Fundaledit
Ernest Rutherford a fost profesor de Fizică Langworthy la Universitatea Victoria din Manchester (acum Universitatea din Manchester). El a primit deja numeroase onoruri pentru studiile sale de radiații. El a descoperit existența razelor alfa, a razelor beta și a razelor gamma și a dovedit că acestea au fost consecința dezintegrării atomilor. În 1906, a primit o vizită de la un fizician German pe nume Hans Geiger și a fost atât de impresionat încât i-a cerut lui Geiger să rămână și să-l ajute cu cercetările sale., Ernest Marsden a fost un student de licență în fizică care studiază sub Geiger.particulele alfa sunt particule minuscule, încărcate pozitiv, care sunt emise spontan de anumite substanțe, cum ar fi uraniul și radiul. Rutherford le-a descoperit în 1899. În 1908, el încerca să măsoare cu precizie raportul încărcare-masă. Pentru a face acest lucru, el a trebuit mai întâi să știe cât de multe particule alfa eșantionul său de radiu a fost emana (după care el ar măsura sarcina lor totală și împărți unul de altul)., Particulele alfa sunt prea mici pentru a fi văzute cu un microscop, dar Rutherford știa că particulele alfa ionizează moleculele de aer, iar dacă aerul se află într-un câmp electric, ionii vor produce un curent electric. Pe acest principiu, Rutherford și Geiger au proiectat un dispozitiv simplu de numărare care consta din doi electrozi într-un tub de sticlă. Fiecare particulă alfa care a trecut prin tub ar crea un impuls de electricitate care ar putea fi numărat. A fost o versiune timpurie a contorului Geiger.,contorul pe care Geiger și Rutherford l-au construit s-a dovedit nesigur, deoarece particulele alfa erau deviate prea puternic de coliziunile lor cu moleculele de aer din camera de detecție. Traiectoriile foarte variabile ale particulelor alfa au însemnat că nu toate au generat același număr de ioni pe măsură ce au trecut prin gaz, producând astfel citiri neregulate. Acest lucru l-a nedumerit pe Rutherford pentru că el credea că particulele alfa erau prea grele pentru a fi deviate atât de puternic. Rutherford i-a cerut lui Geiger să investigheze cât de multă materie ar putea împrăștia razele alfa.,experimentele pe care le-au proiectat au implicat bombardarea unei folii metalice cu particule alfa pentru a observa modul în care folia le-a împrăștiat în raport cu grosimea și materialul lor. Au folosit un ecran fluorescent pentru a măsura traiectoriile particulelor. Fiecare impact al unei particule alfa pe ecran a produs un mic fulger de lumină. Geiger a lucrat într-un laborator întunecat ore în șir, numărând aceste scintilații minuscule folosind un microscop. Rutherford nu avea rezistența pentru această lucrare (era la sfârșitul anilor 30), motiv pentru care a lăsat-o colegilor săi mai tineri., Pentru folia metalică, au testat o varietate de metale, dar au preferat aurul, deoarece ar putea face folia foarte subțire, deoarece aurul este foarte maleabil. Ca sursă de particule alfa, substanța aleasă de Rutherford a fost radonul, o substanță de câteva milioane de ori mai radioactivă decât uraniul.
Din 1908 experimentEdit
Acest aparat a fost descrisă într-o 1908 hârtie de către Hans Geiger. Ar putea măsura doar deformări de câteva grade.,
o lucrare din 1908 a lui Geiger, despre împrăștierea particulelor α de materie, descrie următorul experiment. El a construit un tub de sticlă lung, de aproape doi metri lungime. La un capăt al tubului a fost o cantitate de” emanație de radiu ” (R), care a servit ca o sursă de particule alfa. Capătul opus al tubului a fost acoperit cu un ecran fosforescent (Z). În mijlocul tubului era o fantă de 0,9 mm. Particulele alfa de la R au trecut prin fantă și au creat un petic de lumină strălucitoare pe ecran., Un microscop (M) a fost folosit pentru a număra scintilațiile de pe ecran și pentru a măsura răspândirea lor. Geiger a pompat tot aerul din tub, astfel încât particulele alfa să fie neobstrucționate și au lăsat pe ecran o imagine îngrijită și strânsă care corespundea formei fantei. Geiger a permis apoi aer în tub, iar plasturele strălucitor a devenit mai difuz. Geiger a pompat apoi aerul și a pus niște folie de aur peste fanta de la AA. Acest lucru a făcut ca patch-ul de lumină de pe ecran să devină mai răspândit., Acest experiment a demonstrat că atât aerul, cât și materia solidă ar putea împrăștia semnificativ particulele alfa. Cu toate acestea, aparatul nu putea observa decât unghiuri mici de deformare. Rutherford a vrut să știe dacă particulele alfa erau împrăștiate de unghiuri și mai mari—poate mai mari de 90°.,
1909 experimentEdit
1910 experimentEdit
Acest aparat a fost descrisă în 1910 hârtie de Geiger. Acesta a fost conceput pentru a măsura cu precizie modul în care împrăștierea a variat în funcție de substanța și grosimea foliei.,
