Ernest Rutherford: biografie, objevy a zajímavosti

21. 6. 2019

Ernest Rutherford (foto níže), Baron Rutherford Nelson a Cambridge (narozen 08/30/1871 v Spring Grove, Nový Zéland - zemřel 19.10.1937 v Cambridge, Anglie) - britský fyzik z Nového Zélandu, který je považován za největšího experimentátora od doby Michaela Faradaye (1791-1867). Byl hlavním představitelem studia radioaktivity a jeho pojem o struktuře atomu ovládal jadernou fyziku. Získal Nobelovu cenu v roce 1908, byl prezidentem Královské společnosti (1925-1930) a Britskou asociací pro rozvoj vědy (1923). V roce 1925 byl přijat do řádu zásluh a v roce 1931 získal titul Peer, získal titul lorda Nelsona.

Ernest Rutherford: stručná biografie v prvních letech života

Ernest James otec v polovině 19. století přestěhoval své dítě z Skotska na Nový Zéland, který byl jen nedávno urovnán Evropany, kde se zabýval zemědělstvím. Rutherfordova matka, Martha Thompsonová, přišla z Anglie jako dospívající a pracovala jako učitelka, dokud se neožila a měla deset dětí, z nichž Ernest byl čtvrtý (a druhý syn).

Ernest studoval na svobodných veřejných školách do roku 1886, kdy získal stipendium ke studiu na soukromé střední škole Nelson. Nadaný student exceloval téměř v každém předmětu, ale především v matematice. Další stipendium pomohlo Rutherfordovi zapsat se v roce 1890 na Canterbury College, jedné ze čtyř univerzitního univerzitního univerzity. Byla to malá vzdělávací instituce, která měla pouze osmi učitelů, ale bylo zde méně než 300 studentů. Mladý talent měl štěstí, že měl vynikající učitele, kteří zapálili jeho zájem o vědecký výzkum podporovaný spolehlivými důkazy.

Rutherford Ernest

Po absolvování tříletého studijního oboru se Ernest Rutherford stal bakalářem a získal stipendium na rok studia na Canterbury Graduate School. Na konci roku 1893 absolvoval magisterský titul - první titul ve fyzice, matematice a matematické fyzice. Byl požádán, aby zůstal další rok v Christchurchu pro nezávislé experimenty. Rutherfordovo studium schopnosti vysokofrekvenčního elektrického výboje, například z kondenzátoru, magnetizovat železo na konci roku 1894, mu získalo titul bakaláře vědy. Během tohoto období se zamiloval do Mary Newtonové, dcery ženy, v jejímž domě se usadil. Ona byla ženatá v roce 1900. V roce 1895 získal Rutherford stipendium pojmenované po světové výstavě v Londýně v roce 1851. Rozhodl se pokračovat ve výzkumu v laboratoři Cavendish, který JJ Thomson, vedoucí evropský odborník v oblasti elektromagnetického záření, vedl v roce 1884.

Cambridge

Vzhledem k rostoucímu významu vědy Cambridgeská univerzita změnila své pravomoci a umožnila absolventům jiných vysokých škol obdržet diplom po dvou letech studia a přijatelné vědecké práci. Prvním studentem byl Rutherford. Ernest kromě toho, že prokázal magnetizaci oscilačním výbojem železa, zjistil, že jehla ztrácí část své magnetizace v magnetickém poli vytvořeném střídavým proudem. To umožnilo vytvořit detektor nově objevených elektromagnetických vln. V 1864 skotský teoretický fyzik James Clerk Maxwell předpovídal jejich existenci a v letech 1885-1889. Německý fyzik Heinrich Hertz je objevil ve své laboratoři. Zařízení detekce rádiových vln Rutherford bylo jednodušší a mělo komerční potenciál. Následující rok mladý vědec strávil v laboratoři Cavendish, čímž rozšířil rozsah a citlivost zařízení, který mohl přijímat signály ve vzdálenosti půl míle. Nicméně, Rutherford postrádal mezikontinentální vizi a podnikatelské dovednosti italského Guglielmo Marconi, který vynalezl bezdrátový telegraf v roce 1896.

