Юджин Голдщайн: Открития и приноси

Юджин Голдщайн е водещ немски физик, роден в днешна Полша през 1850 г. Научната му работа обхваща експерименти с електрически явления в газове и катодни лъчи.

Голдстейн идентифицира съществуването на протони като равни и противоположни заряди на електрони. Това откритие е извършено чрез експериментиране с електроннолъчеви тръби, през 1886 година.

Едно от най-забележителните му наследства се състои в откриването на това, което сега е известно като протони, заедно с канални лъчи, известни също като анодни или положителни лъчи.

Имаше ли атомен модел на Голдщайн?

Годлщайн не е предложил атомен модел, въпреки че откритията му позволяват развитието на атомния модел на Томсън.

От друга страна, той понякога се счита за откривател на протона, който наблюдавам във вакуумните тръби, където наблюдава катодните лъчи. Въпреки това, Ернест Ръдърфорд се счита за откривател в научната общност.

Експерименти с катодни лъчи

Крук тръби

По време на десетилетието на 70-те години Голдщайн започва експериментите си с тръби Крукс, след което прави промени в структурата, разработена от Уилям Крукс през 19 век.

Основната структура на тръбата Crookes се състои от празна тръба от стъкло, вътре в която циркулират газове. Налягането на газовете вътре в тръбата се регулира чрез регулиране на евакуацията на въздуха вътре в нея.

Апаратът има две метални части, едната на всеки край, които действат като електроди, и двата края са свързани към външни източници на напрежение.

Когато електрифицирате тръбата, въздухът се йонизира и става проводник на електричество. В резултат на това газовете стават флуоресцентни, когато веригата е затворена между двата края на тръбата.

Крукс заключава, че това явление се дължи на съществуването на катодни лъчи, т.е. поток от електрони. С този експеримент беше показано съществуването на елементарни частици с отрицателен заряд в атомите.

Модификация на тръби Крукс

Голдстейн промени структурата на тръбата на Крукс и добави няколко перфорации към една от металните катоди на тръбата.

Освен това той повтори експеримента с модификацията на тръбата на Крукс, увеличавайки напрежението между краищата на тръбата до няколко хиляди волта.

При тази нова конфигурация Голдщайн открива, че тръбата излъчва нов блясък, който започва от края на перфорираната тръба.

Най-важното обаче е, че тези лъчи се движат в противоположната посока на катодните лъчи и се наричат ​​канални лъчи.

Голдщайн заключава, че в допълнение към катодните лъчи, които преминават от катода (отрицателен заряд) към анода (положителен заряд), има друг лъч, който пътува в обратна посока, т.е. от анода към катода на модифицираната тръба.

В допълнение, поведението на частиците по отношение на тяхното електрическо поле и магнитно поле, е напълно противоположно на това на катодните лъчи.

Този нов поток е кръстен от Голдщайн като канални лъчи. Тъй като каналните лъчи се движат в обратна посока спрямо катодните лъчи, Голдщайн заключава, че естеството на техния електрически заряд също трябва да бъде противоположно. Това означава, че каналните лъчи имат положителен заряд.

Каналните лъчи

Каналните лъчи възникват, когато катодните лъчи се сблъскат с атомите на газа, който е затворен вътре в епруветката.

Частиците с еднакви заряди се отблъскват. Започвайки от тази база, електроните на катодния лъч отблъскват електроните на атомите на газа и тези последни се отделят от първоначалното им образуване.

Газовите атоми губят отрицателния си заряд и са положително заредени. Тези катиони са привлечени от отрицателния електрод на тръбата, като се има предвид естественото привличане между противоположните електрически заряди.

Голдщайн нарича тези лъчи "Каналстрахлен", за да се позове на противоположността на катодните лъчи. Положително заредените йони, които образуват каналните лъчи, се движат към перфорирания катод, докато преминат през него, като се има предвид естеството на експеримента.

Следователно, този вид феномен е известен в научния свят като канални лъчи, тъй като те преминават през съществуващата перфорация в катода на изследваната тръба.

Модификация на катодни тръби

Също така есетата на Юджин Годлщайн също допринесоха значително за задълбочаване на техническите понятия за катодните лъчи.

Чрез експерименти върху евакуирани тръби, Голдщайн открива, че катодните лъчи могат да прожектират остри сенки на емисиите, перпендикулярни на зоната, покрита от катода.

Това откритие е много полезно за модифициране на дизайна на използваните досега катодни тръби и за поставяне на вдлъбнати катоди в техните ъгли, за да се получат фокусирани лъчи, които ще се използват в различни приложения в бъдеще.

От друга страна, каналните лъчи, известни също като анодни лъчи или положителни лъчи, зависят пряко от физико-химичните характеристики на газа, съдържащ се в тръбата.

Следователно, връзката между електрическия заряд и масата на частиците ще бъде различна в зависимост от естеството на газа, който се използва по време на експеримента.

С това заключение фактът, че частиците са излезли от газа, а не анода на електрифицираната тръба, е избистрян.

Приносите на Голдщайн

Първи стъпки в откриването на протона

Базирайки се на сигурността, че електрическият заряд на атомите е неутрален, Голдщайн е направил първите стъпки, за да провери съществуването на фундаментални частици, заредени положително.

Основи на съвременната физика

Изследванията на Голдщайн донесоха с него основите на съвременната физика, тъй като демонстрацията на съществуването на каналните лъчи позволява да се формализира идеята, че атомите се движат бързо и със специфичен модел на движение.

Този тип понятия е от ключово значение за това, което сега се нарича атомна физика, т.е. областта на физиката, която изучава поведението и свойствата на атомите в тяхната цялост.

Изотопно изследване

Така анализът на Голдщайн доведе до изследване на изотопите, например, сред много други научни приложения, които в момента са в пълна сила.

Въпреки това, научната общност приписва откритието на протона на химика и физика на новозеландеца Ернест Ръдърфорд в средата на 1918 година.

Откриването на протона, като противоположност на електрона, положи основите за конструирането на атомния модел, който познаваме днес.