Эрнест резерфорд открытия кратко
Обновлено: 02.07.2024
Физик Эрнест Резерфорд был центральной фигурой в исследовании радиоактивности, который привел исследование ядерной физики.
Синопсис
Ранняя жизнь
Эрнест Резерфорд родился в сельской Спринг-Гроув, на Южном острове Новой Зеландии, 30 августа 1871 года. Он был четвертым из 12 детей и вторым сыном. Его отец, Джеймс, имел небольшое образование и изо всех сил пытался поддержать большую семью на доход льняного мельника. Мать Эрнеста, Марта, работала школьной учительницей. Она считала, что знание — это сила, и уделяла большое внимание образованию своих детей.
В возрасте 10 лет Резерфорду вручили свою первую научную книгу в Школе Фоксхилла. Это был ключевой момент для Резерфорда, учитывая, что книга вдохновила его самый первый научный эксперимент. Молодой Резерфорд создал миниатюрную пушку, которая, к удивлению его семьи, быстро и неожиданно взорвалась. Несмотря на результат, интерес Резерфорда к ученым оставался неизменным. В 1887 году ему была присуждена стипендия для обучения в Нельсонской университетской школе, частной средней школе, в которой он будет учиться регби до 1889 года.
В 1890 году Резерфорд получил еще одну стипендию — на этот раз в Кентерберийском колледже в Крайстчерче , Новая Зеландия. В Кентерберийском колледже профессора Резерфорда подогревали его энтузиазм в отношении поиска конкретных доказательств с помощью научных экспериментов. Резерфорд получил там степень бакалавра искусств и степень магистра искусств, и сумел добиться первоклассных наград в математике и естествознании. В 1894 году, еще в Кентербери, Резерфорд провел независимое исследование способности высокочастотного электрического разряда намагничивать железо. Благодаря его исследованиям он получил степень бакалавра наук всего за один год. В том же году Резерфорд встретился и влюбился в дочь своей хозяйки Мэри Ньютон. Пара поженилась в 1900 году и позже приветствовала дочь, которую они назвали Эйлин.
Исследования и открытия
В 1895 году, будучи первым студентом-исследователем в Университете Кембриджа Лаборатория Кавендиша в Лондоне, Резерфорд, определил более простое и коммерчески жизнеспособное средство обнаружения радиоволн, чем ранее созданный немецким физиком Генрихом Герцем.
Также в лаборатории Кавендиша профессор Дж. Томсон пригласил Резерфорда принять участие в исследовании рентгеновских лучей. Немецкий физик Вильгельм Конрад Рентген открыл рентгеновские лучи всего за несколько месяцев до прибытия Резерфорда в Кавендиш, и рентгеновские лучи были горячей темой среди ученых-исследователей. Вместе Резерфорд и Томсон изучили влияние рентгеновских лучей на проводимость газов, в результате чего появилась статья о разделении атомов и молекул на ионы. В то время как Томсон продолжал исследовать то, что позже будет называться электроном, Резерфорд более внимательно изучил излучение, генерирующее ионы.
Сосредоточившись на уране, Резерфорд обнаружил, что размещение его вблизи фольги приводит к тому, что один тип излучения является легко впитывается или блокируется, в то время как другой тип без проблем проникает в ту же фольгу. Он обозначил два типа излучения: альфа и бета. Как оказалось, альфа-частица была идентична ядру атома гелия. Фактически, бета-частица была такой же, как электрон или позитрон.
Резерфорд покинул Кембридж в 1902 году и стал профессором в университете Макгилла в Монреале. В McGill в 1903 году Резерфорд и его коллега Фредерик Содди представили свою теорию радиоактивности распада, которая утверждала, что радиоактивная энергия испускалась изнутри атома и что, когда альфа- и бета-частицы испускались одновременно, они вызывали химические изменения в элементах. Резерфорд и Йельский профессор Бертрам Борден Болтвуд продолжили классифицировать радиоактивные элементы в так называемую серию распада Резерфорду также приписывают открытие радиоактивного газового радона в Макгилле. Добившись известности за его вклад в понимание радиоэлементов, Резерфорд стал активным публичным оратором, опубликовал множество журнальных статей и написал самый уважаемый учебник того времени по радиоактивности.
С началом Первой мировой войны Резерфорд обратил свое внимание на противолодочные исследования. К 1919 году он сделал еще одно монументальное открытие: как искусственно вызвать ядерную реакцию в стабильном элементе. Ядерные реакции были основным направлением деятельности Резерфорда до конца его научной карьеры.
