手机版 | 登陆 | 注册 | 留言 | 设首页 | 加收藏
当前位置: 网站首页 > 世界科技全景 > 物理大发现 > 文章 当前位置: 物理大发现 > 文章

发现电子

时间:2019-09-28    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

  

发现电子

  


原子到底是什么?它是否确实存在?自从古希腊唯物主义哲学家德漠克

利特最早提出这个概念以来,一直是物理学家争论不休的问题。伊萨克・牛

顿设想原子为某种微小台球的东西,目的为了说明他的由运动中的质量组成

机械宇宙。他在 1704 年写道:“在我看来,可能是上帝最初把物质造成紧密、

有质量、坚硬、不可分的活动粒子,其大小、形状和其他性质,以及它们对

空间的比例都最符合于制造它们的目的。”量子论的创始人马克斯・普朗克

则根本怀疑原子的存在。牛津大学名誉校长,出任过三次英国首相,四次外

相的索尔兹伯里侯爵(1830~1903)1894 年还说道:“每种元素的原子是什

么,是不是一种运动,或一件东西,或一个旋涡,或一个具有惰性的点,它

的可分是否有限度,如果有,限度是怎样造成的,元素的长串名单是否是最

后的,它们之中的一些是否有共同的起源,所有这些问题都一直像过去那样

深深地笼罩在黑暗之中”。然而这一切,随着 X 射线和放射性的发现,原子

的秘密即将揭开,20 世纪上半叶,基本科学的巨大惊人事件将在物理学中发

生。

英国剑桥大学有个卡文迪许实验室,是为了纪念 1810 年去世的著名科学

家卡文迪许而建立的,它创建于 1874 年。第一任实验室主任就是伟大的物理

学家麦克斯韦,他创建了电磁理论,并指出光是电磁波。第二任主任是瑞利,

他和拉姆赛一起发现了空气中的惰性气体。1884 年,汤姆生作了第三任实验

室主任,在获悉伦琴、贝克勒尔等人的发现后他立即着手研究阴极射线。

卡文迪许实验室有各种精密的物理学仪器,有研究电磁学的光荣传统。

汤姆生在研究了普吕克、希托夫、古德斯坦以及克鲁克斯的工作以后,他想:

既然阴极射线是带电的粒子,又能够被磁场和电场偏转,那么就可以利用这

个特点来测定阴极射线的速度、质量和电荷。

汤姆生设计了一个阴极射线管,在管子一端装上阴极和阳极,在阳极上

开了一条细缝,这样一来,通电后阴极射出的阴极射线就穿过阳极的细缝成

为细细的一束,一直射到玻璃管的另一端。这一端的管壁上涂有荧光物质,

或者装上照相底片。

在射线管的中部装有两个电极板,通上电压以后就产生电场。电场越强,

阴极射线通过电场后偏转就越大。电场强度和偏转程度都可以测量出来。

这时候在射线管外面又加上一个磁场,这个磁场能使阴极射线向相反的

方向偏转。调节电场和磁场的强度可以使它们对阴极射线的作用正好相互抵

消,结果阴极射线不发生偏转。

汤姆生测量了在这种情况下的电场和磁场的强度,利用物理学定律计算

出了阴极射线的速度。这速度非常快,大约是每秒三万公里(相当于光速的

1/10)。

接着他又测量了组成阴极射线的带电粒子的电荷和质量的比值,发现这

种带电粒子的质量非常小,大约是氢原子的质量的 1/2000。

汤姆生作了许多实验。他用金、银、铜、镍等各种金属作阴极,他测量

了不同阴极上射出的带电粒子,发现它们的电荷和质量的比值都是一样的。

他又把不同的气体:氢气、氧气、氮气……充到管内,阴极上射出的带电粒

子的电荷和质量的比值还是一样的。

这就说明了一个非常重要的问题:不管阴极的射线是由由电极产生的还

是由管内气体产生的,结果都一佯。也就是说,在各种物质中都有一种质量

约为氢原子质量的 1/2000 的带阴电的粒子。这个实验是 1897 年 10 月完成


的。

1897 年 4 月 30 日,汤姆生在英国皇家学会讲演的时候曾经指出:阴极

射线是从阴极烧热而放出的带负电的粒子,并被吸至阳极。这些粒子能被电

场所偏移,并能被磁场弯折成曲线轨道。它们远比氢原子轻,并且如果将管

内充入气体,它们也都相同而“不管放射通过什么气体”。由于它们比已知

的最轻的物质还要轻,而且不管是从什么物质产生的都一样,因此它们一定

是物质的某种基本组成部分,如果它们只是一部分,那么就必定有一个整体。

真实的物质电子意味着真实的物质原子,这就第一次用物理实验具有说服力

的证实了物质的粒子学说。在卡文迪许的年度宴会上,他们歌唱 J・J・汤姆

生的成功:

粒子现在获胜了,

而且自由跑掉了,

变成阴极射线了。

有了电子这个武器,并且从别的实验知道,当一个原子剃掉了其电子时,

剩余物是一个质量很大并带正电的东西,汤姆生在下一个 10 年里着手研究一

种原子模型,后来被称为“葡萄干布丁”模型。汤姆生的原子,“若干带负

电的粒子包含在一个带均匀正电的球内”,像葡萄干在布丁里,它是一个混

合体,包括粒子形的电子和弥漫着的其他物质。这个模型的有益之处是可以

用数学方法证明电子在原子内能排列成稳定的结构,而这种数学上的稳定安

排可以说明化学元素的相似性和规律性,如同元素周期表所显示出来的那

样。开始了解到元素间的化学亲合力是电子造成的,化学最终是电作用。

关于电,从 18 世纪以来,许多科学家都在研究。他们认为电也有一种最

小的粒子,并且起名叫做电子。如今,汤姆生真的发现了这个电的小微粒—

—电子。

阴极射线实际就是高速的电子流。后来人们又发现,炽热的电灯丝也会

发射电子,光照在某些物质上也会发出电子,电子在各种物质中都有,它是

原子的组成部分。后来人们更精密地测定了电子的质量,它是氢原子质量的

1/1837。

现在大家都公认,是汤姆生在 1897 年正式发现了电子。这是 19 世纪末

最伟大的发现之一。20 世纪是电子时代,是原子时代。电子的发现撩开了原

子神密的面纱,为人类打开了这个新时代的大门。

要知道,汤姆生的实验装置实际上就是电视显像管的前身。尽管电视显

像管十分复杂,但基本原理却是一样的。在今天,你可以在放映电视的时候

作一下汤姆生的实验,只要拿一块磁铁放在显像管旁边,就会看到电视的映

像变了形状。这是因为磁场对显像管中的电子束起了偏转作用。

上一篇:宇宙射线的发现

下一篇:揭开原子结构秘密

推荐阅读
备案ICP编号  |   QQ:81962480  |  地址:上海金海路  |  电话:12345678910  |  
Copyright © 2019 MAPDF Studio 版权所有,授权www.mapdf.net使用 Powered by MAPDF.net