o lucrare din 1910 de Geiger, împrăștierea particulelor α de materie, descrie un experiment prin care el a căutat să măsoare modul în care unghiul cel mai probabil prin care o particulă a este deviată variază cu materialul prin care trece, grosimea materialului menționat și viteza particulelor alfa. El a construit un tub de sticlă etanș din care aerul a fost pompat. La un capăt era un bec (B) care conținea „emanație de radiu” (radon-222). Cu ajutorul mercurului, radonul din B a fost pompat în conducta îngustă de sticlă al cărei capăt la A a fost conectat cu mica., La celălalt capăt al tubului a fost un ecran fluorescent sulfură de zinc (s). Microscop care le-a folosit pentru a conta scintillations pe ecran a fost aplicată pe verticală milimetru scară cu un vernier, care a permis Geiger pentru a măsura cu exactitate în cazul în care flash-uri de lumină a apărut pe ecran și se calculează astfel particulelor unghiuri de deviere. Particulele alfa emise de A au fost îngustate la un fascicul printr-o mică gaură circulară la D. Geiger a plasat o folie metalică în calea razelor la D și e pentru a observa cum s-a schimbat zona de sclipiri., El ar putea varia, de asemenea, viteza particulelor alfa prin plasarea foi suplimentare de mica sau aluminiu la A.,e particule alfa
Rutherford matematic modele împrăștierea patternEdit
având în Vedere rezultatele din experimentele de mai sus, Rutherford a publicat un punct de reper de hârtie în 1911 intitulată „Împrăștierea de α și β Particule de Materie și Structura Atomului” în care el a propus ca atom conține în centrul său un volum de sarcină electrică este foarte mic și intens (în fapt, Rutherford tratează ca pe un punct de încărcare în calculele sale)., În scopul calculelor sale matematice, el a presupus că această sarcină centrală a fost pozitivă, dar a recunoscut că nu a putut dovedi acest lucru și că a trebuit să aștepte alte experimente pentru a-și dezvolta teoria.Rutherford a dezvoltat o ecuație matematică care a modelat modul în care folia ar trebui să împrăștie particulele alfa dacă toată sarcina pozitivă și cea mai mare parte a masei atomice au fost concentrate într-un singur punct din centrul unui atom.,r de atomi într-o unitate de volum de material t = grosimea foliei Qn = sarcina pozitiva a nucleului atomic Qa = sarcină pozitivă de particule alfa m = masa unei particule alfa v = viteza de rotație a particulelor alfa
De împrăștiere a datelor, Rutherford a estimat centrală responsabilă Qn să fie de aproximativ +100 unități (a se vedea modelul Rutherford)
1913 experimentEdit
În 1913 hârtie, Legile Deflexion de Particule α prin Unghiuri Mari, Geiger și Marsden a descrie o serie de experimente prin care au căutat să experimental verifice ecuația de mai sus că Rutherford dezvoltat., Rutherford ecuația lui a prezis că numărul de scintillations pe minut s, care va fi observat la un anumit unghi Φ ar trebui să fie proporțională cu:
- csc4(Φ/2)
- grosimea de folie de t
- magnitudinea de piața centrală responsabilă Qn
- 1/(mv2)2
Lor 1913 lucrare descrie patru experimente prin care au demonstrat fiecare dintre aceste patru relații.
Pentru a testa cât de imprastiere variat, cu unghiul de deviere (de exemplu, dacă s ∝ csc4(Φ/2)) Geiger și Marsden a construit un aparat care consta dintr-un cilindru metalic gol montat pe o placă turnantă., În interiorul cilindrului se afla o folie metalică (F) și o sursă de radiație care conține radon (R), montate pe o coloană detașată (T) care permitea cilindrului să se rotească independent. Coloana era, de asemenea, un tub prin care aerul era pompat din cilindru. Un microscop (m) cu obiectivul său obiectiv acoperit de un ecran fluorescent de sulfură de zinc a pătruns în peretele cilindrului și a arătat spre folia metalică. Prin rotirea mesei, microscopul ar putea fi mutat un cerc complet în jurul foliei, permițând Geiger să observe și să numere particule alfa deviate cu până la 150°., Corectând eroarea experimentală, Geiger și Marsden au descoperit că numărul de particule alfa care sunt deviate de un unghi dat Φ este într-adevăr proporțional cu csc4(Φ/2).
Rutherford determină nucleul este pozitiv chargedEdit
În 1911 de hârtie (vezi mai sus), Rutherford a presupus că sarcina centrală a atomului a fost pozitiv, dar o sarcină negativă-ar fi montat lui împrăștiere model la fel de bine. Într-o lucrare din 1913, Rutherford a declarat că „nucleul” (așa cum îl numește acum) a fost într-adevăr încărcat pozitiv, pe baza rezultatelor experimentelor care explorează împrăștierea particulelor alfa în diferite gaze.,în 1917, Rutherford și asistentul său William Kay au început să exploreze trecerea particulelor alfa prin gaze precum hidrogenul și azotul. Într-un experiment în care au împușcat un fascicul de particule alfa prin hidrogen, particulele alfa au bătut nucleele de hidrogen înainte în direcția fasciculului, nu înapoi. Într-un experiment în care au împușcat particule alfa prin azot, el a descoperit că particulele alfa au bătut nucleele de hidrogen (adică protonii) din nucleele de azot.