöhnlich jung. Seine Eltern haben geplant, ihn als ein Lehrling-Ingenieur zu Sharp-Stewart & Co., ein Lokomotive-Hersteller einzuschreiben, aber diese Pläne wurden unterbrochen, als sein Vater 1873 gestorben ist. Er ist zur Dreieinigkeitsuniversität, Cambridge 1876 weitergegangen. 1880 hat er seinen BA in der Mathematik (Der zweite Zänker und der Preis von 2. Smith) und Magister artium (mit dem Preis von Adams) 1883 erhalten. 1884 ist er Professor von Cavendish der Physik geworden. Einer seiner Studenten war Ernest Rutherford, der ihm später im Posten nachfolgen würde. 1890 hat er Rose Elisabeth Paget, Tochter von Herrn George Edward Paget, KCB, einem Arzt und dann Regius Professor der Arznei an Cambridge geheiratet. Er hatte einen Sohn, George Paget Thomson, und eine Tochter, Joan Paget Thomson, mit ihr. Einer der größten Beiträge von Thomson zur modernen Wissenschaft war in seiner Rolle als ein hoch begabter Lehrer, weil sieben seiner Forschungshelfer und seines oben erwähnten Sohnes Nobelpreise in der Physik gewonnen haben. Sein Sohn hat den Nobelpreis 1937 gewonnen, für die wellemäßigen Eigenschaften von Elektronen zu beweisen.

Er wurde einem Nobelpreis 1906, "als Anerkennung für die großen Verdienste seiner theoretischen und experimentellen Untersuchungen auf der Leitung der Elektrizität durch Benzin zuerkannt." Er wurde 1908 geadelt und zur Ordnung des Verdiensts 1912 ernannt. 1914 hat er den Romanes-Vortrag in Oxford auf "Der Atomtheorie" gegeben. 1918 ist er Master der Dreieinigkeitsuniversität, Cambridges geworden, wo er bis zu seinem Tod geblieben ist. Er ist am 30. August 1940 gestorben und wurde in Westminster Abtei in der Nähe von Herrn Isaac Newton begraben.

Thomson wurde zu einem Gefährten der Königlichen Gesellschaft am 12. Juni 1884 gewählt und war nachher Präsident der Königlichen Gesellschaft von 1915 bis 1920.

Karriere

Entdeckung des Elektrons

Mehrere Wissenschaftler, wie William Prout und Norman Lockyer, hatten vorgeschlagen, dass Atome von einer grundsätzlicheren Einheit aufgebaut wurden, aber sie haben sich diese Einheit vorgestellt, um die Größe des kleinsten Atoms, Wasserstoffs zu sein. Thomson 1897 war erst, um darauf hinzuweisen, dass die grundsätzliche Einheit mehr als 1000mal kleiner war als ein Atom, die subatomaren als Elektronen jetzt bekannten Partikeln andeutend. Thomson hat das durch seine Erforschungen auf den Eigenschaften von Kathode-Strahlen entdeckt. Thomson hat seinen Vorschlag am 30. April 1897 im Anschluss an seine Entdeckung gemacht, dass Strahlen von Lenard viel weiter durch Luft reisen konnten als erwartet für eine atom-große Partikel. Er hat die Masse von Kathode-Strahlen geschätzt, indem er die erzeugte Hitze gemessen hat, wenn die Strahlen einen Thermalverbindungspunkt und das Vergleichen davon mit der magnetischen Ablenkung der Strahlen schlagen. Seine Experimente haben nicht nur darauf hingewiesen, dass Kathode-Strahlen mehr als 1000mal leichter waren als das Wasserstoffatom, sondern auch dass ihre Masse der derselbe was für der Typ des Atoms war, sind sie hergekommen. Er hat beschlossen, dass die Strahlen aus sehr leichten, negativ beladenen Partikeln zusammengesetzt wurden, die ein universaler Baustein von Atomen waren. Er hat die Partikeln "Körperchen" genannt, aber später haben Wissenschaftler das Namenelektron bevorzugt, das von George Johnstone Stoney 1894 vor der wirklichen Entdeckung von Thomson angedeutet worden war.

