Англійський фізик Ернест Резерфорд

Міністерство освіти і науки РФ

РЕФЕРАТ

В« Ернест Резерфорд В»

Виконав:

Перевірив:

-2007 -

Резерфорд (Rutherford), Ернест

30 серпня 1871 - 19 жовтня 1937м.

Нобелівська премія з хімії, 1908 р.

Англійськафізик Ернест Резерфорд народився в Новій Зеландії, неподалік від м. Нельсона. Вінбув одним з 12 дітей колісного майстра і будівельника ДжеймсаРезерфорда, шотландця за походженням, і Марти (Томпсон) Резерфорд, шкільноївчительки з Англії. Спочатку Резерфорд відвідував початкову та середню місцевішколи, а потім став стипендіатом Нельсон-коледжу, приватної вищої школи, де виявивсебе талановитим студентом, особливо з математики. Завдяки успіхам у навчанніРезерфорд одержав ще одну стипендію, яка дозволила йому вступити вКентербері-коледж в Крайстчерчі, одному з найбільших міст Нової Зеландії.

Вколеджі на Резерфорда дуже вплинули його вчителі: викладачфізику та хімію Е.У. Бікертон і математик Дж. Х.Х. Кук. Після того як у 1892 р.Резерфорду була присуджена ступінь бакалавра гуманітарних наук, він залишився вКентербері-колледжі і продовжив свої заняття завдяки отриманій стипендії зматематиці. На наступний рік він став магістром гуманітарних наук, краще всіхсклавши іспити з математики та фізики. Його магістерська робота стосуваласявиявлення високочастотних радіохвиль, існування яких було доведеноблизько десяти років тому. Для того щоб вивчити це явище, він сконструюваврадіоприймач (за кілька років до того, як це зробив Гульєльмо Марконі) і зйого допомогою одержував сигнали, передані колегами з відстані півмилі.

В1894 Резерфорду була присуджена ступінь бакалавра природничих наук. ВКентербері-колледжі існувала традиція: будь-який студент, що отримав ступіньмагістра гуманітарних наук і залишився в коледжі, повинен був провестиподальші дослідження і отримати ступінь бакалавра природничих наук. ПотімРезерфорд протягом недовгого часу викладав в одній із чоловічих шкілКрайстчерча. Завдяки своїм незвичайним здібностям до науки Резерфорд бувгідним стипендії Кембриджського університету в Англії, де він займався в Кавендішськоїлабораторії, одному з провідних світових центрів наукових досліджень.

ВКембриджі Резерфорд працював під керівництвом англійського фізика Дж.Дж. Томсона.На Томсона справило глибоке враження проведене Резерфордом дослідженнярадіохвиль, і він в 1896 р. запропонував спільно вивчати вплив рентгенівськихпроменів (відкритих роком раніше Вільгельмом Рентгеном) на електричні розряди вгазах. Їх співпраця увінчалася вагомими результатами, включаючи відкриттяТомсоном електрона - атомної частки, що несе негативний електричнийзаряд. Спираючись на свої дослідження, Томсон і Резерфорд висунулиприпущення, що, коли рентгенівські промені проходять через газ, вони руйнуютьатоми цього газу, вивільняючи однакове число позитивно і негативно зарядженихчастинок. Ці частинки вони назвали іонами. Після цієї роботи Резерфорд зайнявсявивченням атомної структури.

В1898 Резерфорд прийняв місце професора Макгіллского університету в Монреалі(Канада), де почав серію важливих експериментів, що стосуються радіоактивноговипромінювання елемента урану. Незабаром він відкрив два види цього випромінювання: випусканняальфа-променів, що проникають тільки на коротку відстань, і бета-променів, якіпроникають на значно більшу відстань. Потім Резерфорд виявив, щорадіоактивний торій випускає газоподібний радіоактивний продукт, який вінназвав В«еманаціяВ» (випускання).

Подальшідослідження показали, що два інших радіоактивних елементи - радій і актиній- Також виробляють еманацію. На підставі цих та інших відкриттів Резерфордприйшов до двох важливих для розуміння природи радіації висновків: всі відомірадіоактивні елементи випускають альфа-і бета-промені, і, що ще більш важливо,радіоактивність будь-якого радіоактивного елемента через певний конкретнийперіод часу зменшується. Ці висновки дали підставу припускати, що всірадіоактивні елементи належать до одного сімейства атомів і що в основу їхкласифікації можна покласти період зменшення їх радіоактивності.

