Das Experiment von Geiger-Marsden (hat auch das Goldfolie-Experiment oder das Experiment von Rutherford genannt), war ein Experiment, um die Struktur des Atoms zu untersuchen, das von Hans Geiger und Ernest Marsden 1909 unter der Richtung von Ernest Rutherford an den Physischen Laboratorien der Universität Manchesters durchgeführt ist. Die unerwarteten Ergebnisse des Experimentes haben zum ersten Mal die Existenz des Atomkerns demonstriert, zum Untergang des Pflaume-Pudding-Modells des Atoms und der Entwicklung des Rutherfords (oder planetarisch) Modell führend.

Hintergrund

Die populäre Theorie von atomarem

die Struktur zur Zeit des Experimentes von Rutherford war das "Pflaume-Pudding-Modell". Dieses Modell wurde 1904 von J. J. Thomson, dem Wissenschaftler entwickelt, der das Elektron entdeckt hat. Diese Theorie hat gemeint, dass die negativ beladenen Elektronen in einem Atom schwammen (manchmal sich bewegend) in einem Meer der positiven Anklage — die Elektronen, die mit Pflaumen in einer Schüssel mit Pudding verwandt sind. Das Pflaume-Pudding-Modell war die vorherrschende Theorie über die Struktur des Atoms, bis es von Ernest Rutherford in seiner Analyse des Goldfolie-Experimentes, veröffentlicht 1911 widerlegt wurde.

Das Goldfolie-Experiment wurde unter der Aufsicht von Rutherford an der Universität Manchesters 1909 vom Wissenschaftler Hans Geiger und Studenten Ernest Marsden durchgeführt. Rutherford, Vorsitzenden der Physik-Abteilung von Manchester zur Zeit des Experimentes, wird primärer Kredit für das Experiment gegeben, weil die Theorien, die resultiert haben, in erster Linie seine Arbeit sind. Das Goldfolie-Experiment von Rutherford wird auch manchmal das Experiment von Geiger-Marsden genannt.

Experimentelles Verfahren und Ergebnisse

Boden: Beobachtete Ergebnisse: Ein kleiner Teil der Partikeln wurde abgelenkt, einen kleinen anzeigend, hat positive Anklage konzentriert. Bemerken Sie, dass das Image nicht klettern soll; in Wirklichkeit ist der Kern gewaltig kleiner als die Elektronschale.]]

Das Goldfolie-Experiment hat aus einer Reihe von Tests bestanden, in denen positiv beladene Alphateilchen (Helium-Kerne) an einer sehr dünnen Platte von Goldfolie angezündet wurden. Wenn das Pflaume-Pudding-Modell von Thomson genau sein sollte, sollten die großen Alphateilchen die Goldfolie mit nur einigen geringen Ablenkungen durchgeführt haben. Das ist, weil die Alphateilchen schwer sind und die Anklage im "Pflaume-Pudding-Modell" weit ausgebreitet wird. Jedoch haben die wirklichen Ergebnisse Rutherford überrascht. Obwohl viele der Alphateilchen wirklich, wie erwartet, durchgegangen sind, wurden viele andere in großen Winkeln abgelenkt, während andere zurück zur Alpha-Quelle widerspiegelt wurden.

Im Detail wurde ein Balken von Alphateilchen, die durch den radioaktiven Zerfall von radon erzeugt sind, normalerweise auf eine Platte von sehr dünner Goldfolie in einem ausgeleerten Raum geleitet. Ein Zinksulfid-Schirm am Fokus eines Mikroskops wurde als ein Entdecker verwendet; der Schirm und das Mikroskop konnten um die Folie gedreht werden, um in jedem gegebenen Winkel abgelenkte Partikeln zu beobachten. Unter dem vorherrschenden Pflaume-Pudding-Modell sollten die Alphateilchen alle durch, höchstens, einige Grade abgelenkt worden sein; wie man erwartete, hat das Messen des Musters von gestreuten Partikeln Auskunft über den Vertrieb der Anklage innerhalb des Atoms gegeben. Jedoch haben sie bemerkt, dass ein sehr kleiner Prozentsatz von Partikeln durch Winkel abgelenkt wurde, die viel größer sind als 90 Grade. Gemäß Rutherford:

Beschlüsse

Die vom Goldfolie-Experiment erzeugten Daten haben demonstriert, dass das Pflaume-Pudding-Modell des Atoms falsch war. Die Tatsache, dass viele der Alphateilchen abgelenkt wurden oder beabsichtigt nachgedacht haben, dass das Atom ein konzentriertes Zentrum der positiven Anklage und der relativ großen Masse hatte. Die Alphateilchen hatten entweder das positive Zentrum direkt geschlagen oder waren daran nahe genug vorbeigegangen, um durch seine positive Anklage betroffen zu werden. Seitdem viele andere Partikeln die Goldfolie durchgeführt haben, würde das positive Zentrum eine relativ kleine Größe im Vergleich zum Rest des Atoms - das Meinen sein müssen, dass das Atom größtenteils Lichtung ist.

