Какви частици е открил Ръдърфорд? Опит и схема на опита на Ръдърфорд

Ърнест Ръдърфорд

Началото на пътя на живота

Биографията на Ръдърфорд започва с малкия град Spring Grove в Нова Зеландия. Там през 1871 г. бъдещ физик и учен е роден в семейство имигранти. Баща му, скептичен по рождение, бил дърводелски майстор и имал собствено предприятие. От него Ръдърфорд придобива полезни дизайнерски умения за последваща работа.

Първите успехи вече са се случили в училището, където за отлични изследвания получава стипендия за колежа. Първо, Ърнест Ръдърфорд изучава колежа на Нелсън, след което отива в Кентърбъри. С прекрасна памет и брилянтно познание той се различава значително от другите ученици.

Ръдърфорд получава награда по математика, пише първата научна работа по физика "Магнетизация на желязо при високочестотни изхвърляния". Във връзка с работата, той измисля един от първите си инструменти за разпознаване на магнитни вълни.

През 1895 г. физикът Ръдърфорд твърди с химик Макларън за притежаването на Световната изложба стипендия. Съвсем случайно, съперникът отказва наградата, а на Ръдърфорд се дава късмет шанс да завладее научния свят. Той отива в Англия в лабораторията "Кавендиш" и става доктор на науката под ръководството на Джоузеф Томсън.

Научни трудове и постижения

Пристигайки в Англия, студентът едва има достатъчно стипендии. Той започва да работи като учител. Научният лидер на Ръдърфорд веднага забеляза огромния си потенциал и не се заблуждаваше. Томсън покани младия физик да изучи йонизацията на газа чрез рентгенови лъчи. Заедно, учените откриха, че възниква явлението текущо насищане.

След успешна работа с Thomson, той отива по-дълбоко в изучаването на Beckerel лъчи, което по-късно Мария Склодовска-Кюри ще се обадя на радиоактивни. По това време той прави първото си важно откритие, разкривайки съществуването на непознати преди това частици, изучавайки свойствата на уран и торий.

По-късно става професор в университета в Монреал. Заедно с Фредерик Соди, ученият излага идеята за трансформиране на елементи в процеса на гниене. В същото време Ръдърфорд пише научни трудове "Радиоактивност" и "Радиоактивни трансформации", които му донасят слава. Той става член на Кралското дружество, награден е с благородна титла.

За изследването на разпадането на радиоактивните елементи през 1908 г. Ърнест Ръдърфорд получава наградата за Нобелова награда. Ученият открива еманирането на торий, изкуствената трансмутация на елементите при облъчване на азотните ядра и написва три тома произведения. Едно от най-важните му постижения е създаването на модел на атомното ядро.

Какви частици е открил Ръдърфорд?

В изследването на радиоактивната радиация Ръдърфорд не беше първият. Пред него тази област беше активно овладяна от физиката Бекверел и двойката Кюри. Феноменът на радиоактивността е открит едва напоследък и енергията се счита за външен източник. Чрез внимателното проучване на уранови соли и техните свойства, Ръдърфорд отбелязва, че лъчите, открити от Бекерел, са нехомогенни.

Експериментът на Ръдърфорд с фолио показва, че радиоактивният лъч е разделен на няколко потока частици. Един поток от алуминиево фолио е в състояние да абсорбира, а другият може да мине през него. Всеки от тях е набор от малки елементи, наречени от учените алфа и бета частици или лъчи. Две години по-късно французинът Вилар открива третия вид лъчи, които, както нарече Ръдърфорд, се наричат ​​гама лъчи.

Фактът, че Ръдърфорд е открил частици, има огромно влияние върху развитието на ядрената физика. Беше направен пробив и беше доказано, че енергията идва от самите атоми на уран. Алфа-частиците бяха определени като позитивно заредени атоми на хелий, бета-частиците бяха електрони. Гама частици, открити по-късно, са електромагнитни лъчения.

Радиоактивно разпадане

Откриването на Ръдърфорд даде тласък не само на физическата наука, но и на себе си. Той продължава да изучава радиоактивността в университета в Монреал в Канада. Заедно с химика Соди, те провеждат серия от експерименти, с които отбелязват, че атомът се променя по време на излъчването на неговите частици.

Подобно на средновековните алхимици, учените превръщат уран в олово, което прави друг научен пробив. Така че беше отворена радиоактивно разпадане. Законът, според който се развива гниенето, описва Ръдърфорд и Соди в произведенията "Радиоактивна трансформация" и "Сравнително изследване на радиоактивността на радий и торий".

