Ернест Рутхерфорд: биографија, открића и занимљивости

21. 6. 2019.

Ернест Рутхерфорд (слика испод), Барон Рутхерфорд Нелсон и Кембриџ (рођен 30.08.1871 у Спринг Гровеу, Нови Зеланд - умро 19.10.1937. У Кембриџу, Енглеска) - британски физичар са Новог Зеланда који се сматра највећим експериментаром из времена Мицхаела Фарадаиа (1791–1867). Био је централна фигура у проучавању радиоактивности, а његов концепт структуре атома доминирао је нуклеарном физиком. Добитник је Нобелове награде 1908, био је председник Краљевског друштва (1925-1930) и Британске асоцијације за унапређење науке (1923). Године 1925. примљен је у Ред за заслуге, а 1931. године добио је титулу Пеер, добио је титулу лорда Нелсона.

Ернест Рутхерфорд: кратка биографија у раним годинама живота

Отац Ернеста Џејмса средином 19. века преселио је своје дете из Шкотске на Нови Зеланд, који су тек недавно населили Европљани, где се бавио пољопривредом. Рутхерфордова мајка, Марта Томпсон, дошла је из Енглеске као тинејџерка и радила као учитељица док се није удала и имала десеторо дјеце, од којих је Ернест био четврти (и други син).

Ернест је студирао на бесплатним јавним школама све до 1886. године, када је добио стипендију за студирање на Нелсон Привате Хигх Сцхоол. Надарени ученик се истиче у готово сваком предмету, али посебно у математици. Још једна стипендија помогла је Рутхерфордовој пријави 1890. године у Цантербури Цоллегеу, једном од четири кампуса Универзитета на Новом Зеланду. Била је то мала образовна установа, са само осам наставника, али било је мање од 300. Млади талент је имао срећу да има одличне учитеље који су запалили његов интерес за научна истраживања, подржани поузданим доказима.

Рутхерфорд Ернест

Након завршетка трогодишњег студија, Ернест Рутхерфорд је постао првоступник и добио стипендију за годину студија у Цантербури Градуате Сцхоол. Завршивши га крајем 1893. године, магистрирао је - први степен физике, математике и математичке физике. Замољен је да остане још годину дана у Цхристцхурцху за независне експерименте. Рутхерфордово проучавање способности високофреквентног електричног пражњења, на пример, из кондензатора, да магнетизује гвожђе крајем 1894. године, донело му је диплому наука. Током тог периода, заљубио се у Мари Невтон, кћерку жене у чијој кући је настањен. Они су се вјенчали 1900. године. Рутхерфорд је 1895. добио стипендију названу свјетски сајам у Лондону 1851. године. Одлучио је да настави своје истраживање у лабораторији Цавендисх, коју је 1884. године предводио ЈЈ Тхомсон, водећи европски стручњак у области електромагнетног зрачења.

Цамбридге

Као признање растућем значају науке, Универзитет Кембриџ је променио правила, дозвољавајући дипломантима са других универзитета да добију диплому након две године студија и обављања прихватљивих научних радова. Први истраживач је био Рутхерфорд. Ернест, осим што је показао магнетизацију осцилирајућим пражњењем гвожђа, открио је да игла губи дио своје магнетизације у магнетском пољу које ствара једна измјенична струја. То је омогућило стварање детектора новооткривених електромагнетних таласа. Године 1864. шкотски теоретски физичар Јамес Цлерк Маквелл предвидио је њихово постојање, а 1885-1889. Немачки физичар Хеинрицх Хертз их је открио у својој лабораторији. Рутхерфордов уређај за детекцију радио таласа био је једноставнији и имао је комерцијални потенцијал. Следеће године, млади научник је провео у лабораторији Цавендисх, повећавајући опсег и осетљивост уређаја, који је могао примати сигнале на удаљености од пола миље. Међутим, Рутхерфорд није имао интерконтиненталну визију и предузетничке вештине Италијана Гуглиелма Марцонија, који је изумио бежични телеграф 1896. године.

