Eugen Goldstein: Odkrycia i wkłady

Eugen Goldstein był czołowym niemieckim fizykiem, urodzonym w dzisiejszej Polsce w 1850 roku. Jego praca naukowa obejmuje eksperymenty ze zjawiskami elektrycznymi w gazach i promieniach katodowych.

Goldstein zidentyfikował istnienie protonów jako równych i przeciwnych ładunków dla elektronów. Odkrycie to przeprowadzono w wyniku eksperymentów z lampami katodowymi w 1886 roku.

Jednym z jego najwybitniejszych zapisów było odkrycie protonów, a także promieni kanałowych, znanych również jako promienie anodowe lub dodatnie.

Czy istniał model atomowy Goldsteina?

Godlstein nie zaproponował modelu atomowego, chociaż jego odkrycia pozwoliły na opracowanie modelu atomowego Thomsona.

Z drugiej strony jest on czasami uznawany za odkrywcę protonu, który obserwuję w lampach próżniowych, gdzie obserwował promienie katodowe. Ernest Rutherford jest jednak uważany za odkrywcę w środowisku naukowym.

Eksperymenty z promieniami katodowymi

Rurki Crookesa

Goldstein rozpoczął eksperymenty z lampami Crookesa w dekadzie lat 70. Następnie dokonał modyfikacji struktury opracowanej przez Williama Crookesa w XIX wieku.

Podstawowa konstrukcja rury Crookesa składa się z pustej rurki ze szkła, wewnątrz której krążą gazy. Ciśnienie gazów wewnątrz rurki jest regulowane przez łagodzenie odprowadzania powietrza z wnętrza rury.

Urządzenie ma dwie metalowe części, jedną na każdym końcu, które działają jak elektrody, a oba końce są połączone z zewnętrznymi źródłami napięcia.

Podczas elektryzowania rury powietrze jonizuje się i staje się przewodnikiem elektryczności. W rezultacie gazy stają się fluorescencyjne, gdy obwód jest zamknięty między dwoma końcami rury.

Crookes doszedł do wniosku, że zjawisko to było spowodowane istnieniem promieni katodowych, to znaczy przepływu elektronów. W tym eksperymencie wykazano istnienie cząstek elementarnych o ładunku ujemnym w atomach.

Modyfikacja rur Crookesa

Goldstein zmodyfikował strukturę tuby Crookesa i dodał kilka perforacji do jednej z katod metalowych tuby.

Ponadto powtórzył eksperyment z modyfikacją rurki Crookesa, zwiększając napięcie między końcami rury do kilku tysięcy woltów.

W tej nowej konfiguracji Goldstein odkrył, że rura emituje nowy blask, który zaczął się od końca perforowanej rury.

Najważniejsze jednak jest to, że promienie te poruszają się w kierunku przeciwnym do promieni katodowych i są nazywane promieniami kanałowymi.

Goldstein doszedł do wniosku, że oprócz promieni katodowych, które wędrowały od katody (ładunek ujemny) do anody (ładunek dodatni), pojawił się kolejny promień przemieszczający się w przeciwnym kierunku, to znaczy od anody do katody zmodyfikowanej rury.

Ponadto zachowanie cząstek w odniesieniu do ich pola elektrycznego i pola magnetycznego było całkowicie przeciwne do działania promieni katodowych.

Ten nowy przepływ został ochrzczony przez Goldsteina jako promienie kanałowe. Ponieważ promienie kanałów przemieszczały się w kierunku przeciwnym do promieni katodowych, Goldstein wywnioskował, że natura ich ładunku elektrycznego musi być również przeciwna. Oznacza to, że promienie kanału miały ładunek dodatni.

Promienie kanału

Promienie kanałowe powstają, gdy promienie katodowe zderzają się z atomami gazu, który jest zamknięty w probówce.

Cząstki o równych ładunkach odpychają się. Zaczynając od tej bazy, elektrony promienia katodowego odpychają elektrony atomów gazu, a te ostatnie odrywają się od pierwotnej formacji.

Atomy gazu tracą ładunek ujemny i są naładowane dodatnio. Kationy te są przyciągane do elektrody ujemnej rury, biorąc pod uwagę naturalne przyciąganie między przeciwstawnymi ładunkami elektrycznymi.

Goldstein nazwał te promienie „Kanalstrahlen”, odnosząc się do odpowiednika promieni katodowych. Dodatnio naładowane jony, które tworzą promienie kanału, poruszają się w kierunku perforowanej katody, dopóki nie przejdą przez nią, biorąc pod uwagę charakter eksperymentu.

Stąd ten typ zjawiska jest znany w świecie naukowym jako promienie kanałowe, ponieważ przechodzą one przez istniejącą perforację w katodzie probówki.

Modyfikacja lamp katodowych

Podobnie eseje Eugena Godlsteina znacząco przyczyniły się do pogłębienia technicznych pojęć dotyczących promieni katodowych.

Dzięki eksperymentom na rurach próżniowych Goldstein wykrył, że promienie katodowe mogą powodować ostre cienie emisji prostopadłe do obszaru pokrytego katodą.

Odkrycie to było bardzo przydatne do zmodyfikowania konstrukcji dotychczas stosowanych lamp katodowych i do umieszczenia wklęsłych katod w ich rogach, w celu wytworzenia skupionych promieni, które będą wykorzystywane w różnych zastosowaniach w przyszłości.

Z drugiej strony promienie kanału, znane również jako promienie anodowe lub promienie dodatnie, zależą bezpośrednio od właściwości fizykochemicznych gazu zawartego w rurze.

W związku z tym zależność między ładunkiem elektrycznym a masą cząstek będzie różna w zależności od natury gazu używanego podczas eksperymentu.

Z tym wnioskiem wyjaśniono fakt, że cząstki wydostały się z gazu, a nie anody zelektryfikowanej rury.

Wkłady Goldsteina

Pierwsze kroki w odkryciu protonu

Opierając się na pewności, że ładunek elektryczny atomów jest neutralny, Goldstein podjął pierwsze kroki w celu zweryfikowania istnienia cząstek podstawowych naładowanych dodatnio.

Podstawy współczesnej fizyki

Badania Goldsteina przyniosły ze sobą podstawy współczesnej fizyki, ponieważ wykazanie istnienia promieni kanałowych pozwoliło sformalizować ideę, że atomy poruszają się szybko iz określonym wzorem ruchu.

Ten typ pojęć był kluczowy w tym, co obecnie znane jest jako fizyka atomowa, czyli w dziedzinie fizyki, która bada zachowanie i właściwości atomów w całości.

Badanie izotopowe

Tak więc analiza Goldsteina doprowadziła do badania izotopów, na przykład wśród wielu innych zastosowań naukowych, które obecnie są w pełni skuteczne.

Jednak społeczność naukowa przypisuje odkrycie protonu nowojorskiemu chemikowi i fizykowi Ernestowi Rutherfordowi w połowie 1918 roku.

Odkrycie protonu, jako odpowiednika elektronu, położyło podwaliny pod budowę modelu atomowego, który znamy dzisiaj.