Які частинки відкрив резерфорд? Досвід і схема досвіду резерфорда
Ернест Резерфорд - блискучий вчений, що зробив кілька воістину великих відкриттів з хімії та фізики. Яке досягнення повернуло фізику новим шляхом розвитку? Які частинки відкрив Резерфорд? Подробиці біографії та наукової діяльності дослідника дізнайтеся далі в статті.
Початок життєвого шляху
Біографія Резерфорда починається з маленького містечка Спрінг-Грув в Новій Зеландії. Там в 1871 році в родині переселенців і народився майбутній фізик і вчений. Його батько, шотландець за походженням, був майстром по деревообробці і мав власне підприємство. Від нього Резерфорд придбав корисні для подальшої роботи навички конструювання.
Перші успіхи відбуваються вже в школі, де за відмінне навчання він отримав стипендію для коледжу. Спочатку Ернест Резерфорд навчається в коледжі Нельсона, потім надходить в Кентербері. Володіючи чудовою пам`яттю і блискучими знаннями, він помітно відрізняється серед інших студентів.
Резерфорд отримує нагороду з математики, пише першу наукову роботу з фізики «Магнетізація заліза при високочастотних розрядах». У зв`язку з роботою він винаходить один їх перших приладів для розпізнавання магнітних хвиль.
У 1895 році фізик Резерфорд сперечається з хіміком Маклореном за володіння Стипендією імені Всесвітньої Виставки. За збігом обставин суперник відмовляється від нагороди, і Резерфорда надається вдалий шанс підкорити науковий світ. Він їде в Англію в Кавендішевскую лабораторію і стає доктором наук під керівництвом Джозефа Томсона.
Наукові праці та досягнення
Приїхавши до Англії, студенту ледве вистачає виданої стипендії. Він починає підробляти репетитором. Науковий керівник Резерфорда відразу ж зазначив його величезний потенціал, і не помилився. Томсон запропонував юному фізику вивчати іонізацію газу рентгенівськими променями. Водночас науковці відкрили, що при цьому виникає явище насичення струму.
Відео: YouTube Space Lab: From 250 Miles Above the Earth
Після успішної роботи з Томсоном, він заглиблюється у вивчення променів Беккереля, які пізніше Марія Склодовська-Кюрі назве радіоактивними. В цей час він робить своє перше важливе відкриття, виявивши існування невідомих до цього частинок, вивчає властивості урану і торію.
Пізніше він стає професором університету в Монреалі. Разом з Фредеріком Содді вчений висуває ідею про перетворення елементів в процесі розпаду. Одночасно з цим Резерфорд пише наукові праці «Радіоактивність» і «Радіоактивні перетворення», які приносять йому популярність. Він стає членом Королівського співтовариства, нагороджується дворянським титулом.
За дослідження розпаду радіоактивних елементів в 1908 році Ернесту Резерфорду присуджують Нобелівську премію. Вчений відкрив еманацію торію, штучну трансмутацію елементів при опроміненні ядер азоту, написав три томи праць. Одним з найважливіших його досягнень є створення моделі атомного ядра.
Які частинки відкрив Резерфорд?
На вивченні радіоактивного випромінювання Резерфорд був не першим. До нього цю область активно освоювали фізик Беккерель і подружжя Кюрі. Явище радіоактивності тоді було відкрито зовсім недавно, а енергія вважалася зовнішнім джерелом. Уважно вивчаючи уранові солі і їх властивості, Резерфорд зауважив, що промені, відкриті Беккерелем є неоднорідними.
Експеримент Резерфорда з фольгою показав, що радіоактивний промінь ділиться на кілька потоків частинок. Один потік алюмінієва фольга здатна поглинути, інший може проходити крізь неї. Кожен з них - це безліч дрібних елементів, названих вченим альфа- і бета-частинками або променями. Через два роки француз Віллар відкрив третій вид променів, які за прикладом Резерфорда назвав гамма-променями.
Те, які частки відкрив Резерфорд, справила величезний вплив на розвиток ядерної фізики. Був здійснений прорив і доведено, що енергія виходить з самих атомів урану. Альфа-частинки визначалися як позитивно заряджені атоми гелію, бета-частинки були електронами. Відкриті пізніше гамма-частинки - це електромагнітне випромінювання.
радіоактивний розпад
Відкриття Резерфорда дало поштовх не тільки фізичній науці, але і йому самому. Він продовжує вивчати радіоактивність в Монреальському університеті в Канаді. Разом з хіміком Содди вони проводять ряд експериментів, за допомогою яких відзначають, що атом змінюється під час випускання своїх часток.
Подібно середньовічним алхімікам, вчені перетворять уран в свинець, здійснюючи черговий науковий прорив. Так був відкритий радіоактивний розпад. Закон, згідно з яким відбувається розпад, Резерфор і Содді описали в працях «Радіоактивне перетворення» і «Порівняльне вивчення радіоактивності радію і торію».
