Joseph John Thomson (1856-1940)
Autor: Física não é ficção | Publicado: 2010-01-23T17:48:00-08:00

Raios de eletricidade positiva Proceedings of the Royal Society A 89, 1-20 (1913) [como representado na Henry A. Boorse & Lloyd Motz, The World of the Atom, vol. 1 (Nova York: Basic Books, 1966)] Em 1886, Goldstein observou que quando o catodo de um tubo de vácuo foi com vários furos, a descarga elétrica não parar na cátodo; atrás do cátodo, feixes de luz pode ser visto streaming através dos orifícios da forma representada na Figura 1. Ele atribuiu estas Lápis de raios de luz que passa através dos furos no gás atrás o catodo, e de sua associação com os canais através dos cátodo ele chamou esses raios Kanalstrahlen. A cor da luz por trás do cátodo depende do gás no tubo: com o ar, a luz é amarelada, com hidrogênio de cor rosa, com o vermelho neon neon lindo, os efeitos com esse gás é extremamente impressionante. Os raios produzir fosforescência quando eles greve contra as paredes do tubo, pois eles afetar também uma chapa fotográfica. Goldstein não conseguiu detectar qualquer deflexão, quando um ímã permanente foi realizada perto do tórax. Em 1898, No entanto, W. Wein, pelo uso de campos magnéticos muito potentes, desviado estes raios e mostrou que alguns deles foram carregados positivamente, por medição da deformação elétrico e magnético, ele provou que o massas das partículas esses raios são comparáveis com as massas de átomos de hidrogênio e, portanto, eram mais de mil vezes a massa de uma partícula no de raios catódicos. A composição destes raios positivos é muito mais complexa do que a dos raios catódicos, pois enquanto o partículas nos raios catódicos são todos da mesma espécie, existem no Raios positivos muitos tipos diferentes de partículas. Podemos, no entanto, pela seguinte método classificar essas partículas para fora, determinar que tipo de partículas estão presentes, e as velocidades com que eles estão se movendo. Suponha que um lápis destes raios está se movendo paralelamente ao eixo de x, flagrante de um avião um perpendicularmente à sua trajectória no ponto O, se antes atingirem o avião são acionados por um paralelo de força elétrica para O eixo de y, o local onde uma partícula atinge o plano será desviado paralelo y através de uma distância y dada pela equação y = (e/mv2) A, onde E, M, V, são, respectivamente, a carga, massa e velocidade do partículas, e A uma constante, dependendo da força do eléctrico campo eo comprimento da trajetória da partícula, mas completamente independente da e, m, ou v. Se a partícula é actuado por uma força magnética paralela ao eixo de y, será desviado paralela ao eixo z, ea deformação nesse sentido do ponto onde a partícula atinge o avião ser dada pela equação z = (e / MT) B, onde B é uma quantidade em função do campo magnético eo comprimento do caminho da partícula, mas independente da E, M, v. Se a partícula seja cumprida simultaneamente pelas forças elétricas e magnéticas, o local onde se golpeia o avião, se a posição undeflected ser tomado como o origem, tem por coordenadas E E (1) x = 0, y = ---- A, z = ---- B. MV2 mv Assim, não há duas partículas vai atacar o avião no mesmo local, salvo eles têm o mesmo valor de v e também o mesmo valor de e / m; vemos, também, que, se soubermos o valor de Y e Z, podemos, a partir da equação (1), calcular os valores de v e e / m, e assim encontrar as velocidades e natureza das partículas que compõem os raios positivos. Da equação (1), vemos que B e B2 (2) z2 = y - ---, z yv = -. m A A Assim, todas as partículas que têm um determinado valor de e / m do plano greve em uma parábola, que pode ser fotografada, permitindo que as partículas recair sobre uma chapa fotográfica. Cada tipo de partícula em que os raios positivos vai produzir uma parábola em separado, de modo que uma inspeção da chapa mostra de relance quantos tipos de partículas que são os raios, o medição das parábolas e da utilização da equação (2), permite-nos encontrar os valores de m / e correspondentes a eles, e assim fazer uma análise completa dos gases em que os raios positivos. Para comparar os valores de M / E correspondente ao parábolas diferentes, precisamos apenas medir os valores de z sobre essas parábolas correspondente a uma constante valor de y. Vemos da equação (2) que os valores de e / m são proporcionais aos quadrados dos valores de z. Assim, se sabemos que o valor de e / m para uma parábola, podemos com muito pouco trabalho deduzir a valores de e / m para todos os outros. Como a parábola correspondente ao átomo de hidrogênio é encontrado em praticamente todas as placas, e como este pode ser uma vez reconhecida, uma vez que é sempre a mais desviada parábola, ele é uma questão muito fácil de encontrar os valores de m / e para as outras partículas. Fotografias feitas pelos raios positivos depois de terem sofrido elétrica e desvios magnéticos são reproduzidos na Figura 2. O aparelho eu têm usado para fotografar os raios é mostrado na Figura 3. Um é um grande bulbo de 1-2 litros de capacidade em que a quitação passa, C cátodo colocado no pescoço do bulbo. ... A