Резерфорд

Эрнест Резерфорд

Резерфорд

  • Известные личности
  • Знаменитые физики
  • Эрнест Резерфорд

Как пишет В.И.

Григорьев: «Труды Эрнеста Резерфорда, которого нередко справедливо называют одним из титанов физики нашего века, работы нескольких поколений его учеников оказали огромное влияние не только на науку и технику нашего века, но и на жизнь миллионов людей. Он был оптимистом, верил в людей и в науку, которой посвятил всю жизнь».

Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года вблизи города Нелсон (Новая Зеландия), в семье переселенца из Шотландии колесного мастера Джеймса Резерфорда.

Эрнест был четвертым ребенком в семье, кроме него было еще б сыновей и 5 дочерей. Мать его. Марта Томпсон, работала сельской учительницей. Когда отец организовал деревообрабатывающее предприятие, мальчик часто работал под его руководством. Полученные навыки впоследствии помогли Эрнесту при конструировании и постройке научной аппаратуры.

Окончив школу в Хавелоке, где в это время жила семья, он получил стипендию для продолжения образования в колледже провинции Нелсон, куда поступил в 1887 году.

Через два года Эрнест сдал экзамен в Кентерберийский колледж – филиал Новозеландского университета в Крайстчерче.

В колледже на Резерфорда оказали большое влияние его учителя: преподававший физику и химию Э.У. Бикертон и математик Дж.Х.Х. Кук.

Эрнест обнаружил блестящие способности. После окончания четвертого курса он удостоился награды за лучшую работу по математике и занял первое место на магистерских экзаменах, причем не только по математике, но и по физике. Став в 1892 году магистром искусств, он не покинул колледж. Резерфорд погрузился в свою первую самостоятельную научную работу.

Она имела название «Магнетизация железа при высокочастотных разрядах» и касалась обнаружения высокочастотных радиоволн. Для того чтобы изучить это явление, он сконструировал радиоприемник (за несколько лет до того, как это сделал Маркони) и с его помощью получал сигналы, передаваемые коллегами с расстояния полумили.

Работа молодого ученого была опубликована в 1894 году в «Известиях философского института Новой Зеландии».

Наиболее одаренным молодым заморским подданным британской короны один раз в два года предоставлялась особая стипендия, дававшая возможность поехать для усовершенствования в науках в Англию. В 1895 году оказалась вакантной стипендия для получения научного образования.

Первый кандидат на эту стипендию химик Маклорен отказался по семейным обстоятельствам, вторым кандидатом был Резерфорд. Приехав в Англию, Резерфорд получил приглашение Дж.Дж. Томсона работать в Кембридже в лаборатории Кавендиша. Так начался научный путь Резерфорда.

На Томсона произвело глубокое впечатление проведенное Резерфордом исследование радиоволн, и он в 1896 году предложил совместно изучать воздействие рентгеновских лучей на электрические разряды в газах. В том же году появляется совместная работа Томсона и Резерфорда «О прохождении электричества через газы, подвергнутые действию лучей Рентгена».

В следующем году вышла в свет заключительная статья Резерфорда по этой тематике «Магнитный детектор электрических волн и некоторые его применения». После этого он полностью сосредоточивает свои силы на исследовании газового разряда.

В 1897 году появляется и его новая работа «Об электризации газов, подверженных действию рентгеновских лучей, и о поглощении рентгеновского излучения газами и парами».

Сотрудничество с Томсоном увенчалось весомыми результатами, включая открытие последним электрона – частицы, несущей отрицательный электрический заряд.

Опираясь на свои исследования, Томсон и Резерфорд выдвинули предположение, что, когда рентгеновские лучи проходят через газ, они разрушают атомы этого газа, высвобождая одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц.

Эти частицы они назвали ионами. После этой работы Резерфорд занялся изучением атомной структуры вещества.

Осенью 1898 года Резерфорд занял место профессора Макгилльского университета в Монреале. Преподавание Резерфорда на первых порах шло не слишком успешно: студентам не понравились лекции, которые молодой и еще не вполне научившийся чувствовать аудиторию профессор перенасыщал деталями.

Некоторые затруднения возникли вначале и в научной работе из за того, что задерживалось прибытие заказанных радиоактивных препаратов. Ведь при всех усилиях он не получал достаточных средств для постройки необходимых приборов.

Много необходимой для опытов аппаратуры Резерфорд построил собственными руками.

Тем не менее он работал в Монреале довольно долго – семь лет. Исключение составил 1900 год, когда во время краткого пребывания в Новой Зеландии Резерфорд женился.

Его избранницей стала Мэри Джорджии Ньютон, дочь хозяйки того пансиона в Крайстчерче, в котором он некогда жил. 30 марта 1901 родилась единственная дочь четы Резерфорд.

По времени это почти совпало с рождением новой главы в физической науке -физики ядра.

«В 1899 году Резерфорд открывает эманацию тория, а в 1902-03 годах он совместно с Ф. Содди уже приходит к общему закону радиоактивных превращений, – пишет В.И. Григорьев. — Об этом научном событии нужно сказать подробнее.

Все химики мира твердо усвоили, что превращение одних химических элементов в другие невозможно, что мечты алхимиков делать золото из свинца следует похоронить навеки.

И вот появляется работа, авторы которой утверждают, что превращения элементов при радиоактивных распадах не только происходят, но и что даже ни прекратить, ни замедлить их невозможно. Более того, формулируются законы таких превращений.

