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가장 중요한 과학적 발견
전자. 과학적 발견의 역사와 본질
전기의 원자 구조에 대한 명확하고 정확한 아이디어는 W. 웨버, 그는 1862년부터 시작하여 여러 작품에서 그것들을 발전시켰습니다. "전기의 일반적인 분포와 함께, 전기 원자는 모든 무거운 원자와 연관되어 있다고 가정할 수 있습니다." 이와 관련하여 그는 양의 전기 원자가 움직일 수 있다고 생각한다는 점에서만 전자와 다른 금속의 전류 전도도에 대한 견해를 개발합니다. 그는 또한 Joule-Lenz 열의 분자 해석에 대한 아이디어를 표현했습니다. "도체에 포함된 모든 분자 전류의 살아있는 힘은 저항에 비례하고 전류 강도의 제곱에 비례하여 전류가 흐를수록 증가합니다." Weber의 이러한 진술과 유사한 진술은 A.I. 전자 이론의 창시자 중 한 명인 Weber와 O.D. Khvol'son은 금속 전도의 전자 이론에 관한 장의 첫 단락에 자신의 이름을 넣습니다. 그러나 Weber는 아직 그의 "전기 원자"를 전기 분해의 특정 사실과 연결하지 않았다는 점에 유의해야 합니다. 이 연결이 처음 설정되었습니다. 맥스웰 그의 논문의 첫 번째 권에서. 그러나 Maxwell은 이 중요한 아이디어를 개발하지 않았습니다. 반대로 그는 분자 전하의 개념은 과학에서 살아남지 못할 것이라고 주장했다. 1874년 아일랜드의 물리학자 스토니(Stoney)는 영국 학회(British Association)의 회의에서 빛의 속도, 중력 상수 및 "전기 원자"의 전하라는 세 가지 "자연 단위"가 자연에 존재한다는 사실에 주목했습니다. 이 마지막 단위에 대해 그는 다음과 같이 말했습니다. "마침내 자연은 전기분해 현상을 통해 우리에게 연결된 신체와는 별개로 상당한 양의 전기를 공급했습니다." Stoney는 당시 데이터에 따라 10세제곱센티미터의 수소가 분해될 때 방출되는 전기량을 수소의 원자수로 나누어 이 전하를 추정했고, XNUMX의 전자파 단위의 마이너스 XNUMX제곱의 값을 받았습니다. Stoney는 이 전기 원자를 "전자"라고 부를 것을 제안했습니다. 4월 5 1881 년 헬름홀츠 그의 유명한 연설에서 그는 다음과 같이 선언했습니다. "만약 우리가 화학 원자의 존재를 인정한다면, 우리는 여기서 더 나아가 양의 전기와 음의 전기가 원자의 역할을 하는 특정 원소 양으로 나누어진다는 결론을 내리지 않을 수 없습니다. 전기." 1869년 Gittorf는 방전관에서 XNUMXmm 미만의 희박도를 갖는 진공을 얻은 후 어두운 음극 공간이 튜브 전체에 빠르게 퍼지고 그 결과 튜브의 벽이 강하게 형광을 띠기 시작하는 것을 발견했습니다. 그는 튜브의 빛이 자석의 영향으로 이동하는 것을 알아차렸습니다. Giettorf가 관찰한 지 1880년 후 W. Crooks의 작품이 등장했습니다. Crookes에 따르면 복사 물질 입자가 전극에서 빠른 속도로 방출됩니다. 어두운 음극 공간은 음의 가스 분자가 자유롭게 이동하고 음극에서 날아와 반대 양의 분자에 의해 경계에서 유지되는 공간입니다. 그러나 독일 물리학자들은 Crookes의 관점을 받아들이지 않았습니다. E. Goldstein은 XNUMX년에 평균 자유 경로로 어두운 음극 공간의 치수 식별이 잘못되었음을 보여주었습니다. 그는 음극선이 어두운 층의 경계에서 전혀 끝나지 않고 높은 희박도에서 양극의 발광 공간에도 침투한다는 것을 보여주었습니다. 오스트리아 과학자 V.F. 같은 해 Gintl은 음극선이 전류에 의해 음극에서 빠져나와 직선으로 움직이는 금속 입자의 흐름이라고 가정했습니다. 이 관점은 Pulua에 의해 지원되고 발전되었습니다. 같은 1880년에 E. Wiedemann은 그러한 짧은 파장의 미묘한 진동을 가진 음극선을 확인했습니다. 그의 의견으로는 그들은 빛나는 효과를 일으키지 않습니다. 그러나 무거운 물체에 떨어지면 속도가 느려지고 가시 광선으로 바뀝니다. Lenard의 실험은 음극선의 미묘한 파동 이론을 강화하는 데 결정적인 역할을 했습니다. 그는 음극선이 튜브의 진공을 유지하면서 외부로 나갈 수 있음을 설득력 있게 증명했습니다. 즉, 이 광선은 Crookes가 제안한 것처럼 가스 입자가 될 수 없습니다. 