forma de cátodo que eu encontrei para dar o melhor lápis de raios é mostrado na Figura 3. A frente do cátodo é uma tampa de alumínio, cuidadosamente trabalhado de forma a ser simétrica em relação a um eixo: este tampão se encaixa em a um cilindro feito de ferro macio com um furo ao longo do eixo, o objetivo de fazer o catodo de ferro é a tela de raios magnéticos força, enquanto eles estão passando pelo buraco. A montagem caso firmemente neste orifício contém um tubo longo e estreito, que é o canal através do que os raios de passar para dentro do tubo por trás do cátodo. Este tubo é o parte crítica do aparelho, e não para obter um bom lápis de Raios geralmente é devido a algum defeito aqui. Como o comprimento deste tubo é muito longo em proporção ao seu diâmetro - a duração da maioria dos tubos Eu tenho usado é de cerca de 6 cm. eo diâmetro de 0,1 a 0,5 mm .-- ele requer bastante cuidado para obtê-lo em linha reta o suficiente para permitir uma passagem contínua aos raios. ... É inútil tentar experiência com raios positivos a menos que este tubo é excessivamente retas. Os raios se exercer uma espécie de areia explosão de ação sobre o tubo e desintegrar o metal; após o uso prolongado do pó metálico pode acumulam a tal ponto que o tubo se assoreados, e obstrui a passagem dos raios. O cátodo é fixo no vaso de vidro por um pouco de cera, a articulação é feita apertado para que o único canal de comunicação de um lado do cátodo para o outro é através do tubo no cátodo. A articulação de cera é cercada por uma jaqueta de água para J evitar a cera é aquecida pela descarga. As modalidades utilizadas para produzir os campos elétricos e magnéticos para desviar os raios são mostrados em L e M. Um tubo de ebonite está ligada de forma a ter a forma mostrada na Figura 3, L e M são dois pedaços de ferro macio com cuidadosamente trabalhado plano rostos, colocados de forma a ser paralelas entre si, estes são ligada a uma bateria de células de armazenamento e fornecer as elétrico campo. P e Q são os pólos de um eletroímã separados L e M pelas paredes finas da caixa de ebonite: quando o eletroímã está em ação, há um forte campo magnético entre L e M; as linhas de força magnética e força elétrica são, por esse arranjo paralelo de uns aos outros e os campos elétricos e magnéticos são tão próximas quanto possível, coincidentes. ... Chapas de ferro macio são colocados entre as eletroímã e do tubo de descarga para impedir a descarga de ser afetado pelo campo magnético. A pressão no tubo de trás do cátodo deve ser mantido muito baixo, este é feito por meio de um tubo contendo carvão arrefecido por ar líquido. O pressão do outro lado do catodo é muito maior. ... As parábolas são determinadas pelos valores de e / m, portanto, um átomo com um única carga deve produzir a mesma parábola como uma molécula diatômico com uma carga dupla. Podemos, no entanto, com o seguinte método distinguir entre parábolas devido às partículas com uma única carga e aqueles devidos a partículas com mais de um cargo. As parábolas não são parábolas completo, mas os arcos a partir de um finito distância em relação à vertical, essa distância é a equação (1) inversamente proporcional à energia cinética máxima possuído pela partícula. Esta energia cinética máxima é que, devido à carga sobre a partícula queda do potencial do anodo para o catodo de que no tubo de descarga. Consideremos agora as partículas que têm duas cobranças: estes adquirir no tubo de descarga de duas vezes mais energia cinética quanto o partículas com uma única carga. Algumas dessas partículas carregadas duplamente vai perder uma de suas cargas ao passar pelo longo e estreito no tubo catódico, e vai surgir como partículas com uma única carga; eles vão, no entanto, possuem o dobro de energia cinética quanto aqueles que tiveram uma carga o tempo todo. Assim, o fluxo de única cobrada partículas emergentes do tubo será composto por dois conjuntos, um com o dobro da energia cinética quanto o outro, as partículas de ter duas vezes a energia cinética vai atacar o prato mais próximo da vertical que o outros, e, assim, prolongar para além da duração normal do arco do parábola correspondente à única partícula carregada. ... Se o átomo adquiridos há mais de dois encargos à prorrogação do linha atômica seria ainda maior. Se, por exemplo, poderia adquirir oito acusações seria prolongada até a sua extremidade foi apenas um oitavo da distância normal a vertical. ... Usando este método para distinguir entre isolados e multiplicar cobrado sistemas descobrimos que as partículas que produzem os parábolas sobre a chapas fotográficas podem ser divididas nas seguintes classes: Eletrificado positivamente átomos com uma carga. Eletrificado positivamente moléculas com uma carga. Positivamente átomos eletrificados com cargas múltiplas. Eletrificado negativamente os átomos. Eletrificado negativamente moléculas. A produção de uma molécula carregada envolve nada mais do que o destacamento de um corpúsculo da molécula, a de um átomo carregado exige que a dissociação da molécula, bem como a electrificação do átomo. ... A raridade da