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DÉCOUVERTES SCIENTIFIQUES LES PLUS IMPORTANTES
Électron. Histoire et essence de la découverte scientifique
Annuaire / Les découvertes scientifiques les plus importantes Des idées claires et précises sur la structure atomique de l'électricité sont apparues dans W.Weber, qu'il développe dans de nombreux ouvrages à partir de 1862 : "Avec la distribution générale de l'électricité, on peut supposer qu'un atome électrique est associé à chaque atome de poids." A cet égard, il développe des vues sur la conductivité du courant dans les métaux, qui ne diffèrent des conceptions électroniques que par le fait qu'il considère que les atomes d'électricité positive sont mobiles. Il a également émis l'idée d'une interprétation moléculaire de la chaleur Joule-Lenz : "La force vive de tous les courants moléculaires contenus dans le conducteur augmente avec le passage du courant en proportion de la résistance et en proportion du carré de l'intensité du courant." Ces déclarations et d'autres similaires de Weber ont donné lieu à A.I. Bachinsky d'appeler Weber l'un des créateurs de la théorie électronique, et O.D. Khvol'son de placer son nom dans le premier paragraphe du chapitre sur la théorie électronique de la conduction des métaux. Mais il faut noter que Weber ne relie pas encore son « atome électrique » aux faits spécifiques de l'électrolyse. Cette connexion a d'abord été établie Maxwell dans le premier volume de son Traité. Mais Maxwell n'a pas développé cette idée importante. Au contraire, il a soutenu que l'idée d'une charge moléculaire ne survivrait pas dans la science. En 1874, le physicien irlandais Stoney, lors d'une réunion de la British Association, attire l'attention sur l'existence dans la nature de trois "unités naturelles": la vitesse de la lumière, la constante gravitationnelle et la charge de "l'atome électrique". Concernant cette dernière unité, il a dit : "Enfin, la nature nous a doté dans les phénomènes d'électrolyse d'une quantité bien définie d'électricité, indépendante des corps auxquels elle est reliée." Stoney a estimé cette charge en divisant la quantité d'électricité libérée lors de la décomposition d'un centimètre cube d'hydrogène par le nombre de ses atomes selon les données d'alors, et a reçu une valeur de l'ordre de 10 à la puissance moins vingt des unités électromagnétiques. Stoney a proposé d'appeler cet atome électrique « électron ». Avril 5 1881 ans Helmholtz Dans son célèbre discours, il déclara : « Si nous admettons l'existence d'atomes chimiques, alors nous sommes forcés de conclure d'ici plus loin que l'électricité, tant positive que négative, se divise aussi en certaines quantités élémentaires, qui jouent le rôle d'atomes de électricité." En 1869, Gittorf, ayant obtenu un vide avec un degré de raréfaction inférieur à un millimètre dans un tube à décharge, remarqua que l'espace cathodique sombre se répandait rapidement dans tout le tube, à la suite de quoi les parois du tube commençaient à devenir fortement fluorescentes. Il a remarqué que la lueur du tube est décalée sous l'influence d'un aimant. Dix ans après les observations de Hittorf, parurent les travaux de V. Crookes. Selon l'hypothèse de Crookes, une particule de matière rayonnante est éjectée des électrodes à une vitesse énorme. L'espace cathodique sombre est un espace dans lequel les molécules de gaz négatives se déplacent librement, s'échappant de la cathode et retenues à sa frontière par les molécules positives venant en sens inverse. Cependant, les physiciens allemands n’ont pas accepté le point de vue de Crookes. E. Goldstein a montré en 1880 qu'il était incorrect d'identifier les dimensions de l'espace cathodique sombre avec le libre parcours moyen. Il a montré que les rayons cathodiques ne s'arrêtent pas à la limite de la couche sombre ; à forte raréfaction, ils pénètrent également dans l'espace lumineux de l'anode. Le scientifique autrichien V.F. Gintl la même année a émis l'hypothèse que les rayons cathodiques sont un flux de particules métalliques extraites de la cathode par un courant électrique, qui se déplacent en ligne droite. Ce point de vue a été soutenu et développé par Pulua. Dans le même 1880, E. Wiedemann a identifié les rayons cathodiques avec des vibrations éthérées d'une si courte longueur d'onde. Selon lui, ils ne produisent pas d'effet lumineux ; cependant, tombant sur de la matière lourde, ils ralentissent et se transforment en lumière visible. Les expériences de Lenard ont joué un rôle décisif dans le renforcement de la théorie des ondes éthérées des rayons cathodiques. Il a prouvé de manière convaincante que les rayons cathodiques peuvent sortir tout en maintenant le vide dans le tube, c'est-à-dire que ces rayons ne peuvent pas être des particules de gaz, comme l'a suggéré Crookes. Mais ce n'est pas assez. Les rayons cathodiques dans l'air produisent un