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約瑟夫·約翰·湯姆遜
英國物理學(xué)家
諾貝爾物理學(xué)獎獲得者
基本信息
| 出生日期 | 1856年12月8日 |
| 出生地 | 英國曼徹斯特 |
| 去世日期 | 1940年8月30日 |
| 籍貫 | 英國曼徹斯特 |
| 國籍 | 英國 |
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人物生平
約瑟夫·約翰·湯姆遜
1880年他參加了劍橋大學(xué)的學(xué)位考試，以第二名的優(yōu)異成績?nèi)〉脤W(xué)位，隨后被選為三一學(xué)院學(xué)員，兩年后又被任命為大學(xué)講師。他在數(shù)物理學(xué)方面具有很高修養(yǎng)。發(fā)表了《論渦旋環(huán)的運動》和《論動力學(xué)在物理學(xué)和化學(xué)中的應(yīng)用》論文。
1884年，28歲的湯姆遜在瑞利的推薦下，擔(dān)任了卡文迪許實驗室物理學(xué)教授。
約瑟夫·約翰·湯姆遜
1940年8月30日，湯姆遜逝世于劍橋。終年84歲。
1876年，德國的戈爾茲坦提出，玻璃壁上的輝光是由陰極產(chǎn)生的某種射線所引起的，他把這種射線命名為陰極射線。陰極射線是由什么組成的？十九世紀(jì)末時，有的科學(xué)家說它是電磁波；有的科學(xué)家說它是由帶電的原子所組成；有的則說是由帶陰電的微粒組成，眾說紛紜，一時得不出公認(rèn)的結(jié)論。英法的科學(xué)家和德國的科學(xué)家們對于陰極射線本質(zhì)的爭論，竟延續(xù)了二十多年。
約瑟夫·約翰·湯姆遜
約瑟夫·約翰·湯姆遜
最后到1897年，湯姆遜的出色實驗結(jié)果面前，真相才得以大白。湯姆遜的實驗過程是這樣的，他將一塊涂有硫化鋅的小玻璃片，放在陰極射線所經(jīng)過的路途上，看到硫化鋅會發(fā)閃光。這說明硫化鋅能顯示出陰極射線的“徑跡”。他發(fā)現(xiàn)在一般情況下，陰極射線是直線行進(jìn)的，但當(dāng)在射擊線管的外面加上電場，或用一塊蹄形磁鐵跨放在射線管的外面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)陰極射線一都發(fā)生了偏折。根據(jù)其偏折的方向，不難判斷出帶電的性質(zhì)。湯姆遜在1897年得出結(jié)論：這些“射線”不是以太波，而是帶負(fù)電的物質(zhì)粒子。但他反問自己：“這些粒子是什么呢？它們是原子還是分子，還是處在更細(xì)的平衡狀態(tài)中的物質(zhì)？”這需要作更精細(xì)的實驗。當(dāng)時還不知道比原子更小的東西，因此湯姆遜假定這是一種被電離的原子，即帶負(fù)電的“離子”。他要測量出這種“離子”的質(zhì)量來，為此，他設(shè)計了一系列既簡單又巧妙的實驗：首先，單獨的電場或磁場都能使帶電體偏轉(zhuǎn)，而磁場對粒子施加的力是與粒子的速度有關(guān)的。湯姆遜對粒子同時施加一個電場和磁場，并調(diào)節(jié)到電場和磁場所造成的粒子的偏轉(zhuǎn)互相抵消，讓粒子仍作直線運動。這樣，從電場和磁場的強度比值就能算出粒子運動速度。而速度一旦找到后，單靠磁偏轉(zhuǎn)或者電偏轉(zhuǎn)就可以測出粒子的電荷與質(zhì)量的比值。湯姆遜用這種方法來測定“微粒”電荷與質(zhì)量之比值。他發(fā)現(xiàn)這個比值和氣體的性質(zhì)無關(guān)，并且該值比起電解質(zhì)中氫離子的比值（這是當(dāng)時已知的最大量）還要大得多。這說明這種粒子的質(zhì)量比氫原子的質(zhì)量要小得多。前者大約是后者的二千分之一。