Спираючисьна подальші дослідження, проведені в Макгіллского університеті в 1901-1902рр.., Резерфорд і його колега Фредерік Содді виклали основні положенняствореної ними теорії радіоактивності. Відповідно до цієї теоріїрадіоактивність виникає тоді, коли атом відриває частку самого себе, якавикидається з величезною швидкістю, і ця втрата перетворює атом одногохімічного елемента в атом іншого. Висунута Резерфордом і Содді теоріявступала у протиріччя з низкою раніше існуючих уявлень, включаючивизнану всіма довгий час концепцію, згідно з якою атоми єнеподільними і незмінними частинками. Резерфорд провів подальші експериментидля отримання результатів, які підтвердили вибудовуємо їм теорію. У 1903р. він довів, що альфа-частинки несуть позитивний заряд. Оскільки цічастки мають вимірної масою, "викидання" їх з атома має вирішальнезначення для перетворення одного радіоактивного елемента в інший. Створенатеорія дозволила Резерфорду також пророчити, з якою швидкістю різні радіоактивніелементи будуть перетворюватися в те, що він називав дочірнім матеріалом. Вченийбув переконаний, що альфа-частинки не відрізняються від ядра атома гелію. Підтвердженняцьому було отримано, коли Содді, що працював тоді з англійським хімікомВільямом Рамзаєм, відкрив, що еманація радію містить гелій, передбачувануальфа-частинку.

В1907 Резерфорд, прагнучи перебувати ближче до центру наукових досліджень,зайняв пост професора фізики в Манчестерському університеті (Англія). За допомогоюГанса Гейгера, який згодом прославився як винахідник лічильникаГейгера, Резерфорд створив у Манчестері школу по вивченню радіоактивності.

В1908 Резерфорду була присуджена Нобелівська премія з хімії "за проведеніним дослідження в області розпаду елементів у хімії радіоактивних речовин В». Всвоїй вступній промові від імені Шведської королівської академії наук К.Б.Хассельберг вказав на зв'язок між роботою, проведеною Резерфордом, і роботамиДж.Дж.Томсона, Анрі Беккереля, П'єра і Марії Кюрі. «³дкриття привели до приголомшливоговисновку: хімічний елемент ... здатний перетворюватися в інші елементи ", -сказав Хассельберг. У своїй Нобелівській лекції Резерфорд відзначив: В«Є всіпідстави вважати, що альфа-частинки, які так вільно викидаються збільшості радіоактивних речовин, ідентичні за масою і складом і повинніскладатися з ядер атомів гелію. Ми, отже, не можемо не прийти довисновку, що атоми основних радіоактивних елементів, таких, як уран іторій, повинні будуватися, принаймні частково, з атомів гелію В».

Післяотримання Нобелівської премії Резерфорд зайнявся вивченням явища, якеспостерігалося при бомбардуванні пластинки тонкої золотої фольги альфа-частинками,випромінюваними таким радіоактивним елементом, як уран. Виявилося, що за допомогоюкута відбиття альфа-частинок можна вивчати структуру стійких елементів, зяких складається пластинка. Відповідно до прийнятого тоді уявленням, модель атомабула подібна до пудингу з ізюмом: позитивні і негативні заряди булирівномірно розподілені усередині атома і, отже, не могли значноюмірою змінювати напрямок руху альфа-частинок. Резерфорд, однак, зауважив,що певні альфа-частинки відхилялися від очікуваного напрямку взначно більшою мірою, ніж це допускалося теорією. Працюючи з ЕрнестомМарсденом, студентом Манчестерського університету, учений підтвердив, щодосить велике число альфа часток відхиляється далі, ніж очікувалося, причомудеякі під кутом більш ніж 90 градусів.