Ернест Рутхерфорд

Ионизационе студије

Кс-зраке откривене су у Немачкој од стране Вилхелма Цонрада Роентгена само неколико месеци након појаве Рутхерфорда у Цавендисху. Сви су били веома заинтересовани за способност сликања костију живе особе. Научници су желели да сазнају више о својствима чудотворних зрака и о томе шта су, а Рутхерфорд је био међу онима који су радознали. Ернест није могао да одбије Тхомсон-ов почасни позив да учествује у проучавању како рендгенски снимци мењају проводљивост гасова. Резултат је био класичан рад на јонизацији - одвајање атома или молекула у позитивне и негативне делове (јоне) и привлачење набијених честица на електроде супротног поларитета.

Студије зрачења

Тхомсон је тада почео да проучава однос пуњења и масе најчешћег јона, који је касније постао познат као електрон, док је Рутхерфорд проучавао друге типове зрачења која су произвела јоне. Окренуо се ултраљубичастом, а затим и зрачењу које је емитовао уранијум, који је први пут 1896. открио француски физичар Хенри Бецкуерел. Постављање уранијума у ​​близини танке фолије омогућило је Рутерфорду да схвати да је зрачење компликованије него што се раније мислило: једна од његових врста се лако апсорбује или блокира врло танким металним слојем, али други често продире кроз њега. Због једноставности, он их је назвао зрачење "алфа" и "бета". Касније је утврђено да α-честице одговарају нуклеусу атома хелијума и састоје се од два протона и два неутрона, док су β-честице електрон или његова позитивна варијанта позитрона. У наредних неколико година, проучавање овог зрачења је било од примарног интереса, а онда је пажња науке прешла на радиоактивне елементе.

Ернест Рутхерфорд фото

МцГилл Университи

Како је настављен живот и каријера таквог научника као што је Ернест Рутхерфорд? Биографија Физика каже да је ускоро понудио професора на канадском универзитету МцГилл у Монтреалу, који се могао похвалити једном од најбоље опремљених лабораторија у западној хемисфери. Скреће пажњу на једну од неколико тада познатих радиоактивни елементи он и његов колега открили су да торијум ослобађа гасовити производ који је научник назвао "еманација". Он је, заузврат, оставио чврсте наслаге, које су убрзо претворене у торијум А, Б, Ц, итд. Занимљиво је да су након хемијске обраде неке супстанце изгубиле своје радиоактивне особине, али су их на крају опоравиле, док су друге материјали, првобитно јаки, постепено губе активност. То је довело до концепта полу-живота - временског интервала потребног за распадање половине атомских језгара узорка, у распону од неколико секунди до милијарди година, јединствено за сваки радиоактивни елемент и, према томе, одлично средство за њихово идентификовање.

најзанимљивије чињенице живота

Теорија трансформација

Рутхерфорду је била потребна помоћ хемијског експерта да се носи са све већим бројем радиоактивних елемената. Он је нацртао Фредерика Соддија из МцГилла, Бертрама Бордена Болтвоода, професора на Универзитету Иале и Отта Хахна, истраживача из Њемачке. Од Содди 1902–1903 Развио је теорију трансформације која објашњава феномен радиоактивности. Алкемија, са својим покушајима да претвори олово у злато, одавно је протерана из модерне хемије. Атоми су сматрани стабилним. Али Рутхерфорд и Содди тврде да енергија радиоактивности произлази из њих, а спонтана емисија α- или β-честица значи хемијску трансформацију једног елемента у други. Очекивали су да се та иконокластична теорија оповргне, али ауторитет многих експерименталних доказа потиснуо је опозицију.

Убрзо је утврђено да су радиоактивни елементи подељени у три реда, на чијем се челу налазе уранијум, торијум и актинијум, а сви они доводе до формирања неактивног олова. Болтвоод је ставио радијум у групу уранијума и, слиједећи Рутхерфордов савјет, користио је полако растућу количину олова у минералу да би показао да су стијене старе милијарде година. Ово последње је веровало да алфа честица која има опипљиву масу игра кључну улогу у трансформацији елемената. Он је утврдио да носи позитиван набој, али није могао да утврди да ли је то водоник или хелијум.

