Ernest Rutherford: biografija, otkrića i zanimljivosti

21. 6. 2019.

Ernest Rutherford (slika ispod), Baron Rutherford Nelson i Cambridge (rođen 30.08.1971 u Spring Groveu, Novi Zeland - umro 19.10.1937. U Cambridgeu, Engleska) - britanski fizičar iz Novog Zelanda koji se smatra najvećim eksperimentarom iz vremena Michaela Faradaya (1791–1867). Bio je središnja figura u proučavanju radioaktivnosti, a njegov koncept strukture atoma dominirao je nuklearnom fizikom. Dobio je Nobelovu nagradu 1908., bio je predsjednik Kraljevskog društva (1925.-1930.) I Britanska udruga za napredak znanosti (1923.). Godine 1925. primljen je u Red za zasluge i 1931. dobio je titulu Peer, dobio je titulu Lorda Nelsona.

Ernest Rutherford: kratka biografija u ranim godinama života

Otac Ernesta Jamesa sredinom 19. stoljeća preselio je dijete iz Škotske na Novi Zeland, koji su tek nedavno naselili Europljani, gdje se bavio poljoprivredom. Rutherfordova majka, Martha Thompson, došla je iz Engleske kao tinejdžerica i radila kao učiteljica dok se nije udala i imala deset djece, od kojih je Ernest bio četvrti (i drugi sin).

Ernest je studirao na besplatnim javnim školama sve do 1886., kada je dobio stipendiju za studij na Nelson Private High School. Nadareni učenik je nadmašio gotovo svaki predmet, ali posebno u matematici. Još jedna stipendija pomogla je Rutherfordu da upiše 1890. na Canterbury College, jedan od četiri kampusa Sveučilišta u Novom Zelandu. Bila je to mala obrazovna ustanova, sa samo osam nastavnika, ali bilo je manje od 300. Mladi talent bio je dovoljno sretan da ima izvrsne učitelje koji su zapalili njegovo zanimanje za znanstvena istraživanja, potkrijepljeni pouzdanim dokazima.

Rutherford Ernest

Nakon završenog trogodišnjeg studija, Ernest Rutherford postao je prvostupnik i dobio stipendiju za godinu dana studija na Canterbury Graduate School. Završivši ga krajem 1893., magistrirao je - prvi stupanj iz fizike, matematike i matematičke fizike. Zamoljen je da ostane još godinu dana u Christchurchu za neovisne pokuse. Rutherfordovo proučavanje sposobnosti visokofrekventnog električnog pražnjenja, na primjer, iz kondenzatora, da magnetizira željezo krajem 1894., donijelo mu je stupanj prvostupnika znanosti. Tijekom tog razdoblja zaljubio se u Mary Newton, kćerku žene u čijoj se kući nastanio. Oni su se vjenčali 1900. godine. Rutherford je 1895. dobio stipendiju nazvanu svjetski sajam u Londonu 1851. godine. Odlučio je nastaviti svoja istraživanja u laboratoriju Cavendish, koji je 1884. godine vodio JJ Thomson, vodeći europski stručnjak za elektromagnetsko zračenje.

Cambridge

S obzirom na sve veću važnost znanosti, Sveučilište u Cambridgeu promijenilo je pravila, dopuštajući diplomantima s drugih sveučilišta da dobiju diplomu nakon dvije godine studija i obavljanja prihvatljivog znanstvenog rada. Prvi je istraživač bio Rutherford. Ernest je, osim što je pokazao magnetizaciju oscilirajućim pražnjenjem željeza, otkrio da igla gubi dio svoje magnetizacije u magnetskom polju stvorenom izmjeničnom strujom. To je omogućilo stvaranje detektora novootkrivenih elektromagnetskih valova. Godine 1864. škotski teoretičar fizičar James Clerk Maxwell predvidio je njihovo postojanje, a 1885-1889. Njemački fizičar Heinrich Hertz otkrio ih je u svom laboratoriju. Rutherfordov uređaj za otkrivanje radiovalova bio je jednostavniji i imao je komercijalni potencijal. Sljedeće godine, mladi znanstvenik proveo je u laboratoriju Cavendish, povećavajući domet i osjetljivost uređaja, koji je mogao primati signale na udaljenosti od pola milje. Međutim, Rutherford nije imao interkontinentalnu viziju i poduzetničke vještine talijanskog Guglielma Marconija, koji je 1896. izumio bežični telegraf.