Ernest Rutherford

Ionizační studie

Rentgenové záření objevil v Německu Wilhelm Conrad Roentgen jen několik měsíců po vzhledu Rutherforda v Cavendishu. Každý se velmi zajímal o schopnost fotografovat kosti živé osoby. Vědci se chtěli dozvědět více o vlastnostech zázračných paprsků ao tom, jaké jsou, a Rutherford byl mezi těmi zvědavými. Ernest nemohl odmítnout Thomsonovo čestné pozvání k účasti na studii o tom, jak rentgenové záření mění vodivost plynů. Výsledkem byla klasická práce na ionizaci - oddělení atomů nebo molekul do pozitivních a negativních částí (iontů) a přitahování nabitých částic k elektrodám s opačnou polaritou.

Radiační studie

Thomson pak začal studovat poměr náboje k hmotnosti nejběžnějšího iontu, který později se stal známým jako elektron, zatímco Rutherford studoval jiné typy záření, které produkovaly ionty. Otočil se na ultrafialové a pak na záření vyzařované uranem, které poprvé objevil v roce 1896 francouzský fyzik Henri Becquerel. Umístění uranu v blízkosti tenké fólie umožnilo Rutherfordovi pochopit, že radiace je složitější než se dříve předpokládalo: jeden z jeho druhů byl snadno absorbován nebo zablokován velmi tenkou vrstvou kovu, ale druhý často pronikl přes něj. Pro jednoduchost nazval tyto typy záření "alfa" a "beta". Později bylo zjištěno, že α-částice odpovídají jádru atomu helia a sestávají ze dvou protonů a dvou neutronů, zatímco částice ß jsou elektron nebo pozitivní variantní pozitron. V příštích několika letech bylo studium tohoto záření primárním zájmem a pak se pozornost vědy přesunula na radioaktivní prvky.

Ernest Rutherford fotka

McGill univerzita

Jak pokračoval život a kariéra takového vědce jako Ernest Rutherford? Životopis Fyzika říká, že brzy byl nabídnut profesor na kanadské McGillově univerzitě v Montrealu, který se mohl pochlubit jednou z nejlépe vybavených laboratoří na západní polokouli. Zaměřil se na jednu z několika známých radioaktivní prvky on a jeho kolega objevili, že thorium uvolňuje plynný produkt, který vědec nazývá "emanace". On zase nechal pevné usazeniny, které byly brzy přeměněny na thorium A, B, C atd. Je zajímavé, že po chemické úpravě některé látky ztratily své radioaktivní vlastnosti, ale nakonec je získaly, zatímco jiné materiály, zpočátku silná, postupně ztracená aktivita. To vedlo k pojmu poločas - časový interval potřebný k rozpadu poloviny atomových jader vzorku v rozmezí několika sekund až na miliardy let, který je jedinečný pro každý radioaktivní prvek a je proto vynikajícím prostředkem k jejich identifikaci.

ernest rutherford zajímavé fakty o životě

Teorie transformací

Rutherford potřeboval pomoc chemického experta, aby se vyrovnal s rostoucím počtem radioaktivních prvků. Přitahoval Frederika Soddyho z McGill, Bertrama Bordena Boltwooda, profesora na Yale University a Otto Hahna, výzkumného pracovníka z Německa. Od Soddy v letech 1902-1903 Vyvinul transformační teorii vysvětlující fenomén radioaktivity. Alchymie, s jejími pokusy přeměnit olovo na zlato, byla již dávno vyloučena z moderní chemie. Atomy byly považovány za stabilní. Ale Rutherford a Soddy tvrdili, že energie z radioaktivity vyzařuje od nich a spontánní emise a- nebo β-částic znamená chemickou transformaci jednoho prvku do druhého. Očekávali, že tato ikonoklastická teorie bude vyvrácena, ale autorita mnoha experimentálních důkazů potlačila opozici.

Brzy bylo zjištěno, že radioaktivní prvky jsou rozděleny do tří řad, vedené uranem, thoriem a aktiniem, a všechny z nich vedou k tvorbě neaktivního olova. Boltwood umístil rádium do skupiny uranu a po Rutherfordově radě použil pomalu rostoucí množství olova v minerálech, aby ukázal, že skály jsou miliardy let staré. Ten věřil, že alfa částic mající hmotnou hmotu hraje klíčovou roli při transformaci prvků. Stanovil, že nese pozitivní náboj, ale nedokázal zjistit, zda jde o vodík nebo iont hélia.