Смерть и наследие
Резерфорд был удостоен бесчисленных наград за свою карьеру, в том числе несколько почетных степеней и стипендии от организаций, таких как Институт инженеров-электриков. В 1914 году он был посвящен в рыцари. В 1931 году он был повышен до звания пэра и получил звание барона Резерфорда из Нельсона. В том же году он был избран президентом Института физики.
19 октября 1937 года барон Резерфорд умер в Кембридже, Англия в 66 лет от осложнений сдавленной грыжи. Ученый по прозвищу Крокодил, его коллеги называли за то, что всегда смотрел в будущее, был похоронен в Вестминстерском аббатстве.
За годы до своей смерти во время Первой мировой войны Резерфорд сказал, что он надеется, что ученые не научатся добывать атомную энергию до тех пор, пока человек живет в мире со своими соседями. Фактически, открытие ядерного деления было сделано всего через два года после его смерти, и в конечном итоге привело к тому, чего Резерфорд опасался — использования ядерной энергии для создания оружия военного времени.
Открытия также стали основой создания Большого адронного коллайдера Европейской организацией по ядерным исследованиям. Большой адронный коллайдер с самой высокой энергией в мире и десятилетиями в его создании, начал разбивать атомные частицы в мае 2010 года. С тех пор он использовался для ответа на фундаментальные вопросы физики учеными, которые разделяют Резерфорд Тенденция к дальновидности и его неустанный поиск доказательств с помощью научных исследований.
Один из величайших физиков в истории, Эрнест Резерфорд считается отцом ядерной физики.
Детство и ранние годы
Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 г. в деревне Спринг Гроув (известной также под названием Брайтуотер) близ г. Нельсона, Новая Зеландия, в семье фермера Джеймса Резерфорда и его жены Марты Томсон (уроженки г. Хорнчёрч, графство Эссекс, Англия).
В Кентерберийском колледже Резерфорд получает высшее образование, защищая звания бакалавра и магистра в области гуманитарных наук, а также бакалавра естественных наук, после чего, на протяжении двух лет, увлечённо занимается исследованиями в области электротехники. В 1895 г. он отправляется в Англию для повышения уровня образования, где с 1895 г. по 1898 г. трудится в Кавендишской лаборатории при Кембриджском университете. Он совершает значительный прорыв (и некоторое время держит рекорд) в обнаружении расстояния, которое определяет длину электромагнитной волны.
Труды, исследования и вклад в науку
В 1898 г. Резерфорд меняет Хью Лонгборна Каллендара на должности профессора физики, основанной благодаря покровительству Уильяма МакДональда, в Университете МакГилла. Именно здесь Резерфорд достигнет высот своей исследовательской деятельности. Его работа в Университете МакГилла увенчается получением в 1908 г. Нобелевской премии в области химии.
Резерфорд занимается глубинными исследованиями и практическим изучением явления радиоактивности. В этот период, в 1899 г., он вводит понятия альфа- и бета-частиц. Этот тип радиационного излучения учёный описывает как два отчётливых (легко различаемых) вида излучения потока частиц элементами торием и ураном. Основываясь на их проникающей способности, Резерфорд чётко излагает различия этих радиационных лучей.
В 1900 г. в Университете Новой Зеландии он получает степень доктора наук. С 1900 г. по 1903 г. к исследовательскому проекту Резерфорда на тему трансмутации элементов в Университете МакГилла присоединяется юный исследователь Фредерик Содди.
Это открытие в дальнейшем получит практическое применение: взяв за единицу измерения равномерную скорость распада вещества, будет определён возраста планеты Земля, оказавшейся намного старше, чем возраст, предполагаемый учёными того времени.
В 1907 г. Резерфорд, вместе с Томасом Ройдсом, проводит химический опыт, заключающийся в прохождении альфа-лучей через узкое окно в вакуумную трубку. Лучи неизменно порождают в трубке искровой разряд, в результате чего образовывается спектр, меняющий свою природу аналогично альфа-лучам, накопившимся в трубке. Далее эксперимент показывает, как начинает образовываться чистый спектр газа гелия. Из этого следует, что альфа-лучи почти не ионизируют атомы, а точнее – ядра атомов, гелия.