effet lumineux et photographique. Lenard a réussi à entrer dans le flux, il a publié une photographie d'un objet scellé dans une boîte en aluminium hermétiquement fermée aux parois minces. En observant la déviation du faisceau émis par l'aimant, il constate que cette déviation ne dépend pas du type de gaz, et surtout, qu'il reste une partie des rayons qui ne sont pas déviés par l'aimant. Lenard a été le premier physicien à observer l'action des rayons X et a même reçu le premier rayon X. Mais il n'a pas pleinement compris sa découverte et l'a qualifiée de preuve de la nature ondulatoire des rayons cathodiques. Son expérience était pleine de grandes opportunités que le scientifique n'a pas utilisées. La théorie de Wiedemann-Hertz-Lenard est fortement ébranlée en 1895 par l'expérience de Perrin (1870-1942) qui tente de détecter la charge des rayons cathodiques. A cet effet, il place un cylindre de Faraday dans le tube à décharge contre la cathode, relié à un électromètre. Lors du passage de la décharge, le cylindre était chargé négativement. De là, Perrin en a conclu que "le transfert de charges négatives est inséparable des rayons cathodiques". Perrin a établi avec certitude le transfert de charge par les rayons cathodiques et a cru que ce fait est difficilement conciliable avec la théorie des vibrations, alors qu'il s'accorde très bien avec la théorie de l'expiration. Par conséquent, il a estimé que "si la théorie de l'expiration peut réfuter toutes les objections qu'elle a soulevées, elle doit être reconnue comme vraiment appropriée". Cependant, afin de réfuter toutes les objections, il était nécessaire de changer radicalement les points de vue sur la structure de la matière et de permettre l'existence de particules d'atomes plus petits dans la nature. Le physicien anglais Joseph Thomson (1856-1940) est entré dans l'histoire des sciences comme l'homme qui a découvert l'électron. Un jour, il a dit : « Les découvertes sont dues à l'acuité et à la puissance de l'observation, à l'intuition, à l'enthousiasme inébranlable jusqu'à la résolution finale de toutes les contradictions qui accompagnent le travail des pionniers. Joseph John Thomson est né à Manchester. Ici, à Manchester, il est diplômé de l'Owens College et, en 1876-1880, il étudie à l'Université de Cambridge au célèbre Trinity College (Trinity College). En janvier 1880, Thomson réussit ses examens finaux et commença à travailler au laboratoire Cavendish. Son premier article, publié en 1880, était consacré à la théorie électromagnétique de la lumière. L'année suivante, deux articles paraissent, dont l'un jette les bases de la théorie électromagnétique de la masse. Thomson était obsédé par la physique expérimentale. Obsédé au meilleur sens du terme. Les réalisations scientifiques de Thomson ont été très appréciées par Rayleigh, directeur du laboratoire Cavendish. Parti en 1884 comme directeur, il n'hésite pas à recommander Thomson comme son successeur. De 1884 à 1919, Thomson dirige le laboratoire Cavendish. Pendant ce temps, il est devenu un centre majeur de la physique mondiale, une école internationale de physiciens. Ici, ils ont commencé leur voyage scientifique Rutherford, Bohr, Langevin et bien d'autres, dont des scientifiques russes. Le programme de recherche de Thomson était vaste : questions du passage du courant électrique à travers les gaz, théorie électronique des métaux, recherche sur la nature des différents types de rayons... Reprenant l'étude des rayons cathodiques, Thomson décida d'abord de vérifier si ses prédécesseurs, qui avaient réalisé la déviation des rayons par des champs électriques, avaient mené les expériences avec suffisamment de soin. Il conçoit une expérience répétée, conçoit un équipement spécial pour celle-ci, surveille lui-même l'exactitude de l'exécution de la commande et le résultat attendu est évident. Dans le tube conçu par Thomson, les rayons cathodiques sont docilement attirés par la plaque chargée positivement et clairement repoussés par la plaque négative. C'est-à-dire qu'ils se sont comportés comme il était censé l'être pour un flux de minuscules corpuscules se déplaçant rapidement et chargés d'électricité négative. Excellent résultat ! Il pourrait certainement mettre fin à toutes les disputes sur la nature des rayons cathodiques. Mais Thomson ne considérait pas ses recherches comme terminées. Après avoir déterminé qualitativement la nature des rayons, il a voulu donner une définition quantitative exacte des corpuscules qui les composent. Inspiré par le premier succès, il conçoit un nouveau tube : une cathode, des électrodes accélératrices en forme d'anneaux et de plaques, auxquelles on peut appliquer une tension de déviation. Sur la paroi opposée à la cathode, il dépose une fine couche d'une substance capable de rougeoyer sous l'impact de particules incidentes. Il s'est avéré être l'ancêtre des tubes à rayons