Ženatý a slavný

V McGillovi se Ernest Rutherford (foto uvedená v článku) oženil s jeho milovaným z Nového Zélandu a stal se slavným. Pozval řadu výzkumných studentů do své laboratoře, včetně žen, když se vědy zabývalo jen velmi málo žen. Fyzik Ernest Rutherford byl populární přednášející a autor článků v novinách a časopisech. V roce 1904 napsal také vedoucí učebnici o radioaktivitě. Získal ocenění, členství v Královské společnosti v Londýně a nevyhnutelné nabídky spolupráce.

ernest rutherford biografie

Univerzita v Manchesteru

Tam byla dobrá vědecká komunita v Severní Americe, ale světové centrum fyziky bylo v Evropě. Ernest Rutherford, Nobelova cena za chemii, která byla oceněna za svou práci v Montrealu v roce 1908, získala práci na oddělení Manchesterské univerzity, jejíž laboratoř byla druhá pouze pro Cavendish.

Spolu s německým fyzikem Hansem Geigerem vytvořil Ernest Rutherford elektrický čítač ionizovaných částic. Vylepšený metodou Geiger se měřidlo stává univerzálním přístrojem pro měření radioaktivity. Díky zručnosti skládače Rutherford a jeho žák Thomas Royds identifikovali některé α-částice a provedly svou spektrochemickou analýzu, která dokázala, že jsou to heliové ionty. Boltwood navštívil laboratoř Univerzity v Manchesteru a společně s novozélandským fyzikem specifikovali rychlost tvorby helia z rádia, ze kterého vypočítali přesnou hodnotu Avogadro čísla.

Bez opuštění své dlouhotrvající fascinace alfa částic, Rutherford studoval jejich malý rozptyl po interakci s fólií. Geiger se k němu připojil a získali významnější údaje. V roce 1909, když vysokoškolák Ernest Marsden hledal téma pro svůj výzkumný projekt, Ernest ho pozval ke studiu velkých rozptylových úhlů. Marsden zjistil, že malé množství a-částic se odchýlilo o více než 90 ° od původního směru, což Rutherfordovi vyvolalo, že je téměř tak neuvěřitelné, jako kdyby se 15-palcový projektil vyrazený do listu papírového papíru vrátil zpět a hit shooter.

Ernest Rutherford objevy

Atomový model

Odráží se, jak může být taková těžká nabitá částice odkloněna elektrostatickým přitahováním nebo odpuzováním v tak velkém úhlu, v roce 1944 Rutherford dospěl k závěru, že atom nemůže být homogenní pevné tělo. Podle jeho názoru se jednalo především o prázdný prostor a drobné jádro, ve kterém byla soustředěna veškerá jeho masa. Rutherford Ernestův atomový model je potvrzen řadou experimentálních důkazů. Ona se stala jeho největším vědeckým přínosem, ale mimo Manchester dostala malou pozornost. V roce 1913 však dánský fyzik Niels Bohr ukázal význam tohoto objevu. O rok dříve navštívil laboratoř Rutherforda a vrátil se k němu jako člen fakulty v letech 1914-1916. Radioaktivita, vysvětluje, je v jádře, zatímco chemické vlastnosti jsou určovány orbitálními elektrony. Model atomu Bohr vyvolal v elektrodynamii oběžných drah nový koncept kvantových (nebo diskrétních energetických hodnot) a vysvětlil spektrální čáry jako uvolňování nebo absorpci energie elektrony, když se pohybují z jedné oběžné dráhy do druhé. Henry Mosley, další z mnoha studentů Rutherfordových, vysvětlil podobným způsobem sekvenci rentgenového spektra prvků jaderným nábojem. Tak vznikl nový koherentní obraz fyziky atomu.

Ponorky a jaderná reakce

První světová válka zdevastovala laboratoř Ernesta Rutherforda. Zajímavé skutečnosti ze života fyziků v tomto období se týkají jeho účasti na vývoji prostředků pro boj s ponorkami, jakož i členství v admiralitě Rady pro vynálezy a vědecký výzkum. Když si udělal čas vrátit se do své předchozí vědecké práce, začal studovat kolizi alfa částic s plyny. V případě vodíku, jak se očekávalo, detektor zaznamenal tvorbu jednotlivých protonů. Ale protony také vznikly při bombardování atomů dusíku. V roce 1919 objevil Ernest Rutherford objev s dalším: podařilo se uměle provokovat jaderné reakce ve stabilním prvku.

fyzik ernest rutherford

Vraťte se do Cambridge

Jaderné reakce obsadily vědce po celou dobu jeho kariéry, která se konala znovu v Cambridge, kde v roce 1919 nástupce Thomsona jako ředitel laboratoře Cavendish University a stal se Rutherford. Ernest sem přivedl svého kolegu na University of Manchester - fyzik James Chadwick. Společně bombardovali alfa částice se sérií lehkých prvků a způsobily jaderné transformace. Nemohli však proniknout do těžších jader, jelikož částice α odpuzovaly z nich kvůli stejnému náboji a vědci nemohli určit, zda se to stalo samostatně nebo společně s cílem. V obou případech byla vyžadována pokročilejší technologie.