Ernest Rutherford

Ionizacijske studije

Rendgenski zraci otkrio je u Njemačkoj Wilhelm Conrad Roentgen samo nekoliko mjeseci nakon pojave Rutherforda u Cavendishu. Svi su bili jako zainteresirani za sposobnost fotografiranja kostiju žive osobe. Znanstvenici su željeli saznati više o svojstvima čudotvornih zraka i o tome što su, a Rutherford je bio među onima koji su bili znatiželjni. Ernest nije mogao odbiti Thomsonovu počasnu pozivnicu da sudjeluje u istraživanju kako X-zrake mijenjaju vodljivost plinova. Rezultat je bio klasičan rad na ionizaciji - odvajanje atoma ili molekula u pozitivne i negativne dijelove (ione) i privlačenje nabijenih čestica na elektrode suprotnog polariteta.

Studije zračenja

Thomson je tada počeo proučavati omjer punjenja i mase najčešćeg iona, koji je kasnije postao poznat kao elektron, dok je Rutherford proučavao druge vrste zračenja koje su proizvele ione. Okrenuo se ultraljubičastom, a potom i zračenju emitiranog uranijem, koji je prvi put 1896. otkrio francuski fizičar Henri Becquerel. Postavljanje urana u blizini tanke folije omogućilo je Rutherfordu da shvati da je zračenje kompliciranije nego što se mislilo: jedna od njegovih vrsta lako se apsorbira ili blokira vrlo tankim metalnim slojem, ali drugi često prodire kroz njega. Radi jednostavnosti, nazvao je te vrste zračenje "alfa" i "beta". Kasnije je utvrđeno da α-čestice odgovaraju nukleusu atoma helija i sastoje se od dva protona i dva neutrona, dok su β-čestice elektron ili njegova pozitivna varijanta pozitrona. Tijekom sljedećih nekoliko godina, proučavanje ovog zračenja bilo je od primarnog interesa, a zatim je pozornost znanosti prešla na radioaktivne elemente.

Fotografija Ernesta Rutherforda

Sveučilište McGill

Kako je nastavljen život i karijera takvog znanstvenika kao što je Ernest Rutherford? Biografija Fizika kaže da je uskoro ponudio profesora na kanadskom sveučilištu McGill u Montrealu, koji se može pohvaliti jednim od najbolje opremljenih laboratorija u zapadnoj hemisferi. Skreće pozornost na jednu od nekoliko tada poznatih radioaktivni elementi on i njegov kolega otkrili su da torij oslobađa plinoviti proizvod koji je znanstvenik nazvao "emanacijom". On je, pak, ostavio čvrste naslage, koje su ubrzo pretvorene u torij A, B, C, itd. Zanimljivo je da su nakon kemijske obrade neke tvari izgubile svoje radioaktivne osobine, ali su ih na kraju oporavile, dok su druge materijali, u početku jaki, postupno gube aktivnost. To je dovelo do pojma poluživota - vremenskog intervala potrebnog za raspad polovice atomskih jezgri uzorka, u rasponu od nekoliko sekundi do milijardi godina, jedinstveno za svaki radioaktivni element i stoga izvrsno sredstvo za njihovo identificiranje.

najzanimljivije životne činjenice

Teorija transformacija

Rutherford je trebao pomoć kemijskog stručnjaka da se nosi s povećanjem broja radioaktivnih elemenata. Snimio je Fredericka Soddyja iz McGilla, Bertrama Bordena Boltwooda, profesora na Sveučilištu Yale, i Otta Hahna, istraživača iz Njemačke. Od Soddy 1902-1903 Razvio je teoriju transformacije koja objašnjava fenomen radioaktivnosti. Alkemija, sa svojim pokušajima da pretvori olovo u zlato, odavno je protjerana iz moderne kemije. Atomi su smatrani stabilnim. Ali Rutherford i Soddy tvrde da energija radioaktivnosti proizlazi iz njih, a spontana emisija α- ili β-čestica znači kemijsku transformaciju jednog elementa u drugi. Očekivali su da će ta ikonoklastična teorija biti opovrgnuta, ali autoritet mnogih eksperimentalnih dokaza potisnuo je opoziciju.

Ubrzo je utvrđeno da su radioaktivni elementi podijeljeni u tri reda, na čelu s uranom, torijem i aktinijem, a svi oni dovode do stvaranja neaktivnog olova. Boltwood je stavio radij u uranijsku skupinu i, slijedeći Rutherfordov savjet, koristio je polako rastuću količinu olova u mineralu kako bi pokazao da su stijene stare milijarde godina. Potonji je vjerovao da alfa čestica koja ima opipljivu masu igra ključnu ulogu u transformaciji elemenata. Utvrdio je da nosi pozitivan naboj, ali nije mogao utvrditi je li to vodik ili helij.

Oženjen i slavan

U McGillu, Ernest Rutherford (fotografija u članku) oženio je svoju voljenu sa Novog Zelanda i postao slavan. Pozvao je mnoge studente istraživanja u svoj laboratorij, uključujući i žene, kada se vrlo malo žena bavilo znanošću. Fizičar Ernest Rutherford bio je popularni predavač i autor članaka u novinama i časopisima. Godine 1904. napisao je i vodeći udžbenik o radioaktivnosti. Imao je nagrade, članstvo u Londonskom kraljevskom društvu i neizbježne ponude suradnje.

