Э л е к т р о н ы
В 1891 году наименьшее количество отрицательного электричества получило название «электрон». Это произошло с лёгкой руки ирландца Джорджа Джонсона Стони (1826 – 1911) [5].
В 1897 году Джордж Томсон (Англия) также с помощью трубки, которую сконструировал сам, определил скорость катодных лучей (это был поток электронов !) и их удельный заряд: е– / m – отношение заряда электрона к его массе [7].
А в 1909 г. Милликен определил заряд электрона, поставив свой знаменитый опыт с капельками масла. В этом опыте крошечные капли масла распылялись между двумя металлическими пластинами, на которые подавали напряжение и за движением капель масла наблюдали с помощью микроскопа. Естественно, что под действием силы тяжести капли должны были постепенно опускаться вниз. Но Милликен обнаружил, что если подать отрицательный заряд на нижнюю пластину и положительный – на верхнюю, то можно добиться того, чтобы капли масла оставались неподвижными. Это происходит, когда прилагаемое электрическое поле уравновешивает действие гравитационного поля. Ну а дальше, зная величины этих полей и прочие условия, Милликен смог рассчитать заряд электрона е = 4,80•10–10 электростатических единиц. После этого нетрудно было вычислить и массу электрона, используя соотношение его заряда к массе, определенное Дж. Томсоном. Она оказалась равной m=9,11•10–28 г.
Таким образом, исследования с круксовыми трубками, определение отношения е– / m и установление заряда электрона позволили прочно обосновать понятие электрона.
В 1886-1887 г.г. Герц, пропуская электрическую искру через воздушный зазор между двумя электродами, обнаружил, что при облучении катода ультрафиолетовым светом искра возникала легче. Это явление и другие ему подобные назвали фотоэлектрическим эффектом. А в 1902 г. немецкий физик Филипп Эдуард Антон Ленард (1862-1947) показал, что причиной фотоэффекта является эмиссия (испускание) электронов из металла.
Фотоэффект характерен для многих металлов, причем металлы могут испускать электроны под действием света даже в отсутствие электрического тока или электрического заряда. Этот факт дал повод предполагать, что атомы металлов (а может и атомы вообще) содержат электроны.
Однако! В обычном то состоянии атомы не несут электрического заряда! Поэтому, если атомы содержат отрицательно заряженные электроны, они должны содержать и положительно заряженные частицы, чей положительный заряд компенсирует отрицательный заряд электрона! Ленард полагал, что атомы могут представлять собой скопление как отрицательно, так и положительно заряженных частиц, различающихся только зарядом. Такое предположение казалось совсем уж невероятным – почему в таком случае атом никогда не испускает положительно заряженных частиц? И почему он всегда испускает электроны и только электроны?
В. Томсон
(лорд Кельвин (1824 – 1907)
В 1886 г. Гольдштейн проводил эксперименты с решетчатым катодом в вакуумной трубке. Он обнаружил, что не только катодные лучи распространяются от катода к аноду, но и в обратном направлении через отверстия в катоде проходят другие лучи. Поэтому вполне логично было предположить, что эти лучи состоят из положительно заряженных частиц. Эта гипотеза подтвердилась, когда удалось определить, как эти лучи откланяются в магнитном поле.
Лучи эти отличались от электронов не только зарядом, но и массой. Частицы положительно заряженных лучей отличались по массе в зависимости от того, следы каких газов содержались в вакуумной трубке. Масса самой легкой частицы равнялась массе атома водорода.
В
1899 году Э. Резерфорд опубликовал работу
по α- и β-излучению ( α- ядра гелия
(Не 2+),
β- поток электронов (е–
) [8]. Он
решил наконец признать, что единица
положительного заряда принципиально
отличается от электрона – единицы
отрицательного заряда. В 1914 г. Резерфорд
предложил принять в качестве основной
единицы положительного заряда частицу
положительно заряженных лучей с
наименьшей массой, равной массе атома
водорода. И в 1920 г. Резерфорд
предложил назвать эту основную
положительно заряженную
частицу протоном.
Э.Резерфорд (уже в Англии) проводил опыты по прохождению ядер гелия через золотую фольгу и пришел к выводу, что модель Томсона не верна: в центре положительный заряд, а вокруг – электроны, занимающие основной объем атома. Это опубликовано в 1911 году в статье «Рассеяние α- и β– частиц веществом и строение атома».
Суть
опыта Резерфорда заключалась
в
следующем. Сфокусировав пучок α-
частиц
на поверхность тонкого
металлического листка,
она наблюдали,
что большая часть α-частиц
проходила
через металл, не изменяя
направления, и
регистрировалась при
попадании на флуоресцентный экран (рис.
3). Однако
Рис. 4. иногда эти быстро летящие частицы после попадания в фольгу отклонялись, причем в некоторых случаях частицы поворачивали назад почти по направлению к их источнику. Поскольку масса α-частицы почти в 7500 раз больше массы электрона, столкновение между ними могло вызвать лишь очень незначительные отклонения α-частиц. Следовательно, большая часть массы атома, ответственная за наблюдавшиеся редкие отклонения, должна быть сосредоточена в малой области атома. Расчеты показали, что диаметр этой области равен 1/10000 диаметра всего атома (рис.4). Так возникло предположение о ядерной модели атома. В 1912 году в книге «Радиоактивные вещества и их изучение» Резерфорд вводит термин «ЯДРО» [11].
Приблизительно к 1920 г. были установлены экспериментально величина отношения заряда протона к его массе и масса протона 1,67•10–24 г. Это приблизительно в 1836 раз больше, чем масса электрона. Таким образом, масса атома водорода, состоящего из 1 электрона и 1 протона практически совпадает с массой протона.
Для всех остальных элементов масса атомов больше суммы масс протонов и электронов, входящих в их состав. В начале 1920-х г.г. разность указанных величин стали приписывать наличию в атомах еще одного типа элементарных частиц, названных нейтронами, однако в то время частицы эти еще не были обнаружены экспериментально. Нейтроны были открыты только в 1933 г. английским ученым Чедвиком при исследовании ядерных реакций, и с этих пор считается установленным, что нейтроны являются элементарными частицами, входящими в состав атомного ядра наряду с протонами.
М.
Планк (1858 – 1947)
1900 год - М. Планк предлагает квантовую теорию излучения, испускаемого нагретым абсолютно черным телом: энергия тела меняется не непрерывно, а скачками в результате поглощения или испускания определённых порций энергии (позднее названных квантами). Элементов энергии должно быть ЦЕЛОЕ число. Квант энергии определяется Е = ђυ, где υ – частота излучения, а ђ – постоянная, равная 6, 625 · 10 – 27 эрг · сек (постоянная Планка) [9].
А Эйнштейн проводя эксперименты с круксовой трубкой по изучению фотоэлектрического эффекта пришел к выводу, что свет состоит из отдельных частиц, обладающих определенной энергией и вызывающих фотоэлектрический эффект; эти частицы получили название фотонов.