Weil die Mehrheit der positiven Partikeln ihr ursprünglicher unbewegter Pfad fortgesetzt hat, wurde Rutherford gezwungen zu beschließen, dass der grösste Teil des Rests des Atoms ein Gebiet der sehr niedrigen Dichte war. Sehr viel Anklage wurde auch mit dem Hauptgebiet der hohen Speicherdichte vereinigt. Rutherford hat Hypothese aufgestellt, dass diese zwei Eigenschaften in derselben physischen Struktur gewohnt haben und seine Entdeckung "die Hauptanklage genannt haben" hat ein Gebiet später den Kern genannt. So wurde die aktuelle Ansicht vom Kernatom - einer Struktur mit einem positiv beladenen Zentrum (Kern) der hohen Speicherdichte und negativ beladenen Elektronpartikeln, die den Kern in relativ großen Entfernungen im Vergleich zum Kernradius bewegen - geschaffen.

Rutherford hat die experimentellen Ergebnisse in einer berühmten 1911-Zeitung interpretiert. Er ist im Stande gewesen, das Pflaume-Pudding-Modell von J.J. Thomson des Atoms endgültig zurückzuweisen, seitdem keines der negativen "Körperchen" von Thomson (d. h. Elektronen) genug Anklage oder Masse enthalten hat, um Alphas stark abzulenken, noch den weitschweifigen positiven "Pudding" oder die positive Wolkenmäßiganklage getan hat, in der die Elektronen im Pflaume-Pudding-Modell eingebettet wurden. Statt dessen hat Rutherford vorgeschlagen, dass ein großer Betrag der Anklage und Masse des Atoms stattdessen in einen sehr physisch kleinen (im Vergleich zur Größe des Atoms) Gebiet konzentriert wird, ihm ein sehr hohes elektrisches Feld gebend. Außerhalb dieser "Hauptanklage" (hat später den Kern genannt), hat er vorgeschlagen, dass das Atom größtenteils leerer Raum war. Rutherford ist im Stande gewesen, vom Experiment zu sagen, dass die Kernanklage positiv war und die folgende Sprache zu bildlichen Zwecken verwendet hat:

: "Für die Greifbarkeit, denken Sie den Durchgang eines hohen Geschwindigkeitsalphateilchens durch ein Atom, das eine positive Hauptanklage Ne, und umgeben durch eine ersetzende Anklage von N Elektronen hat."

Von energischen Rücksichten dessen, wie weit Alphateilchen der bekannten kinetischen und Massenenergie im Stande sein würden, zu einer Hauptanklage dessen einzudringen, ist Rutherford im Stande gewesen zu berechnen, dass der Radius seiner Goldhauptanklage würde physisch kleiner sein müssen (wie viel kleiner, nicht erzählt werden konnte) als Meter (der moderne Wert für den wirklichen Radius ist nur über ein fünfte davon). Die Zahl hat sich in einem Goldatom gewandt, das, wie man selbst bekannt, viel größer war: Meter oder so im Radius - eine sehr überraschende Entdeckung, weil es eine starke Hauptanklage weniger einbezogen hat als des Diameters des Atoms.

Rutherford hatte ausschließlich Newtonische Methoden verwendet, relativ Alpha-Zerstreuen der niedrigen Energie dieses Experimentes zu analysieren. Später, als volles Quant mechanische Methoden waren verfügbar, es gefunden wurde, dass sie dieselbe sich zerstreuende Gleichung gegeben haben, die von Rutherford durch klassische Mittel abgeleitet worden war.

Obwohl das Modell von Rutherford des Atoms selbst mehrere Probleme mit dem Elektronanklage-Stellen und der Bewegung hatte, die nur im Anschluss an die Entwicklung der Quant-Mechanik aufgelöst wurden, hält der Hauptbeschluss vom Experiment von Geiger-Marsden, der Existenz des Kerns, noch.

Die Beschreibung von Rutherford des Atoms hat das Fundament für alle zukünftigen Atommodelle und die Entwicklung der Kernphysik gesetzt. Das Modell von Rutherford wurde später vom Physiker Niels Bohr 1913 raffiniert. Das Modell von Bohr des Atoms ist das grundlegende Atommodell verwendet heute.

Siehe auch

• Rutherford backscattering Spektroskopie
• Rutherford, der sich zerstreut
• Atomtheorie
• Liste von Experimenten
• 1909 in der Wissenschaft

Links

• Images von 1911-Papier von Rutherford
• Beschreibung des Experimentes, vom Institut von New Mexico für das Bergwerk und die Technologie
• Beschreibung des Experimentes, von cambridgephysics.org