cathodiques, si familiers à l'ère des téléviseurs et des radars. Le but de l'expérience de Thomson était de dévier un groupe de corpuscules avec un champ électrique et de compenser cette déviation avec un champ magnétique. Les conclusions auxquelles il est arrivé à la suite de l'expérience étaient étonnantes. Tout d'abord, il s'est avéré que les particules volaient dans le tube à des vitesses énormes proches de la vitesse de la lumière. Et deuxièmement, la charge électrique par unité de masse des corpuscules était incroyablement grande. De quel type de particules s'agissait-il : des atomes inconnus portant d'énormes charges électriques, ou de minuscules particules de masse négligeable, mais avec une charge plus petite ? De plus, il a découvert que le rapport de la charge spécifique à la masse unitaire est une valeur constante, indépendante de la vitesse des particules, ou du matériau de la cathode, ou de la nature du gaz dans lequel la décharge se produit. Une telle indépendance était alarmante. Il semble que les corpuscules étaient une sorte de particules universelles de matière, parties constitutives des atomes. "Après une longue discussion sur les expériences", écrit Thompson dans ses mémoires, "il s'est avéré que je ne pouvais pas éviter les conclusions suivantes : 1. Que les atomes ne sont pas indivisibles, car des particules chargées négativement peuvent en être extraites sous l'influence de forces électriques, de l'impact de particules en mouvement rapide, de la lumière ultraviolette ou de la chaleur. 2. Que ces particules ont toutes la même masse, portent la même charge d'électricité négative, quel que soit le type d'atomes dont elles proviennent, et sont des composants de tous les atomes. 3. La masse de ces particules est inférieure à un millième de la masse d'un atome d'hydrogène. J'ai d'abord appelé ces particules corpuscules, mais elles sont maintenant appelées par le nom plus approprié "électron". Thomson commença à faire les calculs. Tout d’abord, il fallait déterminer les paramètres des corpuscules mystérieux, et alors, peut-être, il serait possible de décider de quoi il s’agissait. Les résultats des calculs ont montré : sans aucun doute, les particules inconnues ne sont rien de plus que les plus petites charges électriques - des atomes d'électricité indivisibles, ou des électrons. Le 29 avril 1897, dans la salle où se déroulaient les réunions de la Royal Society de Londres depuis plus de deux cents ans, eut lieu son rapport. Les auditeurs étaient ravis. La joie des personnes présentes ne s'expliquait pas du tout par le fait que son collègue J. J. Thomson avait révélé de manière si convaincante la véritable nature des rayons cathodiques. La situation était bien plus grave. Les atomes, les principaux éléments constitutifs de la matière, ont cessé d'être des grains ronds élémentaires, impénétrables et indivisibles, des particules sans aucune structure interne... Si des corpuscules chargés négativement pouvaient s'envoler, alors les atomes devaient être une sorte de système complexe, un système constitué de quelque chose chargé d'électricité positive et de corpuscules chargés négativement - les électrons. Maintenant, les directions les plus nécessaires des recherches futures sont devenues visibles. Tout d'abord, bien sûr, il fallait déterminer exactement la charge et la masse d'un électron. Cela permettrait de clarifier les masses des atomes de tous les éléments, de calculer les masses des molécules et de donner des recommandations pour la préparation correcte des réactions. En 1903, dans le même laboratoire Cavendish de Thomson, G. Wilson apporta un changement important à la méthode de Thomson. Dans un récipient dans lequel une expansion adiabatique rapide de l'air ionisé est effectuée, des plaques de condensateur sont placées, entre lesquelles il est possible de créer un champ électrique et d'observer la chute du nuage, à la fois en présence d'un champ et dans son absence. Les mesures de Wilson ont donné une valeur pour la charge d'un électron de 3,1 fois 10 à la puissance moins dixième de abs. e-mail unités La méthode de Wilson a été utilisée par de nombreux chercheurs, y compris les étudiants de l'Université de Saint-Pétersbourg Malikov et Alekseev, qui ont trouvé la charge égale à 4,5 fois 10 à la puissance moins dixième de l'abs. e-mail unités C'était le résultat le plus proche de la vraie valeur obtenue avant que Millikan ne commence à mesurer avec des gouttes individuelles en 1909. Ainsi, l'électron a été découvert et mesuré - une particule universelle d'atomes, la première des soi-disant «particules élémentaires» découvertes par les physiciens. Cette découverte a permis aux physiciens, tout d'abord, de se poser la question de l'étude des propriétés électriques, magnétiques et optiques de la matière d'une manière nouvelle. Auteur : Samin D.K.
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