하지만 이것으로 충분하지 않습니다. 공기 중의 음극선은 밝고 사진 같은 효과를 냅니다. Lenard는 가까스로 스트림에 들어가 얇은 벽으로 밀봉된 알루미늄 상자에 밀봉된 물체의 사진을 공개했습니다. 자석에 의해 방출된 빔의 편향을 관찰하면서 그는 이러한 편향이 가스의 유형에 의존하지 않으며 가장 중요한 것은 자석에 의해 편향되지 않은 광선의 일부가 남아 있다는 것을 발견했습니다. Lenard는 X선의 작용을 관찰한 최초의 물리학자였으며 최초의 X선을 받기까지 했습니다. 그러나 그는 그의 발견을 완전히 이해하지 못했고 그것을 음극선의 파동 특성의 증거로 특징지었습니다. 그의 실험은 과학자가 사용하지 않은 큰 기회로 가득 차 있었습니다. Wiedemann-Hertz-Lenard 이론은 음극선의 전하를 감지하려고 시도한 Perrin(1895-1870)의 경험에 의해 1942년에 크게 흔들렸습니다. 이를 위해 그는 전위계에 연결된 음극에 대해 방전관에 패러데이 실린더를 배치했습니다. 방전이 진행되는 동안 실린더는 음으로 충전되었습니다. 이로부터 Perrin은 "음전하의 이동은 음극선과 분리할 수 없다"고 결론지었습니다. Perrin은 음극선에 의한 전하 이동을 확실하게 확립했으며 이 사실은 진동 이론과 조화시키기 어려운 반면 소진 이론과 매우 잘 일치한다고 믿었습니다. 따라서 그는 "만약 만료 이론이 그것이 제기한 모든 반대를 논박할 수 있다면 그것은 정말로 적합한 것으로 인식되어야 한다"고 믿었습니다. 그러나 모든 반대를 반박하기 위해서는 물질의 구조에 대한 관점을 근본적으로 바꾸고 자연에서 더 작은 원자의 입자의 존재를 허용할 필요가 있었습니다. 영국의 물리학자 Joseph Thomson(1856~1940)은 전자를 발견한 사람으로 과학사에 입문했습니다. 일단 그는 이렇게 말했습니다. "발견은 관찰의 날카로움과 힘, 직관, 개척자 작업에 수반되는 모든 모순의 최종 해결까지 흔들리지 않는 열정 덕분입니다." 조셉 존 톰슨 맨체스터에서 태어났다. 이곳 맨체스터에서 오웬스 칼리지(Owens College)를 졸업하고 1876~1880년 케임브리지 대학교(University of Cambridge)에서 유명한 트리니티 칼리지(Trinity College)에서 공부했습니다. 1880년 XNUMX월, Thomson은 최종 시험에 성공적으로 합격하고 Cavendish 연구소에서 일하기 시작했습니다. 1880년에 출판된 그의 첫 번째 기사는 빛의 전자기 이론에 관한 것이었습니다. 이듬해 두 편의 논문이 발표되었으며 그 중 하나는 전자기 질량 이론의 기초를 마련했습니다. Thomson은 실험 물리학에 집착했습니다. 단어의 가장 좋은 의미에 집착. Cavendish 연구소 소장인 Rayleigh는 Thomson의 과학적 업적을 높이 평가했습니다. 1884년에 감독직을 떠나면서 그는 주저 없이 Thomson을 그의 후계자로 추천했습니다. 1884년부터 1919년까지 Thomson은 Cavendish 연구소를 지휘했습니다. 이 기간 동안 그것은 세계 물리학의 주요 중심지, 국제 물리학자 학교가 되었습니다. 여기에서 그들은 과학 여행을 시작했습니다 러더퍼드, Bohr, Langevin 및 러시아 과학자를 포함한 많은 사람들. Thomson의 연구 프로그램은 광범위했습니다. 가스를 통한 전류 통과에 대한 질문, 금속의 전자 이론, 다양한 종류의 광선의 특성에 대한 연구 ... 음극선 연구에 착수한 Thomson은 먼저 전기장에 의한 광선 편향을 달성한 그의 전임자들이 충분한 주의를 기울여 실험을 수행했는지 확인하기로 결정했습니다. 그는 반복적인 실험을 구상하고, 이를 위한 특수 장비를 설계하고, 주문 실행의 정확성을 직접 모니터링하고, 예상 결과는 뻔합니다. Thomson이 설계한 튜브에서 음극선은 순양하게 양전하를 띤 판에 끌리고 음전하를 띤 판에서는 분명히 밀어냅니다. 즉, 음전하를 띠고 빠르게 움직이는 작은 소체의 흐름처럼 행동했습니다. 우수한 결과! 그는 확실히 음극선의 본질에 관한 모든 논쟁을 종식시킬 수 있었습니다. 그러나 Thomson은 그의 연구가 완료되었다고 생각하지 않았습니다. 광선의 성질을 정성적으로 결정한 후, 그는 광선을 구성하는 소체에 대한 정확한 정량적 정의를 제공하고자 했습니다. 