Rutherford Ernest: biografie, experimenty, objevy

Rutherford Ernest (roky života: 30.08.1871 - 19.10.1937) - anglický fyzik, tvůrce planetového modelu atomu, zakladatel jaderné fyziky. Byl členem Královské společnosti v Londýně a od roku 1925 do roku 1930 - a jeho prezidenta. Tato osoba je vlastníkem Nobelova cena v chemii,

Budoucí vědec se narodil v rodině Jamesa Rutherforda, kolového mistra a učitele Marthy Thompsonové. Kromě něj měla rodina 5 dcer a 6 synů.

Školení a první ceny

Předtím, než se rodina přestěhovala z jižního ostrova Nového Zélandu na sever v roce 1889, studuje Rutherford v Christchurchu na Canterbury College. Již v té době byly odhaleny vynikající schopnosti budoucího vědce. Po skončení 4. ročníku získal Ernest cenu za nejlepší práci v oblasti matematiky a také získal 1. místo v magisterských zkouškách z fyziky a matematiky.

Vynález magnetického detektoru

Stát se uměleckým mistrem, Rutherford neopustil vysokou školu. Ponořil se do nezávislé vědecké práce o magnetizaci železa. Navrhl a vyrobil speciální zařízení - magnetický detektor, který se stal jedním z prvních přijímačů elektromagnetických vln na světě, stejně jako vstupní lístek Rutherforda do velké vědy. Ve svém životě se brzy objevila důležitá změna.

Rutherford jde do Anglie

Nejnadanější mladí lidé anglické koruny z Nového Zélandu dostali každé dva roky stipendium. Světová výstava z roku 1851, která dala možnost jít do Anglie, aby studovala vědy. V roce 1895 bylo rozhodnuto, že tito noví Zealandři si zaslouží takovou čest - fyzik Rutherford a chemik Maclaurin. Nicméně tam bylo jen jedno místo a Ernestovy naděje padly. Naštěstí byl MacLaurin nucen rodinnými okolnostmi opustit tuto cestu a Rutherford Ernest na podzim roku 1895 přišel do Anglie. Zde začal pracovat na univerzitě v Cambridgi (v Cavendish Laboratory) a stal se prvním doktorandem J. Thomsona, jeho ředitele (na obrázku níže).

Studium paprsků Becquerela

Thomson už byl slavný vědec, jeden z členů ctěné královské londýnské společnosti. Rychle vyhodnotil schopnosti Rutherforda a přilákal jej k práci na studium ionizace plynů pod vlivem rentgenových paprsků, které vedl. Již v létě roku 1898 podnikl Ernest své první kroky v jiné oblasti výzkumu. Zajímal se o Becquerelovy paprsky. Ozařování uranové soli, objevené Becquerelem, fyzikem z Francie, později se stal známým jako radioaktivní. Francouzský vědec, stejně jako pár Curie, se aktivně zapojili do svého výzkumu. V roce 1898 se k dílu připojil i Rutherford Ernest. Tento vědec zjistil, že tyto paprsky zahrnují proudy heliových jader, pozitivně nabité (částice alfa) a elektronové toky (beta částice).

Další studium uranu

Na Pařížské akademii věd 18. července 1898 byla prezentována práce Curieho páru, která vyvolala velký zájem o Rutherforda. V něm autoři poukázali na to, že kromě uranu existují i ​​jiné radioaktivní prvky (tento termín byl poprvé používán). Rutherford později představil pojem poločas - jeden z hlavních charakteristických rysů těchto prvků.

Ernest v prosinci 1897 rozšířil výstavní stipendium. Vědec dostal příležitost dále studovat uranové paprsky. Nicméně v dubnu 1898 bylo v Montrealu uvolněno místo profesora místní McGillovy univerzity a Ernest se rozhodl jít do Kanady. Je čas na učení. Bylo jasné, že Rutherford už byl připraven pracovat samostatně.

Přesun do Kanady a nová práce

Na podzim roku 1898 se uskutečnil transfer do Kanady. Zpočátku Rutherfordovo učení nepřišlo dobře: studentům se nelíbila přednáška, kterou mladý profesor, který se ještě nenaučil úplně cítit publikum, nasytil detaily. Ve vědecké práci se vyskytly i určité potíže, protože příchod radioaktivních přípravků objednaných Rutherfordem byl odložen. Nicméně, všechny drsnosti byly brzy vyhlazeny, a pro Ernest začal sérii úspěchů a úspěchů. Nicméně není snadné mluvit o úspěchu: všechno bylo dosaženo těžkou prací, která zahrnuje nové přátele a podobně smýšlející lidi.

Objev zákonu o radioaktivních přeměnách

Kolem Rutherfordu se vytvořila atmosféra tvůrčího nadšení a nadšení. Práce byla radostná a napjatá, vedla k velkému úspěchu. Rutherford v roce 1899 objevil emanaci thoria. Spolu se Sodym v letech 1902-1903 dospěl k obecnému zákonu platnému pro všechny radioaktivní transformace. Měli bychom o této významné vědecké události něco říci.