Мы теперь понимаем, что положение элемента в периодической системе Менделеева, а значит, и его химические свойства, определяются зарядом ядра.

При альфа распаде, когда заряд ядра уменьшается на две единицы (за единицу принимается «элементарный» заряд -модуль заряда электрона), элемент «перемещается» на две клеточки вверх в таблице Менделеева, при электронном бета распаде – на одну клеточку вниз, при позитронном -на клеточку вверх. Несмотря на кажущуюся простоту и даже очевидность этого закона, его открытие стало одним из важнейших научных событий начала нашего века».

В своей классической работе «Радиоактивность» Резерфорд и Содди коснулись фундаментального вопроса об энергии радиоактивных превращений. Подсчитывая энергию испускаемых радием альфа частиц, они приходят к выводу, что «энергия радиоактивных превращений, по крайней мере, в 20000 раз, а может, и в миллион раз превышает энергию любого молекулярного превращения».

Резерфорд и Содди сделали вывод, что «энергия, скрытая в атоме, во много раз больше энергии, освобождающейся при обычном химическом превращении». Эта огромная энергия, по их мнению, должна учитываться «при объяснении явлений космической физики». В частности, постоянство солнечной энергии можно объяснить тем, «что на Солнце идут процессы субатомного превращения».

Нельзя не поразиться прозорливости авторов, увидевших еще в 1903 году космическую роль ядерной энергии. Этот год стал годом открытия новой формы энергии, о которой с определенностью высказывались Резерфорд и Содди, назвав ее внутриатомной энергией.

Получивший мировую славу ученый, член Лондонского королевского общества (1903) получает приглашение занять кафедру в Манчестере. 24 мая 1907 года Резерфорд вернулся в Европу.

Здесь Резерфорд развернул кипучую деятельность, привлекая молодых ученых из разных стран мира. Одним из его деятельных сотрудников был немецкий физик Ганс Гейгер, создатель первого счетчика элементарных частиц.

В Манчестере с Резерфордом работали Э. Марсден, К. Фаянс, Г. Мозли, Г. Хевеши и другие физики и химики.

В 1908 году Резерфорд у была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведенные им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ». В своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук К.Б.

Хассельберг указал на связь между работой, проведенной Резерфордом, и работами Томсона, Анри Беккереля, Пьера и Марии Кюри. «Открытия привели к потрясающему выводу: химический элемент… способен превращаться в другие элементы», – сказал Хассельберг.

В своей нобелевской лекции Резерфорд отметил: «Есть все основания полагать, что альфа частицы, которые так свободно выбрасываются из большинства
радиоактивных веществ, идентичны по массе и составу и должны состоять из ядер атомов гелия.

Мы, следовательно, не можем не прийти к заключению, что атомы основных радиоактивных элементов, таких как уран и торий, должны строиться, по крайней мере частично, из атомов гелия».

После получения Нобелевской премии Резерфорд провел эксперименты по бомбардировке пластинки тонкой золотой фольги альфа частицами. Полученные данные привели его в 1911 году к новой модели атома.

Согласно его теории, ставшей общепринятой, положительно заряженные частицы сосредоточены в тяжелом центре атома, а отрицательно заряженные (электроны) находятся на орбите ядра, на довольно большом расстоянии от него. Эта модель подобна крошечной модели Солнечной системы.

Она подразумевает, что атомы состоят главным образом из пустого пространства.

Широкое признание теории Резерфорда началось, когда к работе ученого в Манчестерском университете подключился датский физик Нильс Бор. Бор показал, что в терминах, предложенных Резерфордом, структуры могут быть объяснены общеизвестными физическими свойствами атома водорода, а также атомов нескольких более тяжелых элементов.

Плодотворная работа резерфордовской группы в Манчестере была прервана Первой мировой войной.

Английское правительство назначило Резерфорда членом «адмиральского штаба изобретений и исследований» – организации, созданной для изыскания средств борьбы с подводными лодками противника.

В лаборатории Резерфорда в связи с этим начались исследования по распространению звука под водой. Лишь по окончании войны ученый смог восстановить свои исследования атома.

После войны он вернулся в манчестерскую лабораторию и в 1919 году сделал еще одно фундаментальное открытие. Резерфорду удалось провести искусственным путем первую реакцию превращения атомов. Бомбардируя атомы азота альфа частицами, Резерфорд получил атомы кислорода. В результате проведенных Резерфордом исследований резко возрос интерес специалистов по атомной физике к природе атомного ядра.

В том же 1919 году Резерфорд перешел в Кембриджский университет, став преемником Томсона в качестве профессора экспериментальной физики и директора Кавендишской лаборатории, а в 1921 м занял должность профессора естественных наук в Королевском институте в Лондоне.

В 1925 году ученый был награжден британским орденом «За заслуги». В 1930 году Резерфорд был назначен председателем правительственного консультативного совета управления научных и промышленных исследований.

В 1931 году он получил звание лорда и стал членом палаты лордов английского парламента.

Ученики и коллеги вспоминали об ученом как о милом, добром человеке. Они восхищались его необычайным творческим способом мышления, вспоминали, как он с удовольствием говорил перед началом каждого нового исследования: «Надеюсь, что это важная тема, поскольку существует еще так много вещей, которых мы не знаем».

Обеспокоенный политикой, проводимой нацистским правительством Адольфа Гитлера, Резерфорд в 1933 году стал президентом Академического совета помощи, который был создан для оказания содействия тем, кто бежал из Германии.