Im April 1897 hatte Thomson nur frühe Anzeigen, dass die Kathode-Strahlen elektrisch abgelenkt werden konnten (vorherige Ermittlungsbeamte wie Heinrich Hertz hatten gedacht, dass sie nicht sein konnten). Einen Monat nach der Ansage von Thomson des Körperchens hat er gefunden, dass er die Strahlen zuverlässig durch elektrische Felder ablenken konnte, wenn er die Entladungstuben zum sehr niedrigen Druck ausgeleert hat. Indem er die Ablenkung eines Balkens von Kathode-Strahlen durch elektrische und magnetische Felder verglichen hat, ist er dann im Stande gewesen zu veranlassen, dass robustere Maße der Masse Verhältnis beladen haben, das seine vorherigen Schätzungen bestätigt hat. Das ist die klassischen Mittel geworden, die Anklage und Masse des Elektrons zu messen.

Thomson hat geglaubt, dass die Körperchen aus den Atomen des Spur-Benzins innerhalb seiner Kathode-Strahl-Tuben erschienen sind. Er hat so beschlossen, dass Atome teilbar waren, und dass die Körperchen ihre Bausteine waren. Um die gesamte neutrale Anklage des Atoms zu erklären, hat er vorgeschlagen, dass die Körperchen in einem gleichförmigen Meer der positiven Anklage verteilt wurden; das war das "Pflaume Pudding" Modell — die Elektronen wurden in der positiven Anklage wie Pflaumen in einem Pflaume-Pudding eingebettet (obwohl im Modell von Thomson sie nicht stationär waren, aber schnell umkreisend).

Isotope und Massenspektrometrie

1912, als ein Teil seiner Erforschung in die Zusammensetzung von Kanal-Strahlen haben Thomson und sein Forschungshelfer F. W. Aston einen Strom von ionisiertem Neon durch einen magnetischen und ein elektrisches Feld geleitet und haben seine Ablenkung gemessen, indem sie einen fotografischen Teller in seinen Pfad gelegt haben. Sie haben zwei Flecke des Lichtes auf den fotografischen Teller beobachtet (sieh Image auf dem Recht), der zwei verschiedene Parabeln der Ablenkung angedeutet hat und beschlossen hat, dass Neon aus Atomen von zwei verschiedenen Atommassen (Neon 20 und Neon 22) das heißt zwei Isotope zusammengesetzt wird. Das war die ersten Beweise für Isotope eines stabilen Elements; Frederick Soddy hatte vorher die Existenz von Isotopen vorgeschlagen, um den Zerfall von bestimmten radioaktiven Elementen zu erklären.

Die Trennung von JJ Thomson von Neonisotopen durch ihre Masse war das erste Beispiel der Massenspektrometrie, die nachher verbessert wurde und sich in eine allgemeine Methode durch F. W. Aston und durch A. J. Dempster entwickelt hat.

Andere Arbeit

1905 hat Thomson die natürliche Radioaktivität des Kaliums entdeckt.

1906 hat Thomson demonstriert, dass Wasserstoff nur ein einzelne Elektron pro Atom hatte. Vorherige Theorien haben verschiedene Zahlen von Elektronen erlaubt.

Experimente mit Kathode-Strahlen

Früher haben Physiker debattiert, ob Kathode-Strahlen wie Licht ("etwas Prozess im Narkoseäther") immateriell waren oder Masse hatten und aus Partikeln zusammengesetzt wurden. Die aetherial Hypothese war vage, aber die Partikel-Hypothese war für Thomson bestimmt genug, um zu prüfen.