molécula duplamente cobrado parece indicar que o choque que produz a carga dupla é suficientemente intensos para dissociar a molécula em seus átomos. A uniformidade da intensidade das parábolas correspondente ao multiplicar cobrado mostra átomos que adquirem essa carga em uma operação e não por ionização repetida no seu caminho para o catodo. A ocorrência da carga múltipla não parece estar relacionada com a valência de propriedade ou de outras substâncias químicas do átomo. ... Elementos como diferentes em suas propriedades químicas como o carbono, nitrogênio, oxigênio, cloro, hélio, néon, um novo gás, cujo peso atômico é 22, argônio, criptônio, mercúrio, todos dão multiplicar átomos carregados. O facto de estas múltiplas acusações tão freqüentemente ocorrem em átomos dos gases inertes prova, Eu acho que eles não são produzidos por qualquer processo de química combinação. Apontam os resultados para a conclusão de que a ocorrência e magnitude da taxa múltipla está relacionada com a massa do átomo em vez de com as suas propriedades químicas ou valência. Encontramos, por exemplo, que o átomo de mercúrio, o átomo mais pesado que tenho testado, pode ter até 8 cargas, criptônio pode ter até 5, 3 árgon, néon 2, e assim por diante. Há evidências de que, quando estas ocorrem múltiplas acusações o processo de ionização geralmente é de tal forma que o átomo começa quer com uma taxa ou com o número máximo, que na ionização de vapor de mercúrio, por exemplo, o átomo de mercúrio ou começa com 1 encargo ou com 8, e que as partículas que produzem a parábola correspondente a 5 tarifas, por exemplo, começou com 8 e perdeu de 3 -los em seu caminho através do tubo do cátodo. ... O uso de raios positivos como um método de análise química Uma vez que cada parábola sobre a fotografia, indica a presença no tubo de descarga de partículas com um valor conhecido de M / E e, pelo métodos descritos acima, podemos determinar o que é múltiplo e da unidade carga, podemos, através da medição do parábolas, determinar as massas de todos os partículas no tubo e, assim, identificar o conteúdo do tubo como medida em que isso pode ser feito por um conhecimento do atômica e molecular pesos de todos os seus componentes. A fotografia dos raios positivos dá assim um catálogo dos pesos atômicos e moleculares da elementos e compostos no tubo. Este método tem várias vantagens em comparação com a de análise de espectro, especialmente para os detecção de novas substâncias, pois, com este método, quando encontramos um novo linha sabemos de uma só vez o peso atômico ou molecular da partícula que a produziu. Análise espectral seria muito mais fácil e mais eficiente se a partir do comprimento de onda de uma linha no espectro, poderíamos deduzir o peso atômico do elemento que a produziu, e este praticamente é o que podemos fazer com o método de raios positivos. Mais uma vez, numa mistura a presença de um gás tende a inundar o espectro de outro, necessitando, em muitos casos, a purificação, a considerável de o gás antes de ser analisada pelo espectroscópio. Esta não é a caso, qualquer coisa como a mesma medida com os raios positivos, com estas a presença de outros gases, é uma questão de relativamente pouco importância. No que diz respeito à sensibilidade do método de raios positivos, tenho feito, até agora, nenhuma tentativa de projetar tubos que daria o máximo sensibilidade, mas com os tubos realmente em uso, não há dificuldade em detectar o hélio contido em um centímetro cúbico de ar, mesmo embora seja misturada com outros gases, e eu não tenho a menor dúvida um grau muito maior de sensibilidade pode ser obtido sem muita dificuldade. Vou ilustrar o uso do método por alguns aplicativos. O primeiro delas é a detecção de gases raros na atmosfera. Sir James Dewar gentilmente me forneceu alguns gases obtidos a partir de resíduos de ele ar líquido; primeira amostra havia sido tratada de modo a conter o componentes mais pesados. A fotografia de raios positivos deu as linhas de xenon, krypton, argônio, e uma linha ténue devido a néon; não havia linhas na fotografia desaparecidas, e assim podemos concluir que existem nenhum gás pesado desconhecido que ocorrem na atmosfera em quantidades comparável com a de xenônio. A segunda amostra de Sir James Dewar contidos os gases mais leves, a fotografia mostra que, além de hélio e neon, há um outro gás com um peso atômico cerca de 22. Este gás foi encontrado em cada amostra de neon que tem sido examinados, incluindo uma amostra cuidadosamente purificada elaborado pelo Sr. E. W. Watson e um espécime muito gentilmente cedida por M. Claud, de Paris. ... A substância que dá a linha 22 também ocorre com uma carga dupla, dando uma linha para o qual M / E = 11. Não pode, portanto, penso eu, ser pouca dúvida de que o que foi chamado de néon não é um gás simples, mas uma mistura de dois gases, um dos quais tem um peso atômico de cerca de 20 eo outros cerca de 22. A parábola, devido à pesada gás é sempre muito mais fracas que, devido ao isqueiro, de modo que, provavelmente, o gás mais pesado constitui apenas uma pequena percentagem da mistura.