Почти до конца жизни он отличался крепким здоровьем и умер в Кембридже 20 октября 1937 года после непродолжительной болезни. В признание выдающихся заслуг в развитии науки ученый был похоронен в Вестминстерском аббатстве.

Знаменитые физикиФизика Биография

Источник: https://calcsbox.com/post/ernest-rezerford.html

Детство

Эрнест родился в семье колесного мастера Джеймса Резерфорда и его жены учительницы Марты Томпсон. Кроме Эрнеста в семье было еще 6 сыновей и 5 дочерей.

До 1889 года, когда семья переселилась в Пунгареху (Северный остров), Эрнест поступил в Кентерберийский колледж Новозеландского университета (город Крайстчерч, Южный остров); до этого он успел поучиться в Фоксхилле и в Хэйвлокке, в Нельсоновском колледже для мальчиков.

Блестящие способности Эрнеста Резерфорда обнаружились уже в годы учебы. После окончания IV курса он удостаивается награды за лучшую работу по математике и занимает первое место на магистерских экзаменах, причем не только по математике, но и по физике. Но, став магистром искусств, он не покинул колледжа.

Резерфорд погрузился в свою первую самостоятельную научную работу. Она имела название: «Магнетизация железа при высокочастотных разрядах». Был придуман и изготовлен прибор — магнитный детектор, один из первых приемников электромагнитных волн, который стал его «входным билетом» в мир большой науки.

И вскоре в его жизни произошла важнейшая перемена.

Наиболее одаренным молодым заморским подданным британской короны один раз в два года предоставлялась особая Стипендия имени Всемирной выставки 1851, дававшая возможность поехать для усовершенствования в науках в Англию.

В 1895 году было решено, что ее достойны двое новозеландцев — химик Маклорен и физик Резерфорд. Но место было одно, и надежды Резерфорда рухнули.

Но семейные обстоятельства заставили Маклорена отказаться от поездки, и осенью 1895 года Эрнест Резерфорд прибывает в Англию, в Кавендишевскую лабораторию Кембриджского университета и становится первым докторантом ее директора Джозефа Джона Томсона.

В Кавендишевской лаборатории

Джозеф Джон Томсон был уже к тому времени известным ученым, членом Лондонского королевского общества. Он быстро оценил выдающиеся способности Резерфорда и привлек его к своей работе по изучению процессов ионизации газов под действием рентгеновских лучей. Но уже летом 1898 Резерфорд делает первые шаги в исследовании и других лучей — лучей Беккереля.

Открытое этим французским физиком излучение урановой соли позже получило название радиоактивного. Его изучением активно занимался сам А. А. Беккерель и супруги Кюри – Пьер и Мария. В это исследование в 1898 активно включился Э. Резерфорд.

Именно он обнаружил, что в лучи Беккереля входят потоки положительно заряженных ядер гелия (альфа-частиц) и потоки бета-частиц — электронов. (При бета-распаде некоторых элементов испускаются позитроны, а не электроны; позитроны имеют такую же массу, как электроны, но положительный электрический заряд).

Через два года, в 1900 французский физик Виллар (1860-1934) открыл, что испускаются еще и не несущие электрического заряда гамма-лучи — электромагнитное излучение, более коротковолновое, чем рентгеновское.

18 июля 1898 года в Парижскую академию наук была представлена работа Пьера Кюри и Марии Кюри-Склодовской, вызвавшая исключительный интерес Резерфорда.

В этой работе авторы указывали, что кроме урана, существуют и другие радиоактивные (этот термин был употреблен впервые) элементы.

Позже именно Резерфорд ввел понятие об одном из основных отличительных признаков таких элементов — периоде полураспада.

В декабре 1897 года Резерфорду продлили выставочную стипендию, и он получил возможность продолжить исследования лучей урана. Но в апреле 1898 года освободилось место профессора Мак-Гиллского университета в Монреале, и Резерфорд решил переехать в Канаду. Пора ученичества прошла. Всем, и, в первую очередь, ему самому было ясно, что он уже готов к самостоятельной работе.

Девять лет в Канаде

Переезд в Канаду совершился осенью 1898 года. Преподавание Эрнеста Резерфорда на первых порах шло не слишком успешно: студентам не понравились лекции, которые молодой и еще не вполне научившийся чувствовать аудиторию профессор, перенасыщал деталями.

Некоторые затруднения возникли вначале и в научной работе из-за того, что задерживалось прибытие заказанных радиоактивных препаратов. Но все шероховатости быстро сгладились, и началась полоса успехов и удач. Впрочем, говорить об удачах вряд ли уместно: все достигалось трудом.

И в этот труд вовлекались новые единомышленники и друзья.

Вокруг Резерфорда и тогда, и в более поздние годы всегда быстро формировалась атмосфера увлеченности и творческого энтузиазма. Труд был напряженным и радостным, и он приводил к важным открытиям. В 1899 Эрнест Резерфорд открывает эманацию тория, а в 1902-03 одах он совместно с Ф. Содди уже приходит к общему закону радиоактивных превращений. Об этом научном событии нужно сказать подробнее.

Все химики мира твердо усвоили, что превращение одних химических элементов в другие невозможно, что мечты алхимиков делать золото из свинца следует похоронить навеки.

И вот появляется работа, авторы которой утверждают, что превращения элементов при радиоактивных распадах не только происходят, но и что даже ни прекратить, ни замедлить их невозможно. Более того, формулируются законы таких превращений.