Najstarija biografija rutherforda

Sveučilište u Manchesteru

U Sjevernoj Americi postojala je dobra znanstvena zajednica, ali je svjetski centar fizike bio u Europi. Ernest Rutherford, Nobelova nagrada za kemiju, koja je nagrađena za svoj rad u Montrealu 1908. godine, dobila je posao na odjelu Sveučilišta u Manchesteru, čiji je laboratorij bio na drugom mjestu samo na Cavendishu.

Zajedno s njemačkim fizičarom Hansom Geigerom, Ernest Rutherford stvorio je električni brojač ioniziranih čestica. Pojačan Geigerom, mjerač je postao univerzalni instrument za mjerenje radioaktivnosti. Zahvaljujući vještini puhača stakla, Rutherford i njegov učenik Thomas Royds identificirali su neke α-čestice i izvršili njihovu spektrohemijsku analizu, koja je dokazala da su to heijijski ioni. Tada je Boltwood posjetio laboratorij Sveučilišta u Manchesteru, te su zajedno s novozelandskim fizičarom odredili brzinu stvaranja helija iz radija, iz koje su izračunali točnu vrijednost Avogadro brojevi.

Ne ostavljajući svoju dugogodišnju fascinaciju alfa česticama, Rutherford je proučavao njihovo malo raspršivanje nakon interakcije s folijom. Pridružio mu se Geiger i dobili su više smislenih podataka. Godine 1909., kada je dodiplomski Ernest Marsden tražio temu za svoj istraživački projekt, Ernest ga je pozvao da prouči velike kutove raspršenja. Marsden je otkrio da mali broj α-čestica odstupa za više od 90 ° od svog izvornog smjera, što je navelo Rutherforda da uzvikne da je gotovo jednako nevjerojatno kao da bi se 15-inčni projektil ispustio na list papira i vratio se pogodio je strijelca.

Otkrića Ernesta Rutherforda

Atomski model

Razmišljanje o tome kako se takva teška naelektrizirana čestica može otkloniti elektrostatičkim privlačenjem ili odbijanjem pri tako velikom kutu, 1944. Rutherford je zaključio da atom ne može biti homogeno čvrsto tijelo. Po njegovu mišljenju, on se uglavnom sastojao od praznog prostora i sitne jezgre u kojoj je bila koncentrirana sva njezina masa. Atomski model Rutherforda Ernesta potvrđen je brojnim eksperimentalnim dokazima. Postala je njegov najveći znanstveni doprinos, ali izvan Manchestera dobila je malo pozornosti. Međutim, 1913. godine danski fizičar Niels Bohr pokazao je važnost ovog otkrića. Godinu dana ranije posjetio je laboratorij Rutherforda i vratio se kao član fakulteta 1914–1916. Radioaktivnost, objasnio je, nalazi se u jezgri, dok kemijska svojstva određuju orbitalni elektroni. Model Bohrovog atoma potaknuo je novi koncept kvanta (ili diskretnih energetskih vrijednosti) u elektrodinamici orbita i objasnio je spektralne linije kao oslobađanje ili apsorpciju energije elektronima dok se kreću iz jedne orbite u drugu. Henry Mosley, još jedan od mnogih Rutherfordovih studenata, objasnio je na sličan način slijed rendgenskog spektra elemenata pomoću nuklearnog naboja. Tako je razvijena nova koherentna slika fizike atoma.

Podmornice i nuklearna reakcija

Prvi svjetski rat uništio je laboratorij koji je vodio Ernest Rutherford. Zanimljive činjenice iz života fizičara u tom razdoblju odnose se na njegovo sudjelovanje u razvoju sredstava za borbu protiv podmornica, kao i na članstvo u Admiralitetskom vijeću za izume i znanstvena istraživanja. Kada je uzeo vremena da se vrati na svoj prethodni znanstveni rad, počeo je proučavati koliziju alfa čestica s plinovima. U slučaju vodika, kako se i očekivalo, detektor je zabilježio stvaranje pojedinačnih protona. Ali protoni su također nastali prilikom bombardiranja dušikovih atoma. 1919. Ernest Rutherford otkrio je otkriće s drugim: uspio je umjetno izazvati nuklearnu reakciju u stabilnom elementu.

fizičar najracionalniji rutherford

Povratak u Cambridge

Nuklearne reakcije okupirale su znanstvenika tijekom njegove karijere, koja se ponovno dogodila u Cambridgeu, gdje je 1919. Thomsonov nasljednik kao ravnatelj laboratorija Sveučilišta Cavendish postao Rutherford. Ernest je ovdje doveo svog kolegu sa Sveučilišta u Manchesteru - fizičara Jamesa Chadwicka. Zajedno su bombardirali alfa čestice nizom svjetlosnih elemenata i izazvali nuklearne transformacije. Ali oni nisu mogli prodrijeti u teže jezgre, budući da su se α-čestice odbijale od njih zbog istog naboja, a znanstvenici nisu mogli utvrditi je li se to dogodilo zasebno ili zajedno s metom. U oba slučaja bila je potrebna naprednija tehnologija.