Experimente auf der magnetischen Ablenkung von Kathode-Strahlen

Thomson hat zuerst die magnetische Ablenkung von Kathode-Strahlen untersucht. Kathode-Strahlen wurden in der Seitentube auf dem verlassenen des Apparats erzeugt und haben die Anode in die Hauptglasglocke durchgeführt, wo sie durch einen Magnet abgelenkt wurden. Thomson hat ihren Pfad durch die Fluoreszenz auf einem karierten Schirm im Glas entdeckt. Er hat gefunden, dass was für das Material der Anode und des Benzins im Glas die Ablenkung der Strahlen dasselbe war, darauf hinweisend, dass die Strahlen derselben Form überhaupt ihr Ursprung waren.

Experiment, um zu zeigen, dass Kathode-Strahlen elektrisch beladen wurden

Während Unterstützer der aetherial Theorie die Möglichkeit akzeptiert haben, die negativ angeklagt hat, dass Partikeln in Tuben von Crookes erzeugt werden, haben sie geglaubt, dass sie ein bloßes Nebenprodukt sind, und dass die Kathode-Strahlen selbst immateriell sind. Thomson hat begonnen nachzuforschen, ob er wirklich die Anklage von den Strahlen trennen konnte.

Thomson hat eine Tube von Crookes mit einem Electrometer-Satz zu einer Seite aus dem direkten Pfad der Kathode-Strahlen gebaut. Thomson konnte den Pfad des Strahls verfolgen, indem er den phosphoreszierenden Fleck beobachtet hat, den es geschaffen hat, wo es die Oberfläche der Tube geschlagen hat. Thomson hat bemerkt, dass der electrometer eine Anklage nur eingeschrieben hat, als er den Kathode-Strahl dazu mit einem Magnet abgelenkt hat. Er hat beschlossen, dass die negative Anklage und die Strahlen ein und dasselbe waren.

Experiment, um zu zeigen, dass Kathode-Strahlen elektrisch abgelenkt werden konnten

Im Können-Juni 1897 hat Thomson nachgeforscht, ob die Strahlen durch ein elektrisches Feld abgelenkt werden konnten. Vorherige Experimentatoren hatten gescheitert, das zu beobachten, aber Thomson hat geglaubt, dass ihre Experimente rissig gemacht wurden, weil ihre Tuben zu viel Benzin enthalten haben.

Thomson hat eine Tube von Crookes mit einem nah-vollkommenen Vakuum gebaut. Am Anfang der Tube war die Kathode, von der die Strahlen vorgesprungen sind. Die Strahlen wurden zu einem Balken durch zwei Metallschlitze - der erste von diesen als die Anode verdoppelten Schlitzen geschärft, das zweite wurde mit der Erde verbunden. Der Balken ist dann zwischen zwei parallelen Aluminiumtellern gegangen, die ein elektrisches Feld zwischen ihnen erzeugt haben, als sie mit einer Batterie verbunden wurden. Das Ende der Tube war ein großer Bereich, wo der Balken auf das Glas einwirken würde, hat einen glühenden Fleck geschaffen. Thomson hat eine Skala zur Oberfläche dieses Bereichs aufgeklebt, um die Ablenkung des Balkens zu messen.

Als der obere Teller mit dem negativen Pol der Batterie und des niedrigeren Tellers zum positiven Pol, des glühenden Flecks bewegt abwärts verbunden wurde, und als die Widersprüchlichkeit, der Fleck bewegt aufwärts umgekehrt wurde.

Experiment, um die Masse zu messen, um Verhältnis von Kathode-Strahlen zu beladen

In seinem klassischen Experiment hat Thomson das Verhältnis der Masse zur Anklage der Kathode-Strahlen gemessen, indem er gemessen hat, wie viel sie durch ein magnetisches Feld und das Vergleichen davon mit der elektrischen Ablenkung abgelenkt wurden. Er hat denselben Apparat wie in seinem vorherigen Experiment verwendet, aber hat die Entladungstube zwischen den Polen eines großen Elektromagneten gelegt. Er hat gefunden, dass die Masse, um Verhältnis zu beladen, mehr als eintausendmal niedriger war als dieses eines Wasserstoffions (H), irgendeinen andeutend, dass die Partikeln sehr leicht und/oder sehr hoch beladen waren.