后來，美國的物理學(xué)家羅伯特·密立根在1913年到1917年的油滴實驗中，精確地測出了新的結(jié)果，前者是后者的1836分之一。湯姆遜測得的結(jié)果肯定地證實了陰極射線是由電子組成的，人類首次用實驗證實了一種“基本粒子”----電子的存在。“電子”這一名稱是由物理學(xué)家斯通尼在1891年采用的，原意是定出的一個電的基本單位的名稱，后來這一詞被應(yīng)用來表示湯姆遜發(fā)現(xiàn)的“微粒”。自從發(fā)現(xiàn)電子以后，湯姆遜就成為國際上知名的物理學(xué)者。在這之前，一般都認(rèn)為原子是“不能分割的”的東西，湯姆遜的實驗指出，原子是由許多部分組成的，這個實驗標(biāo)志著科學(xué)的一個新時代。人們稱他是“一位最先打開通向基本粒子物理學(xué)大門的偉人”。
1905年，他被任命為英國皇家學(xué)院的教授；1906年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎；1916年任皇家學(xué)會主席。他并沒有因此而停步不前，仍一如既往，兢兢業(yè)業(yè)，繼續(xù)攀登科學(xué)的高峰。湯姆遜既是一位理論物理學(xué)家，又是一位實驗物理學(xué)家，他一生所做過的實驗，是無法計算的。正是通過反復(fù)的實驗，他測定了電子的荷質(zhì)比，發(fā)現(xiàn)了電子；又在實驗中，創(chuàng)造了把質(zhì)量不同的原子分離開來的方法，為后人發(fā)現(xiàn)同位素，提供了有效的方法。湯姆遜在擔(dān)任卡文迪許實驗物理教授及實驗室主任的34年間，著手更新實驗室，引進(jìn)新的教授法，創(chuàng)立了一個極為成功的研究學(xué)派。
曼徹斯特大學(xué)
重大貢獻(xiàn)
約瑟夫·約翰·湯姆遜以其對電子和同位素的實驗著稱。他是第三任卡文迪許實驗室主任。一幅他正在研究陰極射線管的肖像掛在實驗室的麥克斯韋講演廳里。看上去，他不善于具體操作，但對儀器工作原理的理解卻是非常敏捷的。
J．J．湯姆遜聽過一些麥克斯韋的講課，而且正是在作為卡文迪許教授的麥克斯韋的繼任者瑞利勛爵的指導(dǎo)下，湯姆遜完成了幾篇理論性論文，1884年，瑞利按照他原來的許諾（只擔(dān)任五年）辭去了卡文迪許教授職務(wù)。湯姆遜申請這個職位，他述說：“沒有認(rèn)真考慮過這項工作和所要負(fù)的責(zé)任”就申請了。他只有28歲，沒有想到會當(dāng)選，但出乎他的意料，他當(dāng)選了。這些選舉人要么非常走運要么是非常有遠(yuǎn)見的。湯姆遜說：“我覺得自己像一個釣魚的人，用一只輕巧的釣魚具，在一個意想不到的地方拋出了一線釣絲，釣到了一條魚，這條魚太重而使這個釣魚的人不能把它吊到岸上來。我覺得接替一位像瑞利勛爵這樣享有盛名的人是困難的。”值得注意的是，他不提麥克斯韋，雖然在另外的地方湯姆遜談到了關(guān)于第一任卡文迪許教授的委任（1871年2月）：
劍橋大學(xué)
在1897年，湯姆遜證實了陰極射線的微粒性，測量了粒子的速度和荷質(zhì)比。湯姆遜在他的實驗中使用的二個管子，射線從管中左邊的陰極A發(fā)出，通過陽極B的一條縫進(jìn)入第二個管子，可以用一磁鐵使射線偏轉(zhuǎn)而進(jìn)入一種法拉第籠。收集到的電荷是負(fù)的。因此證明了陰極射線是帶負(fù)電的粒子。類似的實驗已被J佩蘭在法國做過。在一個第二種類型的管子中，C所產(chǎn)生的陰極射線穿過接地的縫A和B，形成了一束狹窄的射線直射到管子的另一端。射線擊中管子的電燈泡狀端面的地方會有一小塊磷光亮斑顯現(xiàn)出來。
劍橋大學(xué)
Ne=Q
然后，通過測量產(chǎn)生的熱的辦法來測量由粒子所傳輸?shù)哪芰縒，這個值必須等于質(zhì)量為m、速度為v的這些粒子的動能
1/2Nmυ2=W
用磁學(xué)辦法使粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，他知道：
mv/e=Bp
這里p是軌道的曲率半徑，B是磁場。因為能量，電量，磁場和曲率半徑是可測量的，他能推論出