Vědci po celém světě pevně uchopili, že je nemožné přeměnit některé chemické prvky na jiné, takže je nutné pohřbít sny alchymistů navždy, aby získali zlato z olova. A nyní se objevilo dílo, ve kterém bylo tvrzeno, že v případě radioaktivních rozpadů se transformace prvků nejen vyskytují, ale nemohou ani zpomalit ani zastavit. Kromě toho byly formulovány zákony těchto transformací. Dnes chápeme, že náboj jádra určuje chemické vlastnosti prvku a jeho polohu v periodickém systému Mendelejeva. Když se dvě jednotky sníží náboj jádra, který se vyskytuje při alfa rozkladu, "pohybuje se" směrem nahoru na 2 buňkách v periodické tabulce. Jedna buňka dolů je přemístěna elektronickým rozkladem beta a na buňce nahoru - s pozitronem. Navzdory zřejmosti tohoto zákona a jeho zdánlivé jednoduchosti byl tento objev jednou z nejdůležitějších událostí ve vědě z počátku 20. století.

Manželství s Mary Georgine Newtonovou, narození její dcery

Současně se v Ernestově osobním životě odehrála důležitá událost. Pět let po angažmá s Mary Georginou Newtonovou se oženil vědec Ernest Rutherford, jehož biografie byla již tehdy poznamenána významnými úspěchy. Tato dívka byla dcerou hostesky penzionu v Christchurchu, kde kdysi žil. V roce 1901 30. března se narodila jediná dcera z rodiny Rutherfordů. Tato událost se téměř časově shodovala s narozením ve fyzice nové kapitoly - fyziky jádra. A o dva roky později se stal Rutherford členem Královské společnosti v Londýně.

Rutherfordovy knihy, pokusy o průsvitnost fólie pomocí alfa částic

Ernest vytvořil dvě knihy, ve kterých shrnul výsledky svého vědeckého výzkumu a úspěchů. První se objevil pod názvem "Radioaktivita" v roce 1904. "O rok později se objevily" radioaktivní transformace ". Autor těchto knih začal v této době nový výzkum. Uvědomil si, že z atomů pochází radioaktivní záření, místo původu však zůstává naprosto nejasné. Bylo nutné studovat strukturu jádra. A pak se Ernest obrátil na způsob přenosu alfa částic, s nímž začal pracovat s Thomsonem. V experimentech jsme se zabývali průchodem těchto částic tenkými vrstvami fólie.

První atomový model navrhovaný společností Thomson

První model atomu byl navržen, když bylo známo, že elektrony mají záporný náboj. Vstupují však do atomů, které jsou obecně elektricky neutrální. Takže musí existovat něco ve složení, které nese kladný náboj. K řešení tohoto problému navrhl Thomson následující model: atom je něco jako kladně nabitá kapka, jejíž poloměr je sto milionů centimetrů. Uvnitř jsou malé elektrony s negativním nábojem. Oni mají tendenci obsadit pozici v samém středu atomu pod vlivem Coulombových sil, ale pokud je něco narušuje, oscilují, doprovázené zářením. Tento model vysvětlil existenci spektra záření - což bylo v té době známé. Z experimentů bylo jasné, že v pevných tělech jsou vzdálenosti mezi atomy přibližně stejné jako jejich rozměry. Zdálo se proto zřejmé, že částice alfa nemohou proletět fólií, stejně jako kámen neletí lesem, ve kterém se stromy přibližují k sobě. První pokusy provedené Rutherfordem však přesvědčily, že tomu tak nebylo. Většina alfa částic, která se téměř odchyluje, pronikla fólií a jen v některých případech byla odchylka, někdy významná. To se velmi zajímá o Ernesta Rutherforda. Zajímavé fakty vyžadovaly další studium.

Planetární model Rutherforda

A pak se znovu objevila Rutherfordova intuice a schopnost tohoto vědce pochopit jazyk přírody. Ernest rozhodně opustil navrhovaný Thomsonův model atomu. Rutherfordovy experimenty vedly k tomu, že předal svůj vlastní, nazvaný planetární. Podle něj je jádro ve středu atomu, v němž je soustředěna veškerá hmotnost daného atomu, a to i přes jeho malou velikost. A kolem jádra, jako planety otáčející se kolem Slunce, se pohybují elektrony. Jejich hmotnost je podstatně menší než u alfa částic, a proto se tyto hmoty prakticky neodchylují, když proniknou elektronové mraky. A jen když alfa-částic letí kolem jádra, pozitivně nabitý, Coulomb odpuzující síla je schopna ostře zakřivovat dráhu svého pohybu. To je teorie Rutherforda. Nepochybně to byl velký objev.