Дослідники визначають залежність інтенсивності розпаду від кількості радіоактивних атомів в зразку, а також від колишніх часів. Було відзначено, що з плином часу активність розпаду зменшується в геометричній прогресії. Для кожної речовини потрібно свій час. На основі швидкості розпаду Резерфорда вдалося сформулювати принцип напіврозпаду.
Планетарна модель атома
На початку XX століття вже було проведено безліч експериментів з вивчення природи атомів і радіоактивності. Резерфорд і Віллар відкривають альфа-, бета- і гамма-промені, а Джозеф Томсон в свою чергу відкриває електрон. Він вимірює ставлення заряду до маси електрона і переконується, що частка входить до складу атома.
На основі свого відкриття Томсон створює модель атома. Вчений вважає, що останній має кулясту форму, по всій поверхні якої поширені позитивно заряджені частинки. Усередині кулі знаходиться негативно заряджені електрони.
Кілька років по тому Резерфорд спростовує теорію свого вчителя. Він стверджує, що атом має ядро, яке заряджена позитивно. А навколо нього, немов планети навколо сонця, обертаються електрони під дією кулонівських сил.
Схема досвіду Резерфорда
Резерфорд був видатним експериментатором. Тому, засумнівавшись в моделі Томсона, він вирішив спростувати її дослідним шляхом. Томсоновскій атом повинен був виглядати як кулясте хмару з електронів. Тоді альфа-частинки повинні вільно проходити крізь фольгу.
Для експерименту Резерфорд сконструював прилад з свинцевого ящика з невеликим отвором, в якому знаходився радіоактивний матеріал. Ящик поглинав альфа-частинки в усіх напрямках, крім того, де знаходилося отвір. Так створювався спрямований потік частинок. Попереду перебувало кілька свинцевих екранів з прорізами, щоб відсіяти частки, що відхиляються від заданого курсу.
Чітко сфокусований альфа-промінь, що пройшов через всі перешкоди, прямував на дуже тонкий лист золотої фольги. Позаду неї знаходився люмінесцентний екран. Кожен контакт частинок з ним реєструвався у вигляді спалаху. Так можна було судити про відхилення частинок після проходження крізь фольгу.
На подив самому Резерфорду, багато частинок відхилялися під великими кутами, деякі навіть на 180 градусів. Це дозволило вченому припустити, що основну масу атома становить щільна речовина всередині нього, яке згодом названо ядром.
Схема досвіду Резерфорда:
критика моделі
Ядерна модель Резерфорда спочатку піддавалася критиці, адже йшла врозріз із законами класичної електродинаміки. Обертаючись, електрони повинні втрачати енергію і випромінювати електромагнітні хвилі, але цього не відбувається, а значить, вони знаходяться в стані спокою. В такому випадку електрони повинні падати на ядро, а не обертатися навколо нього.
Розібратися з цим явищем випало Нільса Бора. Він встановлює, що у кожного електрона є своя орбіта. Поки електрон на ній, він не випромінює енергію, але прискорення має. Вчений вводить поняття квантів - порцій енергії, яка вивільняється, коли електрони переходять на інші орбіти.
Таким чином, Нільс Бор став одним з основоположників нової гілки науки - квантової фізики. Правильність моделі Резерфорда була доведена. В результаті поняття про матерії і її рух повністю змінилися. А модель іноді називають атомом Бора-Резерфорда.
Цікаві факти про вченого
Нобелівську премію Ернест Резерфорд одержав раніше, ніж зробив найважливіше досягнення свого життя - відкрив атомне ядро і встановив планетарну модель атома.
Знаменна відкриття Резерфорда призвело до появи нової галузі, що вивчає будову атомного ядра. Вона отримала назву нуклеарная або ядерна фізика.
Відео: Фізика 43. Електрон і будова атома - Академія цікавих наук
Фізик мав не тільки дослідним, але і викладацьким талантом. Дванадцять його учнів були лауреатами Нобелівської премії в галузі фізики і хімії. Серед них Фредерік Содді, Генрі Мозлі, Отто Ган і інші відомі особистості.
Вченому часто приписують відкриття азоту, що є помилковим. Адже цим прославився зовсім інший Резерфорд. Газ відкрив ботанік і хімік Даніель Резерфорд, який проживав на століття раніше видатного фізика.
висновок
Британський вчений Ернест Резерфорд прославився серед колег тягою до експериментів. За все життя вчений провів безліч дослідів, завдяки яким йому вдалося відкрити альфа- і бета-частинки, сформулювати закон розпаду і напіврозпаду, розробити планетарну модель атома. До нього вважалося, що енергія є зовнішнім джерелом. Але після того, як науковий світ дізнався, які частки відкрив Резерфорд, фізики змінили свою думку. Досягнення вченого допомогли зробити величезні кроки в розвитку фізики і хімії, а також сприяли появі такої галузі як ядерна фізика.