e/m=2W/(Q2B2p2)
具有值2.3×10（靜電單位電量/克），遠(yuǎn)大于電解法中離子的荷質(zhì)比e/m。
在他1897年的文章中，湯姆遜敘述了另一個令人注意的觀察結(jié)果：構(gòu)成陰極射線的微粒都是一樣的，與管內(nèi)陰極或?qū)﹃帢O或氣體的成分無關(guān)。這里有一個所有物質(zhì)的普適成分。
稍后，在1899年，他使用他過去的學(xué)生C．T．R．威爾遜發(fā)展起來的技術(shù)和思想，分別測量了電子的電荷和質(zhì)量。威爾遜已經(jīng)注意到在適宜的環(huán)境下，電荷起著過飽和蒸汽的凝結(jié)核的作用。因為水會在它們上面冷凝，這有助于霧的形成。在這樣一種由于電荷的存在而形成的霧里，人們可以根據(jù)小霧滴下落的速度而計量它們的體積，從沉淀的水的總量或根據(jù)最初的過飽和汽算出它們的數(shù)目。根據(jù)這個數(shù)據(jù)可以得到霧中所有的小滴子數(shù)。根據(jù)由霧所傳輸?shù)目傠姾桑ㄟ@是直接可測的）可以發(fā)現(xiàn)平均每一個小滴上的電荷與電子電荷相同。在卡文迪許實驗室做的這項工作，得到的電子電荷大約為3×10絕對靜電單位。根據(jù)測量到的e/m值可以求得電子質(zhì)量。
卡文迪許實驗室
倫琴，由于他宣布了“一種新的射線”和表演了他的射線所能做的事情而使世界感到震驚。
電子概述
電子
電子所帶電荷為e=1.6×10的-19次方庫侖，質(zhì)量為9.10×10kg（0.51MeV/c2）。通常被表示為e。電子的反粒子是正電子，它帶有與電子相同的質(zhì)量，自旋和等量的正電荷。物質(zhì)的基本構(gòu)成單位——原子是由電子、中子和質(zhì)子三者共同組成。相對于中子和質(zhì)子組成的原子核，電子的質(zhì)量極小。質(zhì)子的質(zhì)量大約是電子的1840倍。當(dāng)電子脫離原子核束縛在其它原子中自由移動時，其產(chǎn)生的凈流動現(xiàn)象稱為電流。靜電是指當(dāng)物體帶有的電子多于或少于原子核的電量，導(dǎo)致正負(fù)電量不平衡的情況。當(dāng)電子過剩時，稱為物體帶負(fù)電；而電子不足時，稱為物體帶正電。當(dāng)正負(fù)電量平衡時，則稱物體是電中性的。靜電在我們?nèi)粘Ｉ钪杏泻芏鄳?yīng)用方法，其中例子有噴墨打印機。
電子是在1897年由劍橋大學(xué)的卡文迪許實驗室的約瑟夫·湯姆遜在研究陰極射線時發(fā)現(xiàn)的。在都只能在核外摸索摸索，它被歸于叫做輕子的低質(zhì)量物質(zhì)粒子族，被設(shè)成具有負(fù)值的單位電荷。電子塊頭小重量輕（比μ介子還輕205倍），被歸在亞原子粒子中的輕子類。輕子是物質(zhì)被劃分的作為基本粒子的一類。電子帶有1/2自旋，滿足費米子的條件（按照費米—狄拉克統(tǒng)計）。電子在原子內(nèi)做饒核運動，能量越大距核運動的軌跡越遠(yuǎn)，有電子運動的空間叫電子層。第一層最多可有2個電子，第二層最多可以有8個，第n層最多可容納2n個電子，最外層最多容納8個電子，最后一層的電子數(shù)量決定物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)是否活潑，1、2電子為金屬元素，3、4、5、6、7為非金屬元素，8為稀有氣體元素。物質(zhì)的電子可以失去也可以得到，物質(zhì)具有得電子的性質(zhì)叫做氧化性，該物質(zhì)為氧化劑；物質(zhì)具有失電子的性質(zhì)叫做還原性，該物質(zhì)為還原劑。物質(zhì)氧化性或還原性的強弱由得失電子難易決定，與得失電子多少無關(guān)。
人物關(guān)系
喬治·佩吉特·湯姆森
兒子
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒寫！
作者