Ожењен и славан

У МцГиллу, Ернест Рутхерфорд (фотографија у чланку) се удала за своју вољену са Новог Зеланда и постала позната. Позвао је многе студенте истраживања у своју лабораторију, укључујући и жене, када је веома мало жена било ангажовано у науци. Физичар Ернест Рутхерфорд био је популарни предавач и аутор новинских и часописних чланака. Године 1904. написао је и водећи уџбеник о радиоактивности. Имао је награде, чланство у Краљевском друштву у Лондону и неизбежне понуде сарадње.

ернест рутхерфорд биограпхи

Университи оф Манцхестер

У Северној Америци постојала је добра научна заједница, али је светски центар физике био у Европи. Ернест Рутхерфорд, Нобелова награда за хемију, која је награђена за свој рад у Монтреалу 1908. године, добила је посао на одељењу Универзитета у Манчестеру, чија је лабораторија на другом месту само код Кавендиша.

Заједно са немачким физичаром Хансом Геигером, Ернест Рутхерфорд је створио електрични бројач јонизованих честица. Унапређен од стране Геигера, мерач је постао универзални инструмент за мерење радиоактивности. Захваљујући вештини стаклене пухачице, Рутхерфорд и његов ученик Тхомас Роидс идентификовали су неке α-честице и извршили њихову спектрохемијску анализу, која је доказала да су то хелијеви иони. Тада је Болтвуд посетио лабораторију Универзитета у Манчестеру, и заједно са новозеландским физичарима навели стопу формирања хелијума из радијума, из које су израчунали тачну вредност Авогадро бројеви.

Не остављајући своју дугогодишњу фасцинацију алфа честицама, Рутхерфорд је проучавао њихово мало расипање након интеракције са фолијом. Гајгер му се придружио и добили су много значајније податке. Године 1909, када је додипломски Ернест Марсден тражио тему за свој истраживачки пројекат, Ернест га је позвао да проучи велике углове расипања. Марсден је открио да је мали број α-честица одступао за више од 90 ° од свог првобитног смјера, што је навело Рутхерфорда да узвикне да је готово једнако невјеројатно као да би се 15-инчни пројектил лансирао у лист папира и вратио се погодио је стрелца.

Ернест Рутхерфорд Дисцовериес

Атом модел

Размишљање о томе како се таква тешка наелектрисана честица може отклонити електростатичким привлачењем или одбијањем на тако великом углу, 1944. Рутхерфорд је закључио да атом не може бити хомогено чврсто тело. По његовом мишљењу, он се углавном састојао од празног простора и ситног језгра у коме је концентрисана сва његова маса. Рутхерфорд Ернест атомски модел је потврђен бројним експерименталним доказима. Постала је његов највећи научни допринос, али изван Манчестера је добила мало пажње. Међутим, 1913. године дански физичар Ниелс Бохр показао је важност овог открића. Годину дана раније, обишао је лабораторију Рутхерфорд и вратио се као члан факултета 1914–1916. Радиоактивност је, како је објаснио, у језгру, док се хемијске особине одређују орбиталним електронима. Модел Боровог атома је довео до новог концепта кванта (или дискретних енергетских вредности) у електродинамици орбита, и објаснио је спектралне линије као ослобађање или апсорпцију енергије електронима док се крећу из једне орбите у другу. Хенри Мослеи, још један од многих Рутхерфордових студената, објаснио је на сличан начин секвенцу рендгенског спектра елемената помоћу нуклеарног набоја. Тако је развијена нова кохерентна слика физике атома.

Подморнице и нуклеарна реакција

Први светски рат је уништио лабораторију коју је водио Ернест Рутхерфорд. Занимљиве чињенице из живота физичара у овом периоду односе се на његово учешће у развоју средстава за борбу против подморница, као и на чланство у Адмиралитетском савету за изуме и научна истраживања. Када је узео времена да се врати на свој претходни научни рад, почео је да проучава колизију алфа честица са гасовима. У случају водоника, као што се и очекивало, детектор је забележио формирање појединачних протона. Али протони су настали и при бомбардовању атомима азота. 1919. године Ернест Рутхерфорд је открио откриће с другим: успио је умјетно изазвати нуклеарну реакцију у стабилном елементу.

