Якія часціцы адкрыў Радэрфорд? Вопыт і схема вопыту Рэзерфорда

Эрнэст Радэрфорд - бліскучы навуковец, які здзейсніў некалькі сапраўды вялікіх адкрыццяў па хіміі і фізіцы. Якое дасягненне павярнула фізіку па новым шляху развіцця? Якія часціцы адкрыў Радэрфорд? Падрабязнасці біяграфіі і навуковай дзейнасці даследчыка даведайцеся далей у артыкуле.

Пачатак жыццёвага шляху

Біяграфія Рэзерфорда пачынаецца з маленькага гарадка Спринг-грув ў Новай Зеландыі. Там ў 1871 годзе ў сям'і перасяленцаў і нарадзіўся будучы фізік і навуковец. Яго бацька, шатландзец па паходжанні, быў майстрам па дрэваапрацоўцы і меў уласнае прадпрыемства. Ад яго Радэрфорд набыў карысныя для наступнай працы навыкі канструявання.

Першыя поспехі адбываюцца ўжо ў школе, дзе за выдатную вучобу ён атрымаў стыпендыю для каледжа. Спачатку Эрнэст Радэрфорд навучаецца ў каледжы Нэльсана, затым паступае ў Кентэрберы. Валодаючы выдатнай памяццю і бліскучымі ведамі, ён прыкметна адрозніваецца сярод іншых студэнтаў.

Радэрфорд атрымлівае ўзнагароду па матэматыцы, піша першую навуковую працу па фізіцы «Магнетизация жалеза пры высокачашчынных разрадах». У сувязі з працай ён вынаходзіць адзін іх першых прыбораў для распазнання магнітных хваль.

У 1895 году фізік Радэрфорд спрачаецца з хімікам Маклореном за ўладанне стыпендыю імя Сусветнай Выставы. Па збегу абставін супернік адмаўляецца ад узнагароды, і Радэрфорд прадастаўляецца ўдалы шанец заваяваць навуковы свет. Ён з'язджае ў Англію ў Кавендишевскую лабараторыю і становіцца доктарам навук пад кіраўніцтвам Джозэфа Томсана.

Навуковыя працы і дасягненні

Прыехаўшы ў Англію, студэнту ледзь хапае выдадзенай стыпендыі. Ён пачынае падпрацоўваць рэпетытарам. Навуковы кіраўнік Рэзерфорда адразу ж адзначыў яго вялікі патэнцыял, і не памыліўся. Томсан прапанаваў юнаму фізіку вывучаць іянізацыю газу рэнтгенаўскімі прамянямі. Разам навукоўцы адкрылі, што пры гэтым узнікае з'ява насычэння току.

Пасля паспяховай працы з Томсанам, ён паглыбляецца ў вывучэнне прамянёў бекерэляў, якія пазней Марыя Склодовская-Кюры назаве радыёактыўнымі. У гэты час ён здзяйсняе сваё першае важнае адкрыццё, выявіўшы існаванне невядомых да гэтага часціц, вывучае ўласцівасці ўрану і торыя.

Пазней ён становіцца прафесарам універсітэта ў Манрэалі. Разам з Фрэдэрыкам Содди вучоны вылучае ідэю аб пераўтварэнні элементаў у працэсе распаду. Адначасова з гэтым Радэрфорд піша навуковыя працы «Радыёактыўнасць» і «Радыёактыўныя ператварэння», якія прыносяць яму вядомасць. Ён становіцца членам Каралеўскага супольнасці, узнагароджваецца дваранскім тытулам.

За даследаванні распаду радыеактыўных элементаў у 1908 годзе Эрнэст Радэрфорд прысуджаюць Нобелеўскую прэмію. Вучоны адкрыў эманацыю торыя, штучную трансмутацию элементаў пры апрамяненні ядраў азоту, напісаў тры тамы прац. Адным з найважнейшых яго дасягненняў з'яўляецца стварэнне мадэлі атамнага ядра.

Якія часціцы адкрыў Радэрфорд?