Учените определят зависимостта на интензивността на гниене от броя на радиоактивните атоми в пробата, както и от миналото. Беше отбелязано, че с течение на времето активността на гниене намалява в геометрична прогресия. За всяко вещество е необходимо време. Въз основа на степента на гниене, Ръдърфорд успя да формулира принципа на половината гниене.

Планетарният модел на атома

В началото на 20-ия век вече бяха проведени много експерименти върху природата на атомите и радиоактивността. Ръдърфорд и Вийлър отварят алфа, бета и гама лъчи, а на свой ред Джоузеф Томсън отваря електрона. Той измерва съотношението заряд към маса на електрона и проверява дали частицата е част от атома.

Въз основа на откритието си, Thomson създава атомен модел. Учените смятат, че последният има сферична форма, на чиято повърхност са разпределени положително заредени частици. Вътре в топчето има отрицателно заредени електрони.

Няколко години по-късно Ръдърфорд опровергава теорията на своя учител. Той твърди, че атомът има ядро, което е положително заредено. И около него, като планетите около слънцето, електроните се въртят под влиянието на силите на Кулон.

Схема на експеримента на Ръдърфорд

Ръдърфорд беше изключителен експериментатор. Следователно, като се съмняваше в модела на Томсън, той реши да го опровергае с опит. Атомът на Томсън трябва да изглежда като сферичен облак от електрони. След това алфа частиците трябва да преминат свободно през фолиото.

За експеримента Ръдърфорд проектира устройството от оловна кутия с малка дупка, в която е разположен радиоактивният материал. Кутията абсорбираше алфа частици във всички посоки, с изключение на местата, където беше отворът. Това създава насочен поток от частици. Напред бяха няколко оловни екрани с канали за отстраняване на частици, които се отклоняват от дадения курс.

Ясно фокусиран алфа лъч, преминал през всички препятствия, беше насочен към много тънък лист златно фолио. Зад нея имаше флуоресцентен екран. Всеки контакт на частици с него беше регистриран под формата на светкавица. Така че е възможно да се прецени отклонението на частиците след преминаване през фолиото.

Изненадващо самият Ръдърфорд много частици се отклониха под големи ъгли, някои дори 180 градуса. Това позволява на учения да приеме, че по-голямата част от атома е плътна субстанция вътре в него, която по-късно се нарича ядро.

Схема на опита на Ръдърфорд:

Критика на модела

Ядреният модел на Ръдърфорд първоначално беше критикуван, защото беше в противоречие със законите на класическата електродинамика. Ротационните електрони трябва да губят енергия и да излъчват електромагнитни вълни, но това не се случва, което означава, че те са в покой. В този случай, електроните трябва да падат върху сърцевината, вместо да се въртят около нея.

За да се справи с този феномен падна Нилс Бор. Той установява, че всеки електрон има своя орбита. Докато електронът е на него, той не излъчва енергия, а има ускорение. Ученият въвежда концепцията за кванти - части от енергия, която се освобождава, когато електроните се преместват в други орбити.

По този начин Нилс Бор става един от основателите на нов клон на науката - квантова физика. Правилността на модела на Ръдърфорд е доказана. В резултат на това концепцията за материята и нейното движение са се променили напълно. А моделът понякога се нарича атомът на Бор-Ръдърфорд.

Интересни факти за учения

Нобеловата награда Ърнест Ръдърфорд получи по-рано, отколкото е извършила най-важното постижение в живота си - откри атомното ядро ​​и инсталира планетарен модел на атома.

Забележителното откритие на Ръдърфорд доведе до появата на нова индустрия, която изучава структурата на атомното ядро. Нарича се ядрена или ядрена физика.

Физикът притежава не само изследвания, но и учителски талант. Дванадесет от неговите студенти са нобелови лауреати в областта на физиката и химията. Сред тях са Фредерик Соди, Хенри Мосели, Ото Ган и други известни личности.

Ученият често е приписван с откриването на азот, което е погрешно. В края на краищата това е друг известен Ръдърфорд. Газът е открит от ботаника и химик Даниел Ръдърфорд, който е живял век преди изключителен физик.

заключение

Британският учен Ърнест Ръдърфорд стана известен сред колегите си за желанието си за експерименти. През целия си живот ученият е провел много експерименти, чрез които е успял да отвори алфа и бета частици, да формулира закона на гниене и полуживот, да разработи планетарен модел на атома. Преди да се вярва, че енергията е външен източник. Но след като научният свят научи какви частици беше открил Ръдърфорд, физиците промениха съзнанието си. Постиженията на учения помогнаха да се постигнат огромни крачки в развитието на физиката и химията и също така да се допринесе за появата на индустрия като ядрената физика.