تامسون و مدل اتمی کیک کشمشی

تامسون و مدل اتمی کیک کشمشی

جوزف جان تامسون یک فیزیکدان بریتانیایی بود که در نزدیکی های منچستر در ۱۸ دسامبر سال ۱۸۵۶ متولد شده و در منچستر و کمبریج تحصیل کرده است. وی هنگامی که تنها ۱۴ سال داشت دارد کالج شده است. او ابتدا میخواست که در رشته های مهندسی ادامه تحصیل دهد اما به رشته ی فیزیک روی آورد.

در سال ۱۸۸۴ استاد فیزیک دانشگاه شده و در همان عضو انجمن سلطنتی شده بود. در سال ۱۹۰۵ استاد انستیتو سلطنیتی و در سال ۱۹۰۶ جایزه نوبل فیزیک به او داده شد. و پسرش جرج پاجت تامسون در سال ۱۹۳۷ نوبل فیزیک را گرفت در ادامه  گرفتن نوبل فیزیک توسط جان تامسون، وی در سال ۱۹۱۸ استاد کالج ترینتی شد.

تامسون در یکی از شب های درگیری در جنگ جهانی دوم در ۳۰ آگوست سال ۱۹۴۰ هنگامی ک ۸۴ سال سن داشت چشم از جهان فروبست و در کلیسای westminster abbey لندن در کنار قبر های نیوتون، داروین، کلوین، هرشل و رادرفورد دفن شد.

وی برای اتم مدلی ارائه داد که یکی از اولین کوشش ها بعد از مدل توپ بیلیارد جان دالتون برای توضیح ساختار اتم در اوایل قرن بیستم به شمار میرود.

شرح آزمایش

برای دانستن آزمایش تامسون ابتدا باید آزمایش زمایش کروکز crookes  را بدانید

آزمایش کروکز

كروكز در دو انتهاي يك لوله شيشه اي مسدود، دو صفحه فلزي كه به آن الكترود مي گويند قرار داد سپس هر صفحه را به يك قطب از يك منبع با ولتاژ بالا وصل نمود. چون هواي داخل لوله شيشه اي با فشار معمولي پُر شده بود به علت تراكم مولكول هاي هوا، قاعدتاً هيچگونه جريان الكتريكي نمي توانست واقع شود.

بنابراین به محض اينكه پمپ تخليه فشار داخل لوله به ۱۰mmHg كاهش يافت، با كم شدن تراكم مولكول هاي هوا و باز شدن فضاي داخل لوله، جريان الكتريکی از طرف صفحه كاتد (بارمنفي) به طرف صفحه آند (بارمثبت) بر قرار گرديد و فضاي لوله روشن شد. به اين پرتو كه از كاتد سرچشمه مي گيرد پرتو كاتدي مي گويند. كروكس با نزديك كردن يك آهن ربا به لوله شيشه اي و منحرف شدن اشعه از مسير مستقيم خود نتيجه گرفت كه پرتو كاتدي از ذراتي ساخته شده كه داراي بار الكتريكي هستند.

آزمایش تامسون

تامسون دوصفحه اي كه هريك به قطبي ازيك منبع با ولتاژ پائين وصل شده بود به لوله شيشه اي آزمايش كروكس نزديك كرد و مشاهده نمود كه مسير مستقيم پرتو به طرف صفحه با بار مثبت منحرف مي شود و نتيجه گرفت كه بارالكتريكي ذرات تشكيل دهنده پرتو كاتدي منفي است و همانطوري كه Stoney پيشنهاد كرده بود آن را الكترون ناميد. اگر چه تامسون نمي توانست جرم و اندازه بار الكترون را اندازه بگيرد لیكن از طريق ميزان انحراف مسير پرتو كاتدي در يك ميدان مغناطيسي با قدرت مشخص توانست نسبت بار الكتريكي e را به جرم الكترون m به دست آورد. که نسبت آنها را elm مینامند.

ویژگی های بدست آمده از این آزمایش
  • الکترون‌ها در محیطی ابرگونه از جنس بار مثبت پراکنده شده‌اند.
  • جرم فضای ابرگونه تقریباً صفر است.
  • سنگینی اتم ناشی از وجود تعداد زیاد الکترون در آن است (بیشتر جرم اتم مربوط به جرم الکترون است).
مشکلات مدل کیک کشمشی
آزمایش کاتدی تامسون

متاسفانه، آزمایش‌های بعدی مشخص کرد که مدل تامسون چندین اشکال علمی دارد. پنج سال بعد، این مدل توسط هانس گایگر و ارنست مارشدن، که مجموعه‌ای از آزمایش‌ها را با استفاده از ذرات آلفا و فویل طلا انجام دادند، رد شد.

در این آزمایش که با نام آزمایش فویل طلایی شناخته می‌شود، الگوی پراکندگی ذرات آلفا با استفاده از صفحه‌ی فلورسنت اندازه‌گیری شد. اگر مدل تامسون درست بود، ذرات آلفا باید بدون انحراف از فویل عبور می‌کردند. با این حال، تعدادی از این ذرات در مسیرهای متفاوتی پراکنده شدند و حتی برخی از آن‌ها به محل اولیه‌ی خود بازگشتند!

گایگر و مارشدن نتیجه گرفتند که این ذرات با نیروی الکترواستاتیکی بسیار بزرگتر از آنچه که توسط مدل تامسون مجاز بود، مواجه شده‌اند. از آنجا که ذرات آلفا در واقع هسته‌های هلیوم با بار مثبت هستند نتیجه گرفته می‌شود که بار مثبت درون اتم پراکنده نیست بلکه در فضایی بسیار کوچکتر در مقایسه با اتم متمرکز شده است. علاوه بر این، این واقعیت که بیشتر ذرات بدون انحراف عبور کرده‌اند نشان از این دارد که این فضاهای مثبت با فضاهای خالی وسیع از هم جدا شده‌اند.

در سال ۱۹۱۱، ارنست رادرفورد آزمایش Geiger-Marsden را تفسیر و مدل تامسون را رد کرد. در عوض، او مدلی را پیشنهاد کرد که در بیشتر فضای اتم را فضای خالی تشکیل داده و تمام بار مثبت آن در نقطه‌ای بسیار کوچک در مرکز متمرکز شده و ابرهایی از الکترون این هسته‌ی مثبت را احاطه نموده است. این مدل با نام مدل اتمی رادرفورد شناخته می‌شود.

صهبا شهسواری

مطالب مرتبط

دیدگاهها

نظر:

19 − هفت =