Vyšší energie urychlovačů částic potřebných k vyřešení prvního problému byly k dispozici v pozdních dvacátých létech. V roce 1932 byli dva studenti Rutherfordových - Angličan John Cockroft a irský Ernest Walton - první, kdo skutečně přinesl jadernou transformaci. Pomocí vysokonapěťového lineárního akcelerátoru bombardovali lithium s protony a rozdělili jej na dvě částice α. Za tuto práci dostali Nobelovu cenu za fyziku v roce 1951. Scotsman Charles Wilson v Cavendishu vytvořil mlhavou kameru, která poskytla vizuální potvrzení trajektorie nabitých částic, za kterou získal stejné prestižní mezinárodní ocenění v roce 1927. V roce 1924 změnil anglický fyzik Patrick Blackkett fotoaparát Wilson na fotografii o 400 000 alfa kolizích a zjistili, že většina z nich byla obyčejná elastická a osm byla doprovázena rozpadem, ve kterém byla a-částic absorbována cílovým jádrem před rozštěpením na dva fragmenty. Jednalo se o důležitý krok v pochopení jaderných reakcí, za něž byl Blackett v roce 1948 udělen Nobelovu cenu za fyziku.

Zjišťování neutronů a termonukleární fúze

Cavendish se stal místem pro další zajímavé práce. Existenci neutronu předpovídal Rutherford v roce 1920. Po dlouhém hledání v roce 1932 objevil Chadwick neutrální částice, což dokazuje, že jádro tvoří neutrony a protony a jeho kolega, anglický fyzik Norman Feder, brzy prokázal, že neutrony mohou způsobit jaderné reakce snadněji než nabité částice. Práce s nedávno otevřeným darem v USA těžká voda v roce 1934 Rutherford, Mark Oliphant z Austrálie a Paul Hartek z Rakouska provedli deuterium bombardování s deuterony a provedli první termonukleární fúzi.

ernest rutherford stručná biografie

Život mimo fyziku

Vědec měl několik koníčků, které se netýkají vědy, mezi něž patří golf a motoristické dostihy. Ernest Rutherford zkrátka dodržoval liberální přesvědčení, ale nebyl politicky aktivní, i když byl předsedou odborné rady vládního ministerstva vědeckého a průmyslového výzkumu a byl prezidentem (od roku 1933) prezidenta Rady pro akademickou pomoc, který byl vytvořen na pomoc vědcům, kteří uprchli z nacistického Německa. V roce 1931 se stal vrstevníkem, ale tato událost byla zastíněna smrtí jeho dcery, která zemřela před osmi dny. Vynikající vědec zemřel v Cambridge po krátké nemoci a byl pohřben v Westminsterském opatství.

Ernest Rutherford: zajímavé fakty

  • Studoval na univerzitě v Canterbury na Novém Zélandu za stipendium, obdržel bakalářské a magisterské studium a také dva roky strávil vývojem prací, které vedly k vynalezení nového typu rádiového přijímače.
  • Ernest Rutherford byl prvním absolventem absolvování Cambridgeského studia, který měl možnost provádět výzkum v Cavendish Laboratory pod vedením sira J. J. Thomsona.
  • Během první světové války pracoval na řešení praktických problémů detekce ponorek.
  • Na McGillově univerzitě v Kanadě vytvořil Ernest Rutherford společně s chemikem Frederickem Soddym teorii atomového úpadku.
  • Na Victoria University v Manchesteru on a Thomas Royds prokázali, že alfa záření je složeno z heliových iontů.
  • Rutherfordův výzkum o úpadku prvků a radioaktivních látek mu přinesl Nobelovu cenu v roce 1908.
  • Jeho nejslavnější experiment Geiger - Marsden, který demonstroval jadernou povahu atomu, fyzik vedl po obdržení ocenění švédské akademie.
  • 104. chemický prvek je pojmenován po něm - rutherford, který v SSSR a Ruské federaci až do roku 1997. byl nazván Kurchatoviy.