Мы теперь понимаем, что положение элемента в периодической системе Дмитрия Менделеева, а, значит, и его химические свойства, определяются зарядом ядра.

При альфа-распаде, когда заряд ядра уменьшается на две единицы (за единицу принимается «элементарный» заряд — модуль заряда электрона), элемент «перемещается» на две клеточки вверх в таблице Менделеева, при электронном бета-распаде — на одну клеточку вниз, при позитронном — на клеточку вверх. Несмотря на кажущуюся простоту и даже очевидность этого закона, его открытие стало одним из важнейших научных событий начала нашего века.

Это время знаменательно и важным событием в личной жизни Резерфорда: через 5 лет после помолвки состоялась его свадьба с Мэри Джорджине Ньютон, дочерью хозяйки того пансиона в Крайстчерче, в котором он некогда жил.

З0 марта 1901 родилась единственная дочь четы Резерфордов. По времени это почти совпало с рождением новой главы в физической науке — физики ядра.

Важным и радостным событием явилось и избрание Резерфорда в 1903 членом Лондонского королевского общества.

Планетарная модель атома

Итоги научных поисков и открытий Резерфорда составили содержание двух его книг. Первая из них называлась «Радиоактивность» и вышла в 1904. Через год вышла вторая — «Радиоактивные превращения». А их автор уже начинал новые исследования.

Он уже понял, что радиоактивное излучение исходит из атомов, но место его возникновения оставалось абсолютно неясным. Нужно было исследовать устройство атома. И здесь Эрнест Резерфорд обратился к методике, с которой он начинал работу у Дж. Дж. Томсона — к просвечиванию альфа-частицами.

В опытах исследовалось, как поток таких частиц проходит через листочки тонкой фольги.

Первая модель атома была предложена, когда стало известно, что электроны имеют отрицательный электрический заряд. Но они входят в атомы, которые в целом электронейтральны; что же является носителем положительного заряда? Дж. Дж.

Томсон предложил для решения этой проблемы такую модель: атом — нечто вроде положительно заряженной капли радиусом в стомиллионную долю (10-8) сантиметра, внутри которой находятся крохотные отрицательно заряженные электроны.

Под действием кулоновских сил они стремятся занять положение в центре атома, но если что-то выведет их из этого положения равновесия, они начинают совершать колебания, что сопровождается излучением (таким образом, модель объясняла и известный тогда факт существования спектров излучения).

Из опытов уже было известно, что расстояния между атомами в твердых телах примерно такие же, как и размеры атомов. Поэтому казалось очевидным, что альфа-частицы почти не могут пролететь даже сквозь тонкую фольгу, подобно тому, как камень не пролетит сквозь лес, деревья в котором растут почти вплотную друг к другу.

Но первые же опыты Резерфорда убеждали, что это не так. Подавляющее большинство альфа-частиц пронизывало фольгу, даже почти не отклоняясь, и лишь у некоторых это отклонение наблюдалось, порой даже весьма значительное.

И здесь вновь проявилась исключительная интуиция Эрнеста Резерфорда и его умение понимать язык природы. Он решительно отказывается от модели Томсона и выдвигает принципиально новую модель.

Она получила название планетарной: в центре атома, подобно Солнцу в Солнечной системе — ядро, в котором, несмотря на его относительно малые размеры, сосредоточена вся масса атома. А вокруг него, подобно планетам, двигающимся вокруг Солнца, вращаются электроны.

Их массы значительно меньше, чем у альфа-частиц, которые поэтому почти не откланяются, пронизывая электронные облака. И только когда альфа-частица пролетает близко от положительно заряженного ядра, кулоновская сила отталкивания может резко искривить ее траекторию.

Формула, которую вывел Резерфорд, опираясь на эту модель, прекрасно согласовалась с данными эксперимента. В 1903 году идею планетарной модели атома доложил в Токийском физико-математическом обществе японский теоретик Хантаро Нагаока, назвавшей эту модель «сатурноподобной», но его работа (о которой Резерфорд не знал) не получила дальнейшего развития.

Но планетарная модель не согласовывалась с законами электродинамики! Эти законы, установленные, в основном, трудами Майкла Фарадея и Джеймса Максвелла, утверждают, что ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны и поэтому теряет энергию. Электрон в атоме Э.

Резерфорда движется ускоренно в кулоновском поле ядра и, как показывает теория Максвелла, должен был бы, потеряв примерно за десятимиллионную долю секунды всю энергию, упасть на ядро.

Это называется проблемой радиационной неустойчивости резерфордовской модели атома, и Эрнест Резерфорд ее отчетливо понимал, когда в 1907 пришло время его возвращения в Англию.

Возвращение в Англию

Труды Резерфорда в Мак-Гилльском университете принесли ему такую известность, что его стали наперебой приглашать на работу в научные центры различных стран. Весной 1907 года он принял решение оставить Канаду и прибыл в университет Виктории в Манчестере. Работы тут же были продолжены.

Уже в 1908 вместе с Хансом Гейгером Резерфорд создает новый замечательный прибор — счетчик альфа-частиц, что сыграло важную роль для выяснения того, что они представляют собой дважды ионизованные атомы гелия. В 1908 Резерфорду была присуждена Нобелевская премия (но не по физике, а по химии).

7 ноября 1908 года Э. Резерфорд объявил о произведенном им расщеплении атома.