физичар ернест рутхерфорд

Повратак у Цамбридге

Нуклеарне реакције заузеле су научника током његове каријере, која се поново одиграла у Кембриџу, где је 1919. године Тхомсон-ов наследник као директор лабораторије Универзитета Цавендисх постао Рутхерфорд. Ернест је довео свог колегу са Универзитета у Манчестеру - физичара Јамеса Цхадвицка. Заједно су бомбардовали алфа честице низом лаких елемената и изазвали нуклеарне трансформације. Али они нису могли да продру у теже језгре, јер су α-честице одбачене од њих због истог набоја, а научници нису могли да утврде да ли се то десило одвојено или заједно са метом. У оба случаја била је потребна напреднија технологија.

Веће енергије у акцелераторима честица које су потребне за решавање првог проблема постале су доступне крајем 1920-их. Године 1932. Рутхерфордова два студента - Енглез Јохн Цоцкрофт и Ирац Ернест Валтон - први су довели до нуклеарне трансформације. Користећи линеарни акцелератор високог напона, бомбардовали су литијум протонима и поделили га у две α честице. За овај рад добили су Нобелову награду за физику 1951. године. Шкот Цхарлес Вилсон у Цавендисху створио је магловиту камеру која је давала визуалну потврду путање напуњених честица, за коју је 1927. добио исту престижну међународну награду. и открили да је већина њих била уобичајена еластична, а 8 је било праћено распадањем, у којем је α-честица апсорбована од стране циљног језгра пре него што се поделила на два фрагмента. Ово је био важан корак у разумевању нуклеарних реакција, за које је Блацкетт добио Нобелову награду за физику 1948. године.

Неутронско откривање и термонуклеарна фузија

Цавендисх је постао мјесто за друге занимљиве радове. Постојање неутрона предвиђено је од стране Ратерфорда 1920. године. После дуге потраге 1932. године, Чадвик је открио ову неутралну честицу, доказујући да се језгро састоји од неутрона и протона, а његов колега, енглески физичар Норман Федер, убрзо је показао да неутрони могу изазвати нуклеарне реакције лакше него набијене честице. Рад са поклоном који је недавно отворен у САД тешка вода 1934, Рутхерфорд, Марк Олипхант из Аустралије и Паул Хартек из Аустрије извршили су деутеријско бомбардовање деутеронима и спровели прву термонуклеарну фузију.

ернест рутхерфорд кратка биографија

Живот изван физике

Научник је имао неколико хобија које нису у вези са науком, укључујући голф и моторна трка. Укратко, Ернест Рутхерфорд се држао либералних увјерења, али није био политички активан, иако је био предсједник стручног вијећа владиног Одјела за знанствена и индустријска истраживања и био је до краја живота (од 1933.) Вијећа за академску помоћ, створеног да помогне научницима који су побјегли из нацистичке Немачке. Године 1931. постао је вршњак, али овај догађај је био засјењен смрћу његове кћери, која је умрла осам дана раније. Угледни научник умро је у Кембриџу након кратке болести и сахрањен је у Вестминстер Аббеи.

Ернест Рутхерфорд: занимљиве чињенице

  • Студирао је на Колеџу Универзитета у Цантербурију на Новом Зеланду за стипендију, дипломирао и магистрирао, а такође је провео двије године развијајући радове који су довели до проналаска новог типа радио пријемника.
  • Ернест Рутхерфорд био је први дипломац који је дипломирао на Кембриџу, коме је било дозвољено да спроводи истраживање у лабораторији Цавендисх под руководством Сир Ј. Ј. Тхомсона.
  • Током Првог светског рата радио је на решавању практичних проблема откривања подморница.
  • На Универзитету МцГилл у Канади, Ернест Рутхерфорд, заједно са хемичарем Фредерицком Соддијем, створио је теорију атомског распада.
  • На Универзитету Викторија у Манчестеру, он и Тхомас Роидс су доказали да се алфа зрачење састоји од јона хелијума.
  • Рутхерфордово истраживање о пропадању елемената и радиоактивних супстанци донело му је Нобелову награду 1908. године.
  • Његов најпознатији експеримент Геигер-Марсден, који је показао нуклеарну природу атома, физичар је провео након што је добио награду Шведске академије.
  • 104. хемијски елемент је назван по њему - рутхерфорд, који је у СССР-у и Руској Федерацији до 1997. године. се звао Курцхатовии.