Die Details der Berechnung sind:

Die elektrische Ablenkung wird durch Θ = Fel/mv gegeben, wo Θ die winkelige elektrische Ablenkung ist, wird F angewandt elektrische Intensität, e ist die Anklage der Kathode-Strahl-Partikeln, l ist die Länge der elektrischen Teller, M ist die Masse der Kathode-Strahl-Partikeln, und v ist die Geschwindigkeit der Kathode-Strahl-Partikeln.

Die magnetische Ablenkung wird durch φ = Hel/mv gegeben, wo φ die winkelige magnetische Ablenkung ist und H die angewandte magnetische Feldintensität ist.

Das magnetische Feld wurde geändert, bis die magnetischen und elektrischen Ablenkungen dasselbe, wenn Θ = φ und Fel/mv = Hel/mv waren. Das kann vereinfacht werden, um m/e = Hl/FΘ zu geben. Die elektrische Ablenkung wurde getrennt gemessen, um Θ und H, F zu geben, und l waren bekannt, so konnte m/e berechnet werden.

Beschlüsse

Betreffs der Quelle dieser Partikeln hat Thomson geglaubt, dass sie aus den Molekülen von Benzin in der Nähe von der Kathode erschienen sind.

Thomson hat sich das Atom vorgestellt, das als aus diesen Körperchen wird zusammensetzt, die in einem Meer der positiven Anklage umkreisen; das war sein Pflaume-Pudding-Modell. Dieses Modell wurde später falsch bewiesen, als Ernest Rutherford gezeigt hat, dass die positive Anklage im Kern des Atoms konzentriert wird.

Preise und Anerkennung

• Königliche Medaille (1894)
• Medaille von Hughes (1902)
• Nobelpreis für die Physik (1906)
• Medaille von Elliott Cresson (1910)
• Medaille von Copley (1914)
• Medaille von Franklin (1922)

1991 der thomson (Symbol: Th) wurde als eine Einheit vorgeschlagen, um Verhältnis der Masse zur Anklage in der Massenspektrometrie zu messen.

Referenzen

• Thomson, George Paget. (1964) J.J. Thomson: Entdecker des Elektrons. Großbritannien: Thomas Nelson & Sons, Ltd.
• 1883. Eine Abhandlung auf der Bewegung von Wirbelwind-Ringen: Ein Aufsatz, zu dem der Preis von Adams 1882 in der Universität des Cambridges entschieden wurde. London: Macmillan and Co., Seiten 146. Neuer Nachdruck: Internationale Standardbuchnummer 0-5439-5696-2.
• 1888. Anwendungen der Dynamik zur Physik und Chemie. London: Macmillan and Co., Seiten 326. Neuer Nachdruck: Internationale Standardbuchnummer 1-4021-8397-6.
• 1893. Zeichen auf neuen Forschungen in der Elektrizität und dem Magnetismus: beabsichtigt als eine Fortsetzung zur 'Abhandlung von Professor Clerk-Maxwell auf der Elektrizität und dem Magnetismus'. Oxford Univ., Drücken Sie pp.xvi und 578. 1991, Universität von Cornell Monografie: Internationale Standardbuchnummer 1-4297-4053-1.
• 1921 (1895). Elemente Der Mathematischen Theorie der Elektrizität Und des Magnetismus. London: Ansehen von Macmillan and Co der 1895-Ausgabe.
• Ein Textbuch der Physik in Fünf Volumina, coauthored mit J.H. Poynting: (1) Eigenschaften der Sache, (2) Ton, (3) Hitze, (4) Licht, und (5) Elektrizität und Magnetismus. Datiert 1901 und später, und mit revidierten späteren Ausgaben.
• Navarro, Jaume, 2005, "Thomson auf der Natur der Sache: Körperchen und das Kontinuum," Centaurus 47 (4): 259-82.
• Downard, Kevin, 2009. "J.J. Thomson Geht nach Amerika" J. Sind. Soc. Massenspectrom. 20 (11): 1964-1973.