Планетарная модель атома тем временем все больше занимала его мысли. И вот в марте 1912 года начинается дружба и сотрудничество Резерфорда с датским физиком Нильсом Бором. Бор — и это явилось его величайшей научной заслугой — внес в планетарную модель Резерфорда принципиально новые черты — идею квантов.

Эта идея возникла еще в начале века благодаря работам великого Макса Планка, понявшего, что для объяснения законов теплового излучения нужно допустить, что энергия уносится дискретными порциями — квантами.

Идея дискретности была органически чужда всей классической физике, в частности, теории электромагнитных волн, но вскоре Альберт Эйнштейн, а затем и Артур Комптон показали, что эта квантовость проявляется и при поглощении, и при рассеянии.

Нильс Бор выдвинул «постулаты», которые на первый взгляд выглядели внутренне противоречивыми: в атоме существуют такие орбиты, двигаясь по которым электрон, вопреки законам классической электродинамики, не излучает, хотя и имеет ускорение; Бор указал правило нахождения таких стационарных орбит; кванты излучения появляются (или поглощаются ) только при переходе электрона с одной орбиты на другую, в соответствии с законом сохранения энергии. Атом Бора — Резерфорда, как его по праву начали называть, не только принес решение многих проблем, он ознаменовал прорыв в мир новых идей, что вскоре привело к радикальному пересмотру многих представлений о материи и ее движении. Работу Нильса Бора «О структуре атомов и молекул» направил в печать Резерфорд.

Алхимия 20 века

И в это время, и позже, когда Эрнест Резерфорд в 1919 году принимает пост профессора Кембриджского университета и директора Кавендишевской лаборатории, он становится центром притяжения для физиков всего мира.

Его справедливо считали своим учителем десятки ученых, в том числе, и удостоенные впоследствии Нобелевских премий: Генри Мозли, Джеймс Чедвик, Джон Дуглас Кокрофт, М. Олифант, В.

Гейтлер, Отто Ган, Петр Леонидович Капица, Юлий Борисович Харитон, Георгий Антонович Гамов.

Все обильнее становился поток наград и почестей. В 1914 Резерфор дполучает дворянство, в 1923 становится Президентом Британской ассоциации, с 1925 по 1930 — президент Королевского общества, в 1931 он получает титул барона и становится лордом Резерфордом оф Нельсон.

Но, несмотря на все возрастающие нагрузки, в том числе — и не только научные, Резерфорд продолжает таранные атаки на тайны атома и ядра.

Он уже приступил к экспериментам, завершившимся открытием искусственного превращения химических элементов и искусственного расщепления атомных ядер, предсказал в 1920 существование нейтрона и дейтрона, в 1933 был инициатором и непосредственным участником экспериментальной проверки взаимосвязи массы и энергии в ядерных процессах. В апреле 1932 Эрнест Резерфорд активно поддержал идею использования ускорителей протонов при изучении ядерных реакций. Его можно причислить и к числу основоположников ядерной энергетики.

Труды Эрнеста Резерфорда, которого нередко справедливо называют одним из титанов физики нашего века, работы нескольких поколений его учеников оказали огромное влияние не только на науку и технику нашего вера, но и на жизнь миллионов людей. Конечно, Резерфорд, особенно в конце жизни не мог не задумываться, останется ли это влияние благотворным. Но он был оптимистом, верил в людей и в науку, которой посвятил всю жизнь.

Эрнест Резерфорд скончался 19 октября 1937 года в Кембридже, похоронен в Вестминстерском аббатстве. (В. И. Григорьев)

Читайте так же Значение и происхождение имени Эрнест.

Источник: https://to-name.ru/biography/ernest-rezerford.htm

Опыт Резерфорда

Резерфорд

Атом состоит из компактного и массивного положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных легких электронов вокруг него.

Эрнест Резерфорд — уникальный ученый в том плане, что свои главные открытия он сделал уже после получения Нобелевской премии. В 1911 году ему удался эксперимент, который не только позволил ученым заглянуть вглубь атома и получить представление о его строении, но и стал образцом изящества и глубины замысла.

Используя естественный источник радиоактивного излучения, Резерфорд построил пушку, дававшую направленный и сфокусированный поток частиц. Пушка представляла собой свинцовый ящик с узкой прорезью, внутрь которого был помещен радиоактивный материал.

Благодаря этому частицы (в данном случае альфа-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов), испускаемые радиоактивным веществом во всех направлениях, кроме одного, поглощались свинцовым экраном, и лишь через прорезь вылетал направленный пучок альфа-частиц.

Далее на пути пучка стояло еще несколько свинцовых экранов с узкими прорезями, отсекавших частицы, отклоняющиеся от строго заданного направления. В результате к мишени подлетал идеально сфокусированный пучок альфа-частиц, а сама мишень представляла собой тончайший лист золотой фольги.

В нее-то и ударял альфа-луч. После столкновения с атомами фольги альфа-частицы продолжали свой путь и попадали на люминесцентный экран, установленный позади мишени, на котором при попадании на него альфа-частиц регистрировались вспышки.

По ним экспериментатор мог судить, в каком количестве и насколько альфа-частицы отклоняются от направления прямолинейного движения в результате столкновений с атомами фольги.

Эксперименты подобного рода проводились и раньше. Основная их идея состояла в том, чтобы по углам отклонения частиц накопить достаточно информации, по которой можно было бы сказать что-либо определенное о строении атома. В начале ХХ века ученые уже знали, что атом содержит отрицательно заряженные электроны.