Розмірковуючинад цим явищем, Резерфорд в 1911 р. запропонував нову модель атома. Згіднойого теорії, яка сьогодні стала загальноприйнятою, позитивно заряджені частинкизосереджені у важкому центрі атома, а негативно заряджені (електрони)знаходяться на орбіті ядра, на досить великій відстані від нього. Ця модель,...подібна дрібної моделі Сонячної системи, має на увазі, що атоми складаютьсяголовним чином з порожнього простору. Широке визнання теорій Резерфордапочалося з 1913 р., коли до роботи вченого в Манчестерському університетіпідключився датський фізик Нільс Бор. Бор показав, що в термінах пропонованоїРезерфордом структури можуть бути пояснені загальновідомі фізичні властивостіатома водню, а також атомів декількох більш важких елементів.

Коливибухнула перша світова війна, Резерфорд був призначений членом громадянськогокомітету Управління винаходів і досліджень британського Адміралтейства івивчав проблему визначення місцезнаходження підводних човнів за допомогою акустики.Після війни він повернувся в манчестерську лабораторію і в 1919 р. зробив ще однефундаментальне відкриття. Вивчаючи структуру атомів водню за допомогоюбомбардування їх альфа-частками, що володіють високою швидкістю, він помітив насвоєму детекторі сигнал, який можна було пояснити як результат того, щоядро атома водню почало рухатися внаслідок зіткнення з альфа часткою.Однак точно такий же сигнал з'являвся і коли вчений замінив атоми воднюатомами азоту. Резерфорд пояснив причину цього явища тим, що бомбардуваннявикликає розпад стійкого атома. Тобто в процесі, аналогічному природнощо відбувається розпаду, який викликається радіацією, альфа частинка вибиваєєдиний протон (ядро атома водню) зі стійкого при нормальнихумовах ядра атома азоту й надає йому жахливу швидкість. Ще однесвідчення на користь такого тлумачення цього явища було отримано в 1934 р.,коли Фредерік Жоліо і Ірен Жоліо-Кюрі відкрили штучну радіоактивність.

В1919 Резерфорд перейшов до Кембриджського університету, ставши наступником Томсона вяк професор експериментальної фізики і директора Кавендішськоїлабораторії, а в 1921 обійняв посаду професора природничих наук уКоролівському інституті в Лондоні. У 1930 р. Резерфорд був призначений головоюурядового консультативної ради Управління наукових і промисловихдосліджень. Перебуваючи на вершині своєї кар'єри, вчений залучав до роботи всвоїй лабораторії в Кембриджі багато талановитих молодих фізиків, у т.ч. П.М.Блекетт, Джона Кокрофта, Джеймса Чедвіка і Ернеста Уолтона. Незважаючи на те,що у самого Резерфорда залишалося через це менше часу на активнудослідницьку роботу, його глибока зацікавленість у проведенихдослідженнях і чітке керівництво допомагали підтримувати високий рівень робіт,здійснюваних в його лабораторії. Учні та колеги згадували про вченого як промилому, добру людину. Поряд із властивим йому як теоретику даром передбаченняРезерфорд мав практичної жилкою. Саме завдяки їй він був завжди точнийу поясненні спостережуваних явищ, якими б незвичайними вони на перший погляд ніздавалися.

Стурбованийполітикою, що проводиться нацистським урядом Адольфа Гітлера, Резерфорд в1933 р. став президентом Академічної ради допомоги, який був створений длянадання сприяння тим, хто втік з Німеччини. У 1900 р., під час короткоїпоїздки в Нову Зеландію, Резерфорд одружився на Мері Ньютон, яка народила йомудочка. Майже до кінця життя він відрізнявся міцним здоров'ям і вмер у Кембриджі в1937 р. після нетривалої хвороби. Резерфорд похований у Вестмінстерськомуабатстві неподалік від могил Ісаака Ньютона й Чарльза Дарвіна.

Вчислі отриманих Резерфордом нагород медаль Румфорда (1904) і медаль Коплі(1922) Лондонського королівського товариства, а також британський орден "За заслуги"(1925). У 1931 р. ученому був подарований титул пера. Резерфорд був визнаний гіднимпочесних ступенів Новозеландського, Кембриджського, Вісконсинського,Пенсильванського і Макгіллского університетів. Він був членом-кореспондентомГеттінгенського королівського товариства, а також членом Новозеландськогофілософського інституту, Американського філософського товариства. Академії наукСент-Луї, Лондонського королівського товариства і Британської асоціації сприяннярозвитку науки.