В 1909 г. объединяет усилия с Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом и проводит опыт Гейгера-Марсдена, нацеленный на обнаружение и наглядную демонстрацию истинной ядерной природы атомов. Эксперимент проводится для получения чётко сформулированных результатов относительно свойств альфа-частиц. Резерфорд предлагает Гейгеру и Марсдену получить отклонение альфа-частиц на большие углы (предрешённых результатов опыта не было, поскольку, на момент его проведения, не существовало ни малейших теорий на этот счёт). Искомые отклонения были найдены, но носили единичный характер и ровную, чётко-организованную функцию угла отклонения. Истолкование и результаты этого эксперимента в 1911 г. выливаются в представление модели атома Резерфорда. Согласно его теории, даже маленькое положительно заряженное ядро имеет вращающиеся вокруг него электроны. В 1919 г. Резерфорд отправляется в Кавендишскую лабораторию, где проводит (первым в истории) опыт по трансмутации одного вещества в другое, превратив с помощью ядерной реакции азот в кислород. Этот опыт он осуществляет совместно с Нильсом Бором, выдвигая при этом теорию о существовании нейтронов и об их предположительном свойстве возмещать отталкивающее свойство положительно заряженных протонов, порождая силу ядерного притяжения, удерживающую ядро от распада.
В 1932 г. эту теорию существования нейтронов доказывает Джеймс Чедвик, получивший в 1935 г. Нобелевскую премию в области физики за это открытие.
Личная жизнь
В 1900 г. Резерфорд женится на Марии Георгине Ньютон. У них рождается дочь, Эйлин Мария.
Награды и почести
После смерти, Резерфорда удостаивают чести быть похороненным в Вестминстерском аббатстве, рядом с Дж. Дж. Томсоном и сэром Исааком Ньютоном.
Смерть
19 октября 1937 умер выдающийся физик Эрнест Резерфорд. Все опыты, поставленные ученым, носили фундаментальный характер и отличались исключительной простотой и ясностью. Мы сделали подборку самых значимых открытий Резерфорда.
Одним из первых открытий Резерфорда стали компоненты радиоактивного излучения в 1898 году. Ученый назвал их альфа- и бета-лучами. Позже он продемонстрировал природу каждого компонента (они состоят из быстродвижущихся частиц), а также показал, что существует еще и третий компонент, который назвал гамма-лучами. До него супруги Кюри и множество других ученых считали энергию внешним источником. Однако Резерфорд выяснил, что мощная энергия исходит изнутри отдельных атомов урана! Этим своим открытием он положил начало важной концепции атомной энергии.
После открытия появилась новая ветвь науки: изучение атомного ядра. Кстати, в ней ученому тоже было суждено стать первопроходцем. В 1919 году он добился успеха при трансформировании ядер азота в ядра кислорода, обстреливая первые быстродвижущимися альфа-частицами. Именно об этом достижении мечтали ученые до Резерфорда. Стало ясно, что ядерные трансформации могут быть источником энергии Солнца. А трансформация атомных ядер является ключевым процессом в атомном оружии и на атомных электростанциях.
Возрастная категория сайта 18 +
Эрнест Резерфорд – британский ученый-физик с новозеландскими корнями, именуемый отцом ядерной физики. Нобелевский лауреат, рыцарь-бакалавр, обладатель титула английского барона.
Лорд Эрнест Резерфорд – ученый с мировым именем, чьи заслуги перед наукой стоят в одном ряду с достижениями Эйнштейна, Планка и Бора. В 2021 году исполнилось 150 лет со дня рождения исследователя: это прекрасный повод вспомнить, как мальчику с берегов пролива Кука удалось заглянуть в самое сердце атома и получить Нобелевскую премию.
Об открытиях Резерфорда знает каждый школьник. В учебниках описываются его опыты по изучению строения атома, положившие начало огромному направлению в науке – ядерной физике. Благодаря изысканиям ученого человечество получило ядерное оружие и атомные станции, узнало о возможностях Большого адронного коллайдера.
Детство и юность
Один из величайших умов человечества родился 30 августа 1871 года в новозеландском селе Спринг Гроув, что расположен в северной части Южного острова. Его родителями были простые фермеры – колесный мастер Джеймс Резерфорд и его жена Марта, работавшая школьной учительницей. Изначально супруги-англичане планировали жить в Канаде, но бесплатные билеты на корабль удалось получить только до Новой Зеландии.
Здесь переселенцы осели, завели детей и стали вести нехитрое фермерское хозяйство. У супругов родилось двенадцать наследников, четвертым из которых был Эрнест. Мальчик рос необычайно крепким, имел отличную память и способности к учебе.
Через некоторое время Резерфорды переехали на Северный остров, поселившись в селении Пунгареху провинции Таранаки. Решение о переезде принял отец семейства, наслушавшись разговоров о благодатной влажной почве местности, подходящей для возделывания льна. Это была самая настоящая глушь, которую местные аборигена маори называли Рыбой Мауи. Солнечные холмы и бескрайние свомпы стали для маленького Эрнеста поистине родными местами.
