Eugen Goldstein: Upptäckter och Bidrag

Eugen Goldstein var en ledande tysk fysiker, född i dagens Polen år 1850. Hans vetenskapliga arbete omfattar experiment med elektriska fenomen i gaser och katodstrålar.

Goldstein identifierade förekomsten av protoner som lika och motsatta laddningar till elektroner. Denna upptäckt utfördes genom experiment med katodstrålerör, år 1886.

En av hans mest framstående legat bestod av upptäckten av vad som nu är känt som protoner, tillsammans med kanalstrålar, även kända som anodiska eller positiva strålar.

Var det en atommodell av Goldstein?

Godlstein föreslog inte en atommodell, även om hans upptäckter möjliggjorde utvecklingen av Thomsons atommodell.

Å andra sidan krediteras han ibland som protonens upptäckare, som jag observerar i vakuumrören där han observerade katodstrålarna. Men, Ernest Rutherford anses vara upptäckaren i det vetenskapliga samfundet.

Experiment med katodstrålar

Krokar rör

Goldstein började sina experiment med Crookes-rör under 70-talet. Sedan gjorde han modifikationer av den struktur som William Crookes utvecklade på 1800-talet.

Basstrukturen hos Crookes-röret består av ett tomt rör av glas, inuti vilket gaser cirkulerar. Gassens tryck inuti röret regleras genom att moderera evakueringen av luften inuti den.

Anordningen har två metalldelar, en i varje ände, som fungerar som elektroder, och båda ändarna är anslutna till externa spänningskällor.

Vid elektrifiering av röret joniserar luften och blir en ledare av elektricitet. Som ett resultat blir gaserna fluorescerande när kretsen är stängd mellan rörets båda ändar.

Crookes drog slutsatsen att detta fenomen berodde på katodstrålens existens, det vill säga flödet av elektroner. Med detta experiment påvisades förekomsten av elementära partiklar med negativ laddning i atomerna.

Ändring av Crookes rör

Goldstein modifierade strukturen hos Crookes-röret och tillsatte flera perforeringar till ett av rörets metallkatoder.

Dessutom upprepade han experimentet med modifikationen av Crookes-röret, vilket ökar spänningen mellan rörens ändar till flera tusen volt.

Under denna nya konfiguration upptäckte Goldstein att röret släppte ut en ny glöd som startade från rörets ände som hade perforerats.

Emellertid är höjdpunkten att dessa strålar rörde sig i motsatt riktning mot katodstrålarna och kallades kanalstrålar.

Goldstein drog slutsatsen att förutom katodstrålarna, som reste från katoden (negativ laddning) till anoden (positiv laddning), fanns en annan stråle som rör sig i motsatt riktning, det vill säga från anoden till katoden hos det modifierade röret.

Dessutom var partiklarnas beteende i förhållande till deras elektriska fält och magnetfält helt motsatta det för katodstrålar.

Detta nya flöde döptes av Goldstein som kanalstrålar. Eftersom kanalstrålarna reste sig i motsatt riktning mot katodstrålarna, fann Goldstein att naturen hos deras elektriska laddning också måste strida mot varandra. Däremot hade kanalstrålarna en positiv laddning.

Kanal strålarna

Kanalstrålarna uppkommer när katodstrålarna kolliderar mot atomerna i gasen som är inrymda i provröret.

Partiklar med samma laddningar avstänger. Med utgångspunkt från denna bas avstöder elektronerna i katodstrålen elektronerna av atomerna i gasen, och dessa sista är avskilda från sin ursprungliga formation.

Gasatomer förlorar sin negativa laddning och är positivt laddade. Dessa katjoner lockas till rörets negativa elektrod, med tanke på den naturliga attraktionen mellan motstående elektriska laddningar.

Goldstein kallade dessa strålar "Kanalstrahlen", för att referera till motstycket av katodstrålar. De positivt laddade joner som utgör kanalstrålarna rör sig mot den perforerade katoden tills de passerar genom den, med tanke på experimentets natur.

Därför är denna typ av fenomen känd i den vetenskapliga världen som kanalstrålar, eftersom de passerar genom befintlig perforering i undersökningsrörets katod.

Modifikation av katodrör

På samma sätt bidrog Eugen Godlsteins essäer också avsevärt till att fördjupa de tekniska uppfattningarna om katodstrålar.

Genom experiment på evakuerade rör upptäckte Goldstein att katodstrålar skulle kunna framkalla akuta skuggor av utsläpp vinkelrätt mot det område som täcks av katoden.

Denna upptäckt var mycket användbar för att modifiera utformningen av de katodrör som användes hittills, och att placera konkava katoder i sina hörn för att producera fokuserade strålar som skulle användas i en mängd olika applikationer i framtiden.

Å andra sidan beror strålningsstrålarna, även kända som anodiska strålar eller positiva strålar, direkt på de fysikalisk-kemiska egenskaperna hos den gas som finns i röret.

Följaktligen kommer förhållandet mellan den elektriska laddningen och massan av partiklarna att vara olika beroende på beskaffenheten hos den gas som används under experimentet.

Med denna slutsats klargördes det faktum att partiklarna kom ut ur gasen, inte anoden av det elektrifierade röret.

Goldsteins bidrag

Första stegen i upptäckten av protonen

Baserat på säkerheten att den elektriska laddningen av atomerna är neutral tog Goldstein de första stegen för att verifiera förekomsten av grundläggande partiklar laddade positivt.

Grunden för modern fysik

Goldsteins forskning tog med sig grunden för modern fysik, eftersom demonstrationen av kanalstrålarnas existens fick att formalisera idén att atomen flyttade snabbt och med ett specifikt rörelsemönster.

Denna typ av begrepp var nyckeln till det som nu kallas atomfysik, det vill säga fältet för fysik som studerar beteendet och egenskaperna hos atomer i sin helhet.

Isotopstudie

Således ledde Goldsteins analys till studier av isotoper, till exempel bland många andra vetenskapliga applikationer som för närvarande är i full kraft.

Det vetenskapliga samfundet tilldelar dock protonens upptäckt till kemikalisten och fysikern Ernest Rutherford i Nya Zeeland, i mitten av 1918.

Upptäckten av protonen, som motstycke till elektronen, lagde grunden för byggandet av den atommodell som vi känner till idag.