У вывучэнні радыеактыўнага выпраменьвання Радэрфорд быў не першым. Да яго гэтую вобласць актыўна асвойвалі фізік Бекерэль і жонкі Кюры. З'ява радыеактыўнасці тады было адкрыта зусім нядаўна, а энергія лічылася знешніх крыніцай. Уважліва вывучаючы уранавыя солі і іх ўласцівасці, Радэрфорд заўважыў, што прамяні, адкрытыя Бекерэлем з'яўляюцца неаднародным.

Эксперымент Рэзерфорда з фальгой паказаў, што радыеактыўны прамень дзеліцца на некалькі патокаў часціц. Адзін паток алюмініевая фальга здольная паглынуць, іншы можа праходзіць праз іх. Кожны з іх - гэта мноства дробных элементаў, названых навукоўцам альфа-і бэта-часціцамі або прамянямі. Праз два гады француз Виллар адкрыў трэці від прамянёў, якія па прыкладзе Рэзерфорда назваў гама-прамянямі.

Тое, якія часціцы адкрыў Радэрфорд, аказала вялікі ўплыў на развіццё ядзернай фізікі. Быў зроблены прарыў і даказана, што энергія зыходзіць з саміх атамаў ўрану. Альфа-часціцы вызначаліся як станоўча зараджаныя атамы гелія, бэта-часціцы з'яўляліся электронамі. Адкрытыя пазней гама-часціцы - гэта электрамагнітнае выпраменьванне.

радыеактыўны распад

Адкрыццё Рэзерфорда дало штуршок не толькі фізічнай навуцы, але і яму самому. Ён працягвае вывучаць радыеактыўнасць ў Манрэальскім універсітэце ў Канадзе. Разам з хімікам Содди яны праводзяць шэраг эксперыментаў, пры дапамозе якіх адзначаюць, што атам змяняецца падчас выпускання сваіх часціц.

Падобна сярэднявечным алхімік, навукоўцы пераўтвораць ўран у свінец, здзяйсняючы чарговы навуковы прарыў. Так быў адкрыты радыеактыўны распад. Закон, згодна з якім адбываецца распад, Резерфор і Содди апісалі ў працах «Радыёактыўнае ператварэнне» і «Параўнальнае вывучэнне радыеактыўнасці радыя і торыя».

Даследчыкі вызначаюць залежнасць інтэнсіўнасці распаду ад колькасці радыеактыўных атамаў ва ўзоры, а таксама ад прошлага часу. Было адзначана, што з цягам часу актыўнасць распаду памяншаецца ў геаметрычнай прагрэсіі. Для кожнага рэчывы патрабуецца свой час. На аснове хуткасці распаду Рэзерфорда ўдалося сфармуляваць прынцып паўраспаду.

Планетарная мадэль атама

У пачатку XX стагоддзя ўжо было праведзена мноства эксперыментаў па вывучэнні прыроды атамаў і радыеактыўнасці. Радэрфорд і Виллар адкрываюць альфа-, бэта-і гама-прамяні, а Джозэф Томсан у сваю чаргу адкрывае электрон. Ён вымярае стаўленне зарада да масы электрона і пераконваецца, што часціца ўваходзіць у склад атама.

На аснове свайго адкрыцця Томсан стварае мадэль атама. Вучоны лічыць, што апошні мае шарападобным форму, па ўсёй паверхні якой распаўсюджаныя станоўча зараджаныя часціцы. Ўнутры шара знаходзіцца адмоўна зараджаныя электроны.

Некалькі гадоў праз Радэрфорд абвяргае тэорыю свайго настаўніка. Ён сцвярджае, што атам мае ядро, якое зараджана станоўча. А вакол яго, нібы планеты вакол сонца, круцяцца электроны пад дзеяннем кулонаўскімі сіл.

Схема вопыту Рэзерфорда

Радэрфорд быў выбітным эксперыментатарам. Таму, усумніўшыся ў мадэлі Томсана, ён вырашыў абвергнуць яе дасведчаным шляхам. Томсоновский атам павінен быў выглядаць як шарападобнае воблака з электронаў. Тады альфа-часціцы павінны свабодна праходзіць скрозь фальгу.