Однако преобладало представление, что атом представляет собой что-то похожее на положительно заряженную тонкую сетку, заполненную отрицательно заряженными электронами-изюминами, — модель так и называлась «модель сетки с изюмом».

По результатам подобных опытов ученым удалось узнать некоторые свойства атомов — в частности, оценить порядок их геометрических размеров.

Резерфорд, однако, заметил, что никто из его предшественников даже не пробовал проверить экспериментально, не отклоняются ли некоторые альфа-частицы под очень большими углами.

Модель сетки с изюмом просто не допускала существования в атоме столь плотных и тяжелых элементов структуры, что они могли бы отклонять быстрые альфа-частицы на значительные углы, поэтому никто и не озабочивался тем, чтобы проверить такую возможность.

Резерфорд попросил одного из своих студентов переоборудовать установку таким образом, чтобы можно было наблюдать рассеяние альфа-частиц под большими углами отклонения, — просто для очистки совести, чтобы окончательно исключить такую возможность.

В качестве детектора использовался экран с покрытием из сульфида натрия — материала, дающего флуоресцентную вспышку при попадании в него альфа-частицы. Каково же было удивление не только студента, непосредственно проводившего эксперимент, но и самого Резерфорда, когда выяснилось, что некоторые частицы отклоняются на углы вплоть до 180°!

В рамках устоявшейся модели атома полученный результат не мог быть истолкован: в сетке с изюмом попросту нет ничего такого, что могло бы отразить мощную, быструю и тяжелую альфа-частицу. Резерфорд вынужден был заключить, что в атоме большая часть массы сосредоточена в невероятно плотном веществе, расположенном в центре атома.

А вся остальная часть атома оказывалась на много порядков менее плотной, нежели это представлялось раньше.

Из поведения рассеянных альфа-частиц вытекало также, что в этих сверхплотных центрах атома, которые Резерфорд назвал ядрами, сосредоточен также и весь положительный электрический заряд атома, поскольку только силами электрического отталкивания может быть обусловлено рассеяние частиц под углами больше 90°.

Годы спустя Резерфорд любил приводить по поводу своего открытия такую аналогию. В одной южноафриканской стране таможню предупредили, что в страну собираются провезти крупную партию контрабандного оружия для повстанцев, и оружие будет спрятано в тюках хлопка. И вот перед таможенником после разгрузки оказывается целый склад, забитый тюками с хлопком.

Как ему определить, в каких именно тюках спрятаны винтовки? Таможенник решил задачу просто: он стал стрелять по тюкам, и, если пули рикошетили от какого-либо тюка, он по этому признаку и выявлял тюки с контрабандным оружием.

Так и Резерфорд, увидев, как альфа-частицы рикошетируют от золотой фольги, понял, что внутри атома скрыта гораздо более плотная структура, чем предполагалось.

Картина атома, нарисованная Резерфордом по результатам опыта, нам сегодня хорошо знакома.

Атом состоит из сверхплотного, компактного ядра, несущего на себе положительный заряд, и отрицательно заряженных легких электронов вокруг него. Позже ученые подвели под эту картину надежную теоретическую базу (см.

Атом Бора), но началось всё с простого эксперимента с маленьким образцом радиоактивного материала и куском золотой фольги.

См. также:

Источник: https://elementy.ru/trefil/18/Opyt_Rezerforda

Резерфорд Эрнест

Резерфорд

Английский физик, первым осуществил искусственное превращение элементов. Характерно его высказывание в 1933 году: «Каждый, кто надеется, что преобразования атомных ядер станут источником энергии, исповедует вздор». Историки науки считают, что это – единственная крупная ошибка учёного…

Эрнст Резерфорд – лауреат Нобелевской премии по химии за 1908 год «за проведённые  исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ».  Он был членом всех Академий наук мира.

Эрнест Резерфорд родился в Новой Зеландии, но как учёный состоялся в Великобритании.

«Среди любимых поговорок Эрнста Резерфорда была такая: «Хорош тот экспериментатор, чьи результаты бесят теоретиков!» Сам Резерфорд был очень хорош в этом смысле. Сперва он ухитрился превратить один атом в другой.

Потом он обнаружил атомы с разной массой, но одинаковыми химическими свойствами – Изотопы.

Наконец, Резерфорд обнаружил, что большая часть объёма атома – пустая; только в центре присутствует заряженное ядро огромной плотности».

Смирнов С.Г., Лекции по истории науки, М., Изд-во МЦНМО, 2012 г., с.118.

«Одно из первых открытий Резерфорда заключалось в том, что радиоактивное излучение урана состоит из двух различных компонентов, которые учёный назвал альфа- и бета-лучи.

Позже он продемонстрировал природу каждого компонента (они состоят из быстродвижущихся частиц) и показал, что существует ещё и третий компонент, который назвал гамма-лучами. Важная черта радиоактивности – это связанная с ней энергия.

Беккерель, супруги Кюри и множество других ученых считали энергию внешним источником.

Но Резерфорд доказал, что данная энергия – которая намного мощнее, чем освобождаемая при химических реакциях, –  исходит изнутри отдельных атомов урана! Этим он положил начало важной концепции атомной энергии. Учёные всегда предполагали, будто отдельные атомы неделимы и неизменяемы.