Zákony elektrodynamiky a planetárního modelu

Rutherfordova zkušenost stačila k tomu, aby přesvědčila mnoho vědců o existenci planetárního modelu. Ukázalo se však, že to není tak jednoznačné. Vzorec Rutherford, který odvozil na základě tohoto modelu, byl v souladu s údaji získanými během experimentu. Nicméně vyvrátila zákony elektrodynamiky!

Tyto zákony, které byly založeny především v dílech Maxwella a Faradaya, tvrdí, že náboj, který se zrychluje, vydává elektromagnetické vlny a ztrácí energii kvůli tomu. V atomu Rutherforda se elektron pohybuje v oblasti Coulombova jádra zrychleného a podle Maxwellovy teorie musí ztratit veškerou energii za deset miliónů sekundy a pak upadnout na jádro. To se však nestalo. V důsledku toho Rutherfordova formulace vyvrátila Maxwellovu teorii. Ernest o tom věděl, když v roce 1907 přišel čas vrátit se do Anglie.

Přesun do Manchesteru a obdržení Nobelovy ceny

Práce Ernestu na McGhilově univerzitě přispěla k tomu, že se stal velmi slavným. Rutherford se začal snažit pozvat do vědeckých center různých zemí. Vědec na jaře 1907 se rozhodl opustit Kanadu a přišel do Manchesteru na univerzitě ve Victorii, kde pokračoval ve studiu. Spolu s H.Geygerom vytvořil v roce 1908 čítače alfa částic - nové zařízení, která hraje důležitou roli v objasnění skutečnosti, že částice alfa - atomů hélia je dvakrát ionizuje. Rutherford Ernest, jehož objevy měly velký význam, získal v roce 1908 Nobelovu cenu (v chemii, ne ve fyzice!).

Spolupráce s Nielsem Bohr

Mezitím planetární model obsadil jeho myšlenky stále více. A v březnu 1912 začal Rutherford spolupracovat a spolupracovat s Nielsem Bohrem. Největší zásluha Bohr (jeho fotografie je uvedena níže) spočívá v tom, že do planetárního modelu představil zcela nové vlastnosti - myšlenku kvant.

Předložil "postuláty", které se na první pohled zdály být vnitřně protichůdné. Podle jeho názoru existují v atomu dráhy. Elektron, pohybující se podél nich, nevyzařuje, na rozdíl od zákonů elektrodynamiky, i když má zrychlení. Tento vědec poukázal na pravidlo, podle kterého můžete tyto oběžné dráhy najít. Zjistil, že radiační kvanta se objevuje pouze tehdy, když elektron přejde z oběžné dráhy na oběžnou dráhu. Model atomu Rutherford-Bora vyřešila mnoho problémů a také se stala průlom ve světě nových myšlenek. Jeho objev vedl k radikální revizi pojmů hmoty, jejího pohybu.

Další rozsáhlé aktivity

V roce 1919 se stal Rutherford profesorem na Cambridge University, stejně jako ředitelem laboratoře Cavendish. Desítky vědců ho správně považovaly za svého učitele, které následně získaly Nobelovu cenu. Tito jsou J. Chadwick, G. Mosley, M. Oliphant, J. Cockroft, O. Gan, W. Geithler, Yu.B. Khariton, P.L. Kapitsa, G. Gamow a další. Tok vyznamenání a ocenění se stal hojnějším. V roce 1914 přijal Rutherford šlechtu. Stal se prezidentem britské asociace v roce 1923 a od roku 1925 do roku 1930 byl prezidentem královské společnosti. Titul barona Ernesta obdrží v roce 1931 a stává se pánem. Nicméně, navzdory stále silnějším tlakům, a to nejen vědeckým, pokračuje v útoku na tajemství jádra a atomu.

Nabízíme vám jeden zajímavý fakt související s vědeckou prací Rutherforda. Je známo, že Ernest Rutherford použita následující kritéria při výběru zaměstnance: dal muže, který k němu přišel poprvé, zaměstnání, a je-li nový zaměstnanec pak přemýšlel, co dělat dál, byl okamžitě propuštěn.

Vědec již zahájil experimenty, které skončily objevem umělého rozdělení atomových jader a umělé konverze chemických prvků. V roce 1920 Rutherford předpověděl existenci deuteronu a neutronu, a v roce 1933 se stal iniciátorem a účastníka experimentu ověřit existující vztah s jadernými procesy energie a hmoty. V roce 1932 v dubnu podpořil myšlenku použití urychlovačů protonů při studiu jaderných reakcí.

Smrt Rutherforda

Obrovský vliv na vědu a technologie, na životy milionů lidí poskytli práce Ernesta Rutherforda a díla jeho žáků patřících k několika generacím. Velký vědec samozřejmě nemohl pomoct uvažovat o tom, zda by tento vliv byl pozitivní. Byl to optimista, pevně věřil ve vědě a lidem. Ernest Rutherford, jehož krátká biografie jsme popsali, zemřel v roce 1937, 19. října. Byl pohřben v Westminsterském opatství.