Veće energije u akceleratorima čestica potrebnim za rješavanje prvog problema postale su dostupne krajem 1920-ih. Godine 1932. Rutherfordova dva studenta - Englez John Cockroft i Irac Ernest Walton - prvi su doveli do nuklearne transformacije. Pomoću linearnog akceleratora visokog napona, bombardirali su litij protonima i podijelili ga na dvije α čestice. Za ovaj su rad primili Nobelovu nagradu za fiziku 1951. godine. Škot Charles Wilson u Cavendishu stvorio je maglovitu kameru koja je vizualno potvrdila putanju napunjenih čestica, za što mu je dodijeljena ista prestižna međunarodna nagrada 1927. godine. Engleski fizičar Patrick Blackkett je 1924. preuredio Wilsonovu kameru da fotografira oko 400.000 alfa sudara i utvrdili da je većina njih bila uobičajena elastična, a 8 je bilo popraćeno raspadanjem, u kojem je α-čestica apsorbirana od strane ciljne jezgre prije nego se podijelila na dva fragmenta. To je bio važan korak u razumijevanju nuklearnih reakcija, za koje je Blackett 1948. dobio Nobelovu nagradu za fiziku.

Neutronsko otkrivanje i termonuklearna fuzija

Cavendish je postao mjesto za druge zanimljive radove. Rutherford je 1920. godine predvidio postojanje neutrona. Nakon duge potrage, 1932., Chadwick je otkrio ovu neutralnu česticu, dokazujući da se jezgra sastoji od neutrona i protona, a njegov kolega, engleski fizičar Norman Feder, ubrzo je pokazao da neutroni mogu uzrokovati nuklearne reakcije lakše nego nabijene čestice. Rad s poklonom koji je nedavno otvoren u SAD-u teška voda 1934. godine, Rutherford, Mark Oliphant iz Australije i Paul Hartek iz Austrije izvršili su deuterijsko bombardiranje deuteronima i proveli prvu termonuklearnu fuziju.

Najnovija kratka biografija rutherforda

Život izvan fizike

Znanstvenik je imao nekoliko hobija koji nisu vezani za znanost, a koji su uključivali golf i moto utrke. Ukratko, Ernest Rutherford držao se liberalnih uvjerenja, ali nije bio politički aktivan, iako je bio predsjednik stručnog vijeća vladinog Odjela za znanstvena i industrijska istraživanja i do kraja života (od 1933.) bio predsjednik Vijeća za akademsku pomoć, stvoren da pomogne znanstvenicima koji su pobjegli. iz nacističke Njemačke. Godine 1931. postao je vršnjak, ali taj je događaj zasjenio smrt njegove kćeri koja je umrla osam dana ranije. Ugledni znanstvenik umro je u Cambridgeu nakon kratke bolesti i pokopan je u Westminsterskoj opatiji.

Ernest Rutherford: zanimljivosti

  • Studirao je na Sveučilištu Canterbury na Novom Zelandu za stipendiju, diplomirao i magistrirao, a također je proveo dvije godine razvijajući radove koji su doveli do izuma nove vrste radio prijemnika.
  • Ernest Rutherford bio je prvi diplomac koji je diplomirao na Cambridgeu i koji je imao pravo provesti istraživanje u laboratoriju Cavendish pod vodstvom Sir J. J. Thomsona.
  • Tijekom Prvog svjetskog rata radio je na rješavanju praktičnih problema otkrivanja podmornica.
  • Na Sveučilištu McGill u Kanadi, Ernest Rutherford, zajedno s kemičarem Frederickom Soddyjem, stvorio je teoriju atomskog raspada.
  • Na Sveučilištu Victoria u Manchesteru on i Thomas Royds dokazali su da alfa zračenje čine ioni helija.
  • Rutherfordovo istraživanje o propadanju elemenata i radioaktivnih tvari donijelo mu je Nobelovu nagradu 1908. godine.
  • Njegov najpoznatiji eksperiment Geiger - Marsden, koji je pokazao nuklearnu prirodu atoma, fizičar je proveo nakon što je dobio nagradu Švedske akademije.
  • 104. kemijski element nazvan je po njemu - rutherford, koji je u SSSR-u i Ruskoj Federaciji do 1997. godine. se zvao Kurchatoviy.