Здесь, в Пунгареху, Резерфорд с отличием окончил местную школу и даже получил материальное поощрение на последующее обучение. В колледже Нельсона он вновь стал одним из лучших студентов, получив государственную стипендию для поступления в университет Крайстчерча. Здесь юноша поначалу не мог определиться с предметом – его одинаково сильно влекли физика и математика. Профессор физики Биккертон смог увлечь студента именно своим предметом, продемонстрировав, сколько неизведанного еще осталось в этой науке.
Эрнест поражал профессора пытливостью ума, неиссякаемой тягой к исследованиям и смелостью в экспериментах. Он самостоятельно выбирал предметы для изучения, строил планы проведения опытов, создавал приборы, фиксирующие ход испытаний. Из лаборатории молодого ученого было попросту не выманить.
Первые шаги в науке
Исследовательская работа молодого ученого дала жизнь новому изобретению – магнитному детектору, ставшему прототипом современного приемника электромагнитных волн. Разумеется, создателем радио Резерфорда назвать нельзя, ведь Маркони с Поповым в своих изысканиях продвинулись намного дальше. Тем не менее, столь мощный научный труд принес Эрнесту первое признание и стипендию на обучение в Кембриджском университете. Покидая родной Северный остров, молодой человек оставил здесь частичку своего сердца – будущую жену Мэри и любимую маму.
Вообще, многие факты биографии ученого сохранились благодаря его матери. Женщина была для Эрнеста не просто родным человеком, но и близким другом. Именно она стала первой учительницей сына, открывшей ему удивительный мир науки. Практически всю взрослую жизнь исследователь провел вдали от дома, но при этом не переставал вести переписку с любимой мамой.
Могут быть знакомы
Лаборатория Кавендиша в Кембридже
Девятнадцатый век для физики стал периодом прорыва: мир узнал о существовании термодинамики, закона сохранения энергии, электромагнетизма. Все чаще звучало мнение, что вот-вот настанет предел научных знаний, ведь человечество уже открыло все возможное.
С этим был в корне не согласен молодой, амбициозный ученый из далекой Новой Зеландии. Приехав в Англию, стипендиат сделал все, чтобы попасть в Кавендишскую лабораторию и начать исследования. Эрнест стал одним из первых иностранных докторантов, получивших право работать под началом Джона Джозефа Томсона.
Лаборатория Кавендиша считалась самым молодым заведением в структуре Кембриджа. Здесь проводились самые смелые исследования, например, прохождение электрического тока через газовую среду. К слову, за этот труд Джон Томсон в 1906 году получил Нобелевскую премию.
Эрнест мечтал продолжить работу с детектором волн, но его опередил Маркони, получивший в 1896 году грант от британского министерства почты. Резерфорду ничего не оставалось, кроме как двигаться в другом направлении. Он вместе со своим руководителем занялся изучением рентгеновских лучей, свойства которых волновали умы ученых всего мира. О радиоволнах молодой физик забыл навсегда, но не по причине уязвленного самолюбия. Просто любопытство пытливого изыскателя иссякло, и он решил изучать неизведанные до сих пор явления. Он стал ассистентом Томсона в исследованиях по ионизации газов.
Открытые мюнхенским физиком Вильгельмом Рентгеном Х-лучи стали предметом изучения для многих ученых мира. Во Франции в работу включились Анри Беккерель, в Великобритании – Джозеф Томсон и его команда. В 1896 году докторант лаборатории Кавендиша Эрнест Резерфорд начал первые опыты по прохождению рентгеновских лучей через баллоны, наполненные газом.
В том же году Анри Беккерель сделал заявление о том, что под воздействием урано-калиевой соли происходит засвечивание фотографической пластинки. Это явление позже назовут радиоактивностью и глубоко изучат, но тогда о нем не было известно практически ничего. Кому-то предстояло заняться этим вопросом.
Для испытателей уран был настоящей загадкой: они долго не могли понять, как этот элемент производит рентгеновские лучи, и почему это происходит всегда непрерывно и с одинаковой силой. Какие только действия не проводили с ураном – подвергали нагреванию, охлаждению, пропускали через него электрический ток, а он не переставал испускать загадочные лучи.
Проводя исследования в области электропроводимости газов, Томсон произвел замер массы отрицательно и положительно заряженных частиц. Каково же было его удивление, когда выяснилось, что отрицательные частицы имеют более чем в тысячу раз меньший вес, чем самый легчайший атом.