첫 번째 성공에서 영감을 받아 그는 새로운 튜브를 설계했습니다. 음극, 즉 링과 플레이트 형태의 가속 전극으로 편향 전압을 가할 수 있습니다. 음극 반대편 벽에 그는 입사 입자의 영향으로 빛날 수 있는 물질의 얇은 층을 증착했습니다. 그것은 텔레비전과 레이더 시대에 우리에게 너무나 친숙한 음극선관의 조상으로 밝혀졌습니다. Thomson의 실험의 목적은 전기장으로 많은 소체를 편향시키고 자기장으로 이 편향을 보상하는 것이었습니다. 그가 실험의 결과로 내린 결론은 놀랍습니다. 첫째, 입자가 튜브 내에서 빛의 속도에 가까운 엄청난 속도로 날아간다는 것이 밝혀졌습니다. 그리고 둘째, 소체의 단위 질량당 전하가 엄청나게 컸습니다. 거대한 전하를 띠고 있는 미지의 원자, 무시할 수 있을 정도의 질량을 갖고 있지만 전하가 더 작은 작은 입자는 어떤 종류의 입자입니까? 또한, 그는 단위 질량에 대한 특정 전하의 비율이 입자 속도, 음극 물질 또는 방전이 발생하는 가스의 성질에 관계없이 일정한 값이라는 것을 발견했습니다. 그러한 독립은 놀라운 것이었다. 소체는 일종의 보편적인 물질 입자, 원자의 구성 부분이었던 것 같습니다. Thompson은 회고록에서 “실험에 대한 오랜 토론 끝에 다음과 같은 결론을 피할 수 없다는 것이 밝혀졌습니다. 1. 전기력, 빠르게 움직이는 입자, 자외선 또는 열의 영향으로 음전하를 띤 입자가 찢어질 수 있기 때문에 원자는 쪼개지지 않습니다. 2. 이 입자들은 모두 같은 질량을 갖고 있고, 어떤 종류의 원자로부터 같은 음전하를 띠고 있으며, 모든 원자의 구성 요소입니다. 3. 이 입자의 질량은 수소 원자 질량의 XNUMX분의 XNUMX 미만입니다. 나는 처음에 이 입자들을 소체라고 불렀지만 지금은 더 적절한 이름인 "전자"로 불린다. Thomson은 일하기 시작했습니다. 우선, 신비한 미립자의 매개 변수를 결정하는 것이 필요했으며 아마도 그들이 무엇인지 결정하는 것이 가능할 것입니다. 계산 결과는 다음과 같습니다. 미지의 입자는 가장 작은 전하, 즉 불가분의 전기 원자 또는 전자에 지나지 않습니다. 29년 1897월 XNUMX일, 런던 왕립학회 회의가 XNUMX년 이상 열렸던 방에서 그의 보고서가 열렸습니다. 청취자들은 기뻐했습니다. 참석자들의 기쁨은 동료 J. J. Thomson이 음극선의 진정한 본질을 그렇게 설득력 있게 밝혔기 때문이 전혀 아닙니다. 문제는 훨씬 더 심각했습니다. 물질의 첫 번째 구성 요소인 원자는 더 이상 내부 구조가 없는 기본 원형 알갱이, 뚫을 수 없고 나눌 수 없는 입자가 아닙니다. 이제 더 나아가 미래 검색의 가장 필요한 방향이 가시화되었습니다. 우선, 물론 하나의 전자의 전하와 질량을 정확히 결정하는 것이 필요했습니다. 이를 통해 모든 원소의 원자 질량을 명확히 하고 분자 질량을 계산하며 올바른 반응 준비를 위한 권장 사항을 제공할 수 있습니다. 1903년 Thomson's의 같은 Cavendish 실험실에서 G. Wilson은 Thomson의 방법에 중요한 변화를 주었습니다. 이온화 된 공기의 빠른 단열 팽창이 수행되는 용기에는 전기장을 생성하고 필드의 존재와 구름의 낙하를 관찰 할 수있는 커패시터 플레이트가 배치됩니다. 결석. 윌슨의 측정은 전자의 전하에 대한 값을 abs의 마이너스 3,1승의 10 곱하기 XNUMX으로 했습니다. 이메일 단위 윌슨의 방법은 St. Petersburg University Malikov와 Alekseev의 학생들을 포함한 많은 연구자들이 사용했는데, 전하가 4,5 곱하기 10의 abs의 -XNUMX제곱과 같다는 것을 발견했습니다. 이메일 단위 이것은 Millikan이 1909년에 개별 방울로 측정을 시작하기 전에 얻은 실제 값에 가장 가까운 결과였습니다. 그래서 전자가 발견되고 측정되었습니다. 원자의 보편적인 입자는 물리학자들이 발견한 소위 "기본 입자" 중 첫 번째입니다. 이 발견으로 물리학자들은 무엇보다도 물질의 전기적, 자기적, 광학적 특성을 새로운 방식으로 연구하는 문제를 제기할 수 있었습니다. 저자: Samin D.K.
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