• Dahl, Pro F., "Blitz der Kathode-Strahlen: Eine Geschichte des Elektrons von J.J. Thomson". Institut für das Physik-Veröffentlichen. Juni 1997. Internationale Standardbuchnummer 0-7503-0453-7
• J.J. Thomson (1897) "Kathode-Strahlen", Der Elektriker 39, 104, auch veröffentlicht in Verhandlungen der Königlichen Einrichtung am 30. April 1897, 1-14 — die erste Ansage des "Körperchens" (bevor die klassische Masse und das Anklage-Experiment)
• J.J. Thomson (1897), Kathode-Strahlen, Philosophische Zeitschrift, 44, 293 — Das klassische Maß der Elektronmasse und Anklage
• J.J. Thomson (1912), "Weitere Experimente auf positiven Strahlen" Philosophische Zeitschrift, 24, 209-253 — die erste Ansage vom zwei Neon parabolae
• J.J. Thomson (1913), Strahlen der positiven Elektrizität, Verhandlungen der Königlichen Gesellschaft, 89, 1-20 — Entdeckung von Neonisotopen
• J.J. Thomson, ""Auf der Struktur des Atoms: Eine Untersuchung der Stabilität und Perioden der Schwingung mehrerer Körperchen hat sich an gleichen Zwischenräumen über den Kreisumfang eines Kreises geeinigt; mit der Anwendung der Ergebnisse zur Theorie des Atombaus," Philosophische Zeitschrift-Reihe 6, Band 7, Nummer 39, Seiten 237-265. Dieses Papier präsentiert das klassische "Pflaume-Pudding-Modell", von dem das Problem von Thomson aufgeworfen wird.
• Der Master der Dreieinigkeit in der Dreieinigkeitsuniversität, Cambridge
• J.J. Thomson, das Elektron in der Chemie: Fünf Vorträge seiend, die am Institut von Franklin, Philadelphia (1923) geliefert sind.
• Davis, Eward Arthur & Falconer, Isobel. J.J. Thomson und die Entdeckung des Elektrons. 1997. Internationale Standardbuchnummer 978-0748406968
• Falkner, Isobel (1988) "die Arbeit von J.J. Thomson an Positiven Strahlen, 1906-1914" Historische Studien in den Physischen und Biologischen Wissenschaften 18 (2) 265-310
• Falkner, Isobel (2001) "Körperchen zu Elektronen" in J Buchwald und Einem Warwick (Hrsg.) Geschichten des Elektrons, Cambridges, Massachusetts: MIT Presse, pp77-100

Links

• Die Entdeckung des Elektrons
• Der Nobelpreis in der Physik 1906
• Kommentierte Bibliografie für Joseph J. Thomson von der Alsos Digitalbibliothek für Kernprobleme
• Aufsatz auf dem Leben von Thomson und den religiösen Ansichten
• Die Seite von Cathode Ray Tube
• Nobelpreis-Annahmevortrag (1906)
• Die Entdeckung von Thomson der Isotope von Neon
• Bauöffnung von Thomson - die Weide-Schule, Cambridge (1927)
• Fotos von etwas vom restlichen Apparat von Thomson am Labormuseum von Cavendish
• [Scerri, E.R. (2007). Das Periodensystem, Seine Geschichte und Seine Bedeutung. Presse der Universität Oxford. Internationale Standardbuchnummer 0-19-530573-6. http://www.us.oup.com/us/catalog/general/subject/Chemistry/?view=usa&ci=9780195305739]