Но Резерфорд (с помощью очень талантливого молодого помощника Фредерика Содди) смог показать, что когда атом испускает альфа- или бета-лучи, он преобразуется в атом иного сорта. Сначала химики не могли в это поверить. Однако Резерфорд и Содди провели целую серию экспериментов с радиоактивным распадом и трансформировали уран в свинец.

Также Резерфорд измерил скорость распада и сформулировал важную концепцию «полураспада». Это вскоре привело к технике радиоактивного исчисления, которое стало одним из важнейших научных инструментов и нашло широкое применение в геологии, археологии, астрономии и во многих других областях.

Эта ошеломляющая серия открытий принесла Резерфорду в 1908 году Нобелевскую премию (позже Нобелевскую премию получил и Содди), но его величайшее достижение было ещё впереди.

Он заметил, что быстродвижущиеся альфа-частицы способны проходить сквозь тонкую золотую фольгу (не оставляя видимых следов!), но при этом слегка отклоняются.

Возникло предположение, что атомы золота, твёрдые, непроницаемые, как «крошечные бильярдные шары» – как ранее считали учёные, – были мягкими внутри! Всё выглядело так, будто меньшие и более твердые альфа-частицы могут проходить сквозь атомы золота как высокоскоростная пуля через желе.

Но Резерфорд (работая с Гейгером и Марсденом, своими двумя молодыми помощниками) обнаружил, что некоторые альфа-частицы, проходя сквозь золотую фольгу, отклоняются очень сильно.

Фактически некоторые вообще отлетают назад! Почувствовав, что за этим кроется нечто важное, учёный тщательно посчитал количество частиц, полетевших в каждом направлении.

Затем путём сложного, но вполне убедительного математического анализа он показал единственный путь, которым можно было объяснить результаты экспериментов: атом золота состоял почти полностью из пустого пространства, а практически вся атомная масса была сконцентрирована в центре, в маленьком «ядре» атома!

Одним ударом труд Резерфорда навсегда потряс наше привычное видение мира.

Если даже кусок металла – кажущийся самым твёрдым из всех предметов – являлся в основном пустым пространством, значит, всё, что мы считали вещественным, вдруг развалилось на крошечные песчинки, бегающие в необъятной пустоте! Открытие Резерфордом атомных ядер является основой всех современных теорий строения атома. Когда Нильс Бор через два года опубликовал знаменитый труд, описывающий атом как миниатюрную солнечную систему, управляемую  квантовой механикой, он использовал для своей модели в качестве отправной точки ядерную теорию Резерфорда. Так же поступили Гейзенберг и Шрёдингер, когда они сконструировали более сложные атомные модели, используя классическую и волновую механику.

Открытие Резерфорда также привело к появлению новой ветви науки: изучение атомного ядра. В этой области Резерфорду тоже было суждено стать пионером. В 1919 году он добился успеха при трансформировании ядер азота в ядра кислорода, обстреливая первые быстродвижущимися альфа-частицами.

Это было достижение, о котором мечтали древние алхимики. Вскоре стало ясно, что ядерные трансформации могут быть источником энергии Солнца. Более того, трансформация атомных ядер является ключевым процессом в атомном оружии и на атомных электростанциях.

Следовательно, открытие Резерфорда вызывает гораздо больший интерес, чем просто академический.

Личность Резерфорда постоянно поражала всех, кто с ним встречался. Он был крупным человеком с громким голосом, беспредельной энергией и заметным недостатком скромности.

Когда коллеги отмечали сверхъестественную способность Резерфорда всегда находиться «на гребне волны» научных исследований, он сразу отвечал: «А почему бы и нет? Ведь это я вызвал волну, не так ли?» Немногие учёные стали бы возражать против этого утверждения».

Майкл Харт, 100 великих людей, М., «Вече», 1998 г., с. 293-295.

«11 сентября 1933 г. на съезде Британской ассоциации содействия развитию науки (аналог нашего общества «Знание») выступил Резерфорд, как известно, открывший атомные ядра и их расщепление. Резерфорд в своей речи заявил, однако (это было широко освещено в газетах), что «всякий, кто ожидает получения энергии в результате трансформации атомов, говорит вздор».

Иными словами, Резерфорд отрицал реальность использования атомной (ядерной) энергии. В этом он был не одинок и совершенно прав в том смысле, что в 1933 г. действительно не было видно никакого пути для использования ядерной энергии. Однако всего через пять лет ситуация полностью изменилась – было открыто деление урана, а через девять лет (в 1942 г.

) заработал первый атомный котёл».

Гинзбург В.Л., О физике и астрофизике. Какие проблемы представляются сейчас особенно важными и интересными?, М., «Наука», 1980 г., с.141.

Учитель: Дж. Дж. Томсон.

Ученики: О. Ган, Г. Гейгер, Г. Мозли, П.Л. Капица, Ю.Б. Харитон, Дж. Чедвик и многие другие.

Капица П.Л., Эрнест Резерфорд – выдающийся организатор науки.

Источник: https://vikent.ru/author/971/

Эрнест Резерфорд Биография

Резерфорд

Физик (1871–1937)

Физик Эрнест Резерфорд был центральной фигурой в исследовании радиоактивности, который привел исследование ядерной физики.

Синопсис

Химик и физик Эрнест Резерфорд родился 30 августа 1871 года в Спринг-Гроув, Новая Зеландия. Пионер ядерной физики и первый, кто расколол атом, Резерфорд был удостоен Нобелевской премии по химии 1908 года за свою теорию строения атома. Названный «Отцом ядерного века», Резерфорд умер в Кембридже, Англия, 19 октября 1937 года от сдавленной грыжи.

