Eugen Goldstein: Oppdagelser og bidrag

Eugen Goldstein var en ledende tysk fysiker, født i dagens Polen i 1850. Hans vitenskapelige arbeid omfatter eksperimenter med elektriske fenomener i gasser og i katodestråler.

Goldstein identifiserte eksistensen av protoner som like og motsatte ladninger til elektroner. Denne oppdagelsen ble utført gjennom eksperimentering med katodestrålerør, i 1886.

En av hans mest fremragende legater besto av oppdagelsen av det som nå kalles protoner, sammen med kanalstråler, også kjent som anodiske eller positive stråler.

Var det en atommodell av Goldstein?

Godlstein foreslo ikke en atommodell, selv om hans funn tillot utviklingen av Thomsons atommodell.

På den annen side blir han noen ganger kreditert som protonens oppdagelsesmann, som jeg ser i vakuumrørene hvor han observerte katodestrålene. Imidlertid er Ernest Rutherford ansett som oppdageren i det vitenskapelige samfunn.

Eksperimenter med katodestråler

Kroker rør

Goldstein begynte sine eksperimenter med Crookes-rør, i løpet av 70-tallet. Deretter gjorde han endringer i strukturen utviklet av William Crookes på 1800-tallet.

Basisstrukturen til Crookes-røret består av et tomt rør laget av glass, inne i hvilke gasser sirkulerer. Trykket av gassene inne i røret reguleres ved å moderere evakueringen av luften i den.

Apparatet har to metalldeler, en i hver ende som fungerer som elektroder, og begge ender er forbundet med eksterne spenningskilder.

Ved elektrifisering av røret ioniserer luften og blir en ledere av elektrisitet. Som et resultat blir gassene fluorescerende når kretsen er lukket mellom rørets to ender.

Crookes konkluderte med at dette fenomenet skyldtes eksistensen av katodestråler, det vil si strømmen av elektroner. Med dette eksperimentet ble eksistensen av elementære partikler med negativ ladning i atomene demonstrert.

Modifikasjon av Crookes rør

Goldstein endret strukturen til Crookes-røret, og tilførte flere perforeringer til en av rørets metallkatoder.

I tillegg gjentok han eksperimentet med modifikasjonen av Crookes-røret, og øker spenningen mellom rørets ender til flere tusen volt.

Under denne nye konfigurasjonen oppdaget Goldstein at røret utstrålede en ny glød som startet fra enden av røret som var perforert.

Høydepunktet er imidlertid at disse strålene beveget seg i motsatt retning til katodestrålene og ble kalt kanalstråler.

Goldstein konkluderte med at i tillegg til katodestrålene, som reiste fra katoden (negativ ladning) til anoden (positiv ladning), var det en annen stråling som reiste i motsatt retning, det vil si fra anoden til katoden til det modifiserte rør.

I tillegg var oppførselen til partiklene med hensyn til deres elektriske felt og magnetfelt helt motsatt til katodestråler.

Denne nye strømmen ble døpt av Goldstein som kanalstråler. Fordi kanalstrålene reiste i motsatt retning til katodestrålene, konkluderte Goldstein at naturen av deres elektriske ladning også må være i strid. Det vil si at kanalstrålene hadde en positiv ladning.

Kanalstrålene

Kanalstrålene oppstår når katodestrålene kolliderer mot atomer av gassen som er begrenset inne i reagensrøret.

Partikler med lik ladning avstøte. Med utgangspunkt i denne basen avviser elektronene i katodisk stråle elektronene av atomene i gassen, og disse sistnevnte løsnes fra deres opprinnelige formasjon.

Gassatomer mister sin negative ladning, og er positivt ladet. Disse kationene er tiltrukket av den negative elektroden av røret, gitt den naturlige tiltrekningen mellom motstridende elektriske ladninger.

Goldstein kalte disse strålene "Kanalstrahlen", for å referere til motstykket av katodestråler. De positivt ladede ionene som utgjør kanalrørene beveger seg mot den perforerte katoden til de passerer gjennom den, gitt eksperimentets natur.

Derfor er denne typen fenomen kjent i den vitenskapelige verden som kanalstråler, siden de passerer gjennom den eksisterende perforeringen i undersøkelsesrørets katode.

Modifikasjon av katodør

På samme måte bidro Eugen Godlsteins essays også betydelig til å utdype de tekniske forestillingene om katodestråler.

Gjennom forsøk på evakuerte rør, oppdaget Goldstein at katodestråler kunne projisere akutte skygger av utslipp vinkelrett på området som dekkes av katoden.

Denne oppdagelsen var veldig nyttig for å modifisere utformingen av katodørene som var brukt til dags dato, og å plassere konkave katoder i hjørnene, for å produsere fokuserte stråler som vil bli brukt i en rekke applikasjoner i fremtiden.

På den annen side avhenger kanalrørene, også kjent som anodiske stråler eller positive stråler, direkte på de fysisk-kjemiske egenskapene til gassen inneholdt i røret.

Følgelig vil forholdet mellom den elektriske ladning og massen av partiklene være forskjellige, avhengig av typen av gassen som blir brukt under forsøket.

Med denne konklusjonen ble det faktum at partiklene kom ut av gassen, og ikke anoden til det elektrifiserte rør, avklart.

Goldstein sine bidrag

Første skritt i oppdagelsen av protonen

Basert på sikkerheten om at den elektriske ladningen av atomene er nøytral, tok Goldstein de første trinnene for å verifisere eksistensen av fundamentale partikler ladet positivt.

Grunnlag av moderne fysikk

Goldsteins forskning tok med seg grunnlaget for moderne fysikk, siden demonstrasjonen av eksistensen av kanalrørene fikk lov til å formalisere ideen om at atomene beveget seg raskt og med et bestemt bevegelsesmønster.

Denne typen forestillinger var nøkkelen til det som nå kalles atomfysikk, det vil si feltet fysikk som studerer atomer og atomer i sin helhet.

Isotopstudie

Goldsteins analyse førte dermed til studier av isotoper, for eksempel blant mange andre vitenskapelige applikasjoner som for øyeblikket er i full kraft.

Det vitenskapelige samfunnet tilskriver imidlertid oppdagelsen av protonet til kjemikalisten og fysikeren Ernest Rutherford i New Zealand, midt i 1918.

Oppdagelsen av protonen, som motstykke til elektronen, lagde grunnlaget for konstruksjonen av atommodellen som vi kjenner i dag.