Исследования по теме урановой радиации и создаваемой ею электропроводимости продолжил ученик Томсона Эрнест Резерфорд. В 1898 году докторант переоткрыл урановое излучение, проведя глубокие исследования альфа- и бета- частиц. Поместив излучающие вещества в центр магнитного поля, ученый выяснил, что один поток направляется вправо, другой – влево, а третий стоит на месте. Труд по этой теме Эрнест опубликовал в 1899 году. Его исследования позволили провести финальную черту под всеми изысканиями девятнадцатого столетия и приблизить открытие теории строения вещества. Были даны определения: положительно заряженным частицам – альфа-излучение, а отрицательно заряженным – бета.
В том же году Пьер и Мария Кюри объявили об открытии нового радиоактивного вещества, содержащегося в руде урана. Тогда в научном мире появилось понятие радиоактивности, которое сегодня хорошо знакомо каждому школьнику.
Поиск причин и природы радиоактивности
Вскоре Эрнесту доверили профессорскую кафедру и назначили достойный оклад. Это позволило ученому наладить наконец личную жизнь и жениться на возлюбленной Мэри Ньютон. Кафедра находилась в канадском университете Макгилла, и профессору пришлось перебраться на другой берег океана. За несколько лет работы Резерфорд превратил Монреаль в самый настоящий мировой центр изучения физики.
Обосновавшись на новом месте, в 1900 году Эрнест привез сюда и будущую супругу Мэри Ньютон. После года совместной жизни у пары появилась дочь Эйлин.
Тем временем научная работа кипела и во Франции: супруги Пьер и Мария Кюри заявили об открытии радия и полония. Ученая чета обнаружила период ослабления радиоактивного излучения: более 600 минут для возбужденного излучения, 1 минуту для периода эманации.
Работая в Манчестере, исследователь познакомился с Гейгером, ставшим впоследствии соавтором некоторых его статей. В то же время один из последователей ученого проводил эксперименты с бомбардировками тонкого листа золота альфа-частицами. В результате опытов обнаружилось, что некоторые альфа-частицы отклоняются от траектории, и, встретив неведомую силу, тут отскакивают назад.
Планетарная модель атома
После войны
В начале войны Резерфорды перебрались в Новую Зеландию. После возвращения профессор обнаружил пустую лабораторию: всех аспирантов призвали на фронт. Вернулись к научной работе не все: один из талантливейших учеников Эрнеста Генри Мозли погиб в боях под Дарданеллой.
Исследовательская деятельность профессора и его команды возобновилась в 1920-х годах. Почти сразу же после войны в лабораторию прибыл полный идей молодой российский физик Петр Капица.
Из сохранившихся записей обоих супругов можно сделать вывод, что их личная жизнь была вполне счастливой. В браке родилась единственная наследница – дочь Эйлин.
Смерть
Фермерский сын Резерфорд внес в мировую науку вклад, сопоставимый с достижениями Альберта Эйнштейна и Нильса Бора. Когда выяснилось наличие у ученого пупочной грыжи, за его лечение взялись самые титулованные доктора. Врачебное сообщество долго не могло решить, какому хирургу доверить оперировать гениального профессора, да к тому же английского лорда.
Однако решение надо было принимать как можно быстрее – состояние больного стремительно ухудшалось. Медики же, опасаясь ответственности, допустили серьезную проволочку и не провели операцию вовремя. В результате 19 октября 1937 года Эрнест Резерфорд скончался, оставив после себя великое наследие из важнейших научных открытий.
Профессор похоронен на кладбище Вестминстерского аббатства. Его художественные портреты и фотографии сегодня можно встретить практически во всех технических университетах и на страницах учебников.
Память
- Один из самых уважаемых ученых мира, Эрнест Резерфорд дал свое имя:
- химическому элементу №104 – Резерфордию;
- национальной британской лаборатории Резерфорда – Эплтона;
- кратеру на обратной стороне Луны;
- астероиду Резерфордия;
- мемориальному ордену Канадского королевского общества;
- медали британского Института физики;
- ордена новозеландского Королевского общества.
Научные труды
- Нуклеарное строение атома
- Биография альфа-частицы
- Естественное и искусственное разложение элементов
- Атомные ядра и их превращения
- Дискуссия о строении атомного ядра
- Современная алхимия
- Радиоактивность
- Строение атома и искусственное превращение элементов
Ссылки
Для нас важна актуальность и достоверность информации. Если вы обнаружили ошибку или неточность, пожалуйста, сообщите нам. Выделите ошибку и нажмите сочетание клавиш Ctrl+Enter .
Читайте также: