Eugen Goldstein: Những khám phá và đóng góp

Eugen Goldstein là một nhà vật lý hàng đầu của Đức, sinh ra ở Ba Lan ngày nay vào năm 1850. Công trình khoa học của ông bao gồm các thí nghiệm với các hiện tượng điện trong khí và trong tia catốt.

Goldstein xác định sự tồn tại của các proton là điện tích bằng nhau và ngược chiều với các electron. Khám phá này được thực hiện thông qua thí nghiệm với các ống tia catốt, vào năm 1886.

Một trong những di sản nổi bật nhất của ông là phát hiện ra cái được gọi là proton, cùng với các tia kênh, còn được gọi là tia anốt hoặc tia dương.

Có một mô hình nguyên tử của Goldstein?

Godlstein đã không đề xuất một mô hình nguyên tử, mặc dù những khám phá của ông cho phép phát triển mô hình nguyên tử của Thomson.

Mặt khác, đôi khi anh ta được ghi nhận là người phát hiện ra proton, mà tôi quan sát thấy trong các ống chân không nơi anh ta quan sát các tia cực âm. Tuy nhiên, Ernest Rutherford được coi là người phát hiện ra trong cộng đồng khoa học.

Thí nghiệm với tia catốt

Ống Crookes

Goldstein bắt đầu thí nghiệm của mình với các ống Crookes, trong thập niên 70 của thập niên 70. Sau đó, ông đã sửa đổi cấu trúc do William Crookes phát triển vào thế kỷ 19.

Cấu trúc cơ sở của ống Crookes bao gồm một ống rỗng làm bằng thủy tinh, bên trong có khí lưu thông. Áp suất của các khí bên trong ống được điều chỉnh bằng cách kiểm duyệt sự thoát hơi của không khí bên trong nó.

Thiết bị có hai phần kim loại, một phần ở mỗi đầu, đóng vai trò là điện cực và cả hai đầu được kết nối với nguồn điện áp bên ngoài.

Khi điện khí hóa ống, không khí bị ion hóa và trở thành chất dẫn điện. Kết quả là các khí trở thành huỳnh quang khi mạch được đóng giữa hai đầu của ống.

Crookes kết luận rằng hiện tượng này là do sự tồn tại của tia catốt, nghĩa là dòng điện tử. Với thí nghiệm này, sự tồn tại của các hạt cơ bản có điện tích âm trong các nguyên tử đã được chứng minh.

Sửa đổi ống Crookes

Goldstein đã sửa đổi cấu trúc của ống Crookes và thêm một số lỗ vào một trong các catốt kim loại của ống.

Ngoài ra, ông lặp lại thí nghiệm với việc sửa đổi ống Crookes, tăng lực căng giữa hai đầu ống lên vài nghìn volt.

Theo cấu hình mới này, Goldstein đã phát hiện ra rằng ống phát ra ánh sáng mới bắt đầu từ phần cuối của ống đã được đục lỗ.

Tuy nhiên, điểm nổi bật là các tia này di chuyển theo hướng ngược lại với tia catốt và được gọi là tia kênh.

Goldstein kết luận rằng, ngoài các tia cực âm, đi từ cực âm (điện tích âm) đến cực dương (điện tích dương), còn có một tia khác đi theo hướng ngược lại, đó là từ cực dương đến cực âm của ống biến đổi.

Ngoài ra, hành trạng của các hạt liên quan đến điện trường và từ trường của chúng, hoàn toàn trái ngược với các tia cực âm.

Dòng chảy mới này đã được Goldstein rửa tội dưới dạng tia kênh. Do các tia kênh truyền theo hướng ngược lại với tia catốt, Goldstein suy ra rằng bản chất của điện tích của chúng cũng phải trái ngược nhau. Đó là, các tia kênh có điện tích dương.

Các tia kênh

Các tia kênh phát sinh khi các tia cực âm va chạm với các nguyên tử của khí bị giam giữ trong ống nghiệm.

Các hạt có điện tích bằng nhau đẩy lùi. Bắt đầu từ cơ sở này, các electron của tia catốt đẩy lùi các electron của các nguyên tử của khí và những electron cuối cùng này bị tách ra khỏi sự hình thành ban đầu của chúng.

Các nguyên tử khí mất điện tích âm và tích điện dương. Các cation này bị hút vào điện cực âm của ống, do lực hút tự nhiên giữa các điện tích trái dấu.

Goldstein gọi những tia này là "Kanalstrahlen", để chỉ đối tác của tia catốt. Các ion tích điện dương tạo nên các tia kênh di chuyển về phía cực âm đục lỗ cho đến khi chúng đi qua nó, do tính chất của thí nghiệm.

Do đó, loại hiện tượng này được biết đến trong thế giới khoa học là các tia kênh, vì chúng đi qua lỗ thủng hiện có ở cực âm của ống nghiên cứu.

Sửa đổi ống catốt

Tương tự như vậy, các bài tiểu luận của Eugen Godlstein cũng góp phần quan trọng vào việc làm sâu sắc thêm các quan niệm kỹ thuật về tia catốt.

Thông qua các thí nghiệm trên các ống di tản, Goldstein đã phát hiện ra rằng các tia âm cực có thể chiếu các bóng phát xạ cấp tính vuông góc với khu vực được bao phủ bởi cực âm.

Phát hiện này rất hữu ích để sửa đổi thiết kế của các ống catốt được sử dụng cho đến nay và đặt catốt lõm vào các góc của chúng, để tạo ra các tia tập trung sẽ được sử dụng trong nhiều ứng dụng trong tương lai.

Mặt khác, các tia kênh, còn được gọi là tia anốt hoặc tia dương, phụ thuộc trực tiếp vào đặc tính hóa lý của khí có trong ống.

Do đó, mối quan hệ giữa điện tích và khối lượng của các hạt sẽ khác nhau tùy thuộc vào bản chất của khí được sử dụng trong thí nghiệm.

Với kết luận này, thực tế là các hạt thoát ra khỏi khí chứ không phải cực dương của ống điện khí hóa đã được làm rõ.

Đóng góp của Goldstein

Những bước đầu tiên trong việc phát hiện ra proton

Dựa trên sự chắc chắn rằng điện tích của các nguyên tử là trung tính, Goldstein đã thực hiện các bước đầu tiên để xác minh sự tồn tại của các hạt cơ bản tích điện dương.

Nền tảng của vật lý hiện đại

Nghiên cứu của Goldstein mang theo nền tảng của vật lý hiện đại, vì việc chứng minh sự tồn tại của các tia kênh cho phép chính thức hóa ý tưởng rằng các nguyên tử di chuyển nhanh chóng và với một mô hình chuyển động cụ thể.

Loại khái niệm này là chìa khóa trong cái mà ngày nay được gọi là vật lý nguyên tử, nghĩa là lĩnh vực vật lý nghiên cứu toàn bộ hành vi và tính chất của các nguyên tử.