Для эксперыменту Радэрфорд сканструяваў прыбор з свінцовага скрыні з невялікім адтулінай, у якім знаходзіўся радыёактыўны матэрыял. Скрыню паглынала альфа-часціцы ва ўсіх напрамках, акрамя таго, дзе знаходзілася адтуліну. Так ствараўся накіраваны струмень часціц. Наперадзе знаходзілася некалькі свінцовых экранаў з прарэзамі, каб адсеяць часціцы, якія адхіляюцца ад зададзенага курсу.

Выразна сфакусаваны альфа-прамень, які прайшоў праз усе перашкоды, накіроўваўся на вельмі тонкі ліст залатой фальгі. За ёю знаходзіўся люмінесцэнтны экран. Кожны кантакт часціц з ім рэгістраваўся ў выглядзе ўспышкі. Так можна было судзіць аб адхіленні часціц пасля праходжання скрозь фальгу.

На здзіўленне самому Рэзерфорда, многія часціцы адхіляліся пад вялікімі кутамі, некаторыя нават на 180 градусаў. Гэта дазволіла навукоўцу выказаць здагадку, што асноўную масу атама складае шчыльнае рэчыва ўнутры яго, якое пасля названа ядром.

Схема вопыту Рэзерфорда:

крытыка мадэлі

Ядзерная мадэль Рэзерфорда спачатку падвяргалася крытыцы, бо ішла насуперак з законамі класічнай электрадынамікі. Круцячыся, электроны павінны губляць энергію і выпраменьваць электрамагнітныя хвалі, але гэтага не адбываецца, а значыць, яны знаходзяцца ў стане спакою. У такім выпадку электроны павінны падаць на ядро, а не круціцца вакол яго.

Разабрацца з гэтай з'явай выпала Нільсу Бары. Ён устанаўлівае, што ў кожнага электрона ёсць свая арбіта. Пакуль электрон на ёй, ён не выпраменьвае энергію, але паскарэнне мае. Вучоны ўводзіць паняцце квантаў - порцый энергіі, якая вызваляецца, калі электроны пераходзяць на іншыя арбіты.

Такім чынам, Нільс Бор стаў адным з заснавальнікаў новай галінкі навукі - квантавай фізікі. Правільнасць мадэлі Рэзерфорда была даказаная. У выніку паняцце аб матэрыі і яе руху цалкам змяніліся. А мадэль часам называюць атамам Бора-Рэзерфорда.

Цікавыя факты пра вучонага

Нобелеўскую прэмію Эрнэст Радэрфорд атрымаў раней, чым здзейсніў самае важнае дасягненне свайго жыцця - адкрыў атамная ядро і ўсталяваў планетарную мадэль атама.

Знамянальная адкрыццё Рэзерфорда прывяло да з'яўлення новай галіны, якая вывучае будову атамнага ядра. Яна атрымала назву нуклеарная або ядзерная фізіка.

Фізік валодаў не толькі даследчым, але і выкладчыцкім талентам. Дванаццаць яго вучняў былі лаўрэатамі Нобелеўскай прэміі ў галіне фізікі і хіміі. Сярод іх Фрэдэрык Содди, Генры Мозли, Ота Ган і іншыя вядомыя асобы.

Навукоўцу часта прыпісваюць адкрыццё азоту, што з'яўляецца памылковым. Бо гэтым праславіўся зусім іншы выгляд Радэрфорда. Газ адкрыў батанік і хімік Даніэль Радэрфорд, які пражываў на стагоддзе раней выбітнага фізіка.

заключэнне

Брытанскі навуковец Эрнэст Радэрфорд праславіўся сярод калегаў цягай да эксперыментаў. За ўсё жыццё вучоны правёў мноства досведаў, дзякуючы якім яму ўдалося адкрыць альфа-і бэта-часціцы, сфармуляваць закон распаду і паўраспаду, распрацаваць планетарную мадэль атама. Да яго лічылася, што энергія з'яўляецца знешніх крыніцай. Але пасля таго, як навуковы свет даведаўся, якія часціцы адкрыў Радэрфорд, фізікі змянілі сваё меркаванне. Дасягнення вучонага дапамаглі зрабіць велізарныя крокі ў развіцці фізікі і хіміі, а таксама спрыялі з'яўленню такой галіны як ядзерная фізіка.