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.

Будучи ребенком, Эрнест, чья семья назвала его «Эрн», большую часть времени он проводил после школы, доил коров и помогал с другими делами на семейной ферме. По выходным проводились купания в ручье со своими братьями.

Поскольку денег было мало, Резерфорд нашел изобретательские способы преодоления финансовых трудностей своей семьи, в том числе гнездование птиц, чтобы заработать средства на поставку своих воздушных змеев.

У нас нет денег, поэтому нам нужно подумать, был девизом Резерфорда в то время.

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 вышла замуж 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, определила 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.

В 1907 году Резерфорд вернулся в Англию, переведя до профессора в университете Манчестера. Путем дальнейших экспериментов с использованием альфа-частиц в фольге Резерфорд сделал потрясающее открытие, что почти вся масса атома сосредоточена в ядре.

При этом он породил ядерную модель, открытие, которое ознаменовало зарождение ядерной физики и в конечном итоге проложило путь к изобретению атомной бомбы. Удачно названный «Отцом ядерного века», Резерфорд получил Нобелевскую премию по химии в 1908 году.

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 за то, что всегда смотрели в будущее, были похоронены 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 жил 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.

Многие из Резерфордов 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 Большой адронный коллайдер 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.

Источник: https://biography-live.ru/ernest-rezerford-biografiya/

Эрнест Резерфорд биография

Резерфорд
Один из величайших физиков в истории, Эрнест Резерфорд считается отцом ядерной физики.

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).

При рождении, Эрнеста, по ошибке, записали под именем Ёрнест (от англ. “earnest” – «серьёзный»). В детстве Эрнест ходит в школу г. Хэвлок, по окончании которой продолжает учёбу в колледже в г. Нельсоне.

Он усердно трудится, чтобы поступить в Кентерберийский колледж, бывший подразделением Университета Новой Зеландии.

В колледже Эрнест Резерфорд становится главой дискуссионного клуба и принимает активное участие в студенческой жизни.

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.

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.

Резерфорд открывает и точно описывает, что радиация является следствием спонтанного разложения атомов. Учёный в мельчайших подробностях наблюдает, а в последствие и описывает, что образцу радиоактивного материала требуется определенное время для уменьшения его радиоактивности в 2 раза.

Это время Резерфорд называет «периодом полураспада».

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 1903 г. Резерфорд обнаруживает, что радиация (уже открытая), излучаемая ещё безымянным радием (открытым в 1900 г. французским химиком Полом Виллардом) обладает отличительной чертой (от альфа- и бета-излучений), не описанной прежде.

Он также замечает, что новый вид излучения обладает большой проникающей способность, и, не теряя времени, даёт ему самостоятельное название «гамма-излучение». В 1907 г. Резерфорда назначают на должность профессора физики Манчестерского университета. В Манчестере учёный продолжает работать с альфа-излучением.

Совместно с Гансом Гейгером, он разрабатывает цинк-сульфидный отражающий экран и ионизационную камеру, предназначенную для подсчёта количества альфа-частиц.

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.

В 1900 г. Резерфорд женится на Марии Георгине Ньютон. У них рождается дочь, Эйлин Мария.

В 1908 г. Резерфорд получает Нобелевскую премию за революционные открытия и успешные исследования процесса распада веществ и следующих из него химических свойств радиоактивных веществ. В 1914 г. Резерфорда посвящают в рыцари. В 1916 г. учёного награждают медалью имени сэра Джеймса Гектора. В 1919 г.

Резерфорд возвращается в Кавендишскую лабораторию при Кембриджском университете, где его назначают на пост руководителя лаборатории.

В это время он становится научным наставником ряда исследователей – Джеймса Чедвика, Джона Дугласа Коккрофта, Эдварда Виктора Эпплтона и Томаса Синтона Уолтона, каждый из которых получил Нобелевскую премию за работы в области атомных реакций, открытия нейтрона, наглядных демонстраций и химических опытов по вопросам элементарных частиц и ионосферы. В 1925 г. Резерфорда награждают почётным орденом «За заслуги» перед Великобританией. В 1931 г. он получает почётный титул барона Резерфорда Нельсонского и Кембриджского в графстве Кембридж.

После смерти, Резерфорда удостаивают чести быть похороненным в Вестминстерском аббатстве, рядом с Дж. Дж. Томсоном и сэром Исааком Ньютоном.

Эрнест Резерфорд страдал пупочной грыжей, и оперировать его, в знак особой чести (как носителю британского ордена «За заслуги»), надлежало только титулованному хирургу. Из-за долгих поисков подходящей кандидатуры, время было упущено, и 19 октября 1937 г. в больнице Резерфорд внезапно скончался.

Новая функция! Средняя оценка, которую получила эта биография. Показать оценку

Источник: https://obrazovaka.ru/ernest-rutherford.html

Эрнест Резерфорд – Биография

Резерфорд

РЕЗЕРФОРД (Rutherford), Эрнест

30 августа 1871 г. – 19 октября 1937 г.
Нобелевская премия по химии, 1908 г.

Английский физик Эрнест Резерфорд родился в Новой Зеландии, неподалеку от г. Нельсона. Он был одним из 12 детей колесного мастера и строительного рабочего Джеймса Резерфорда, шотландца по происхождению, и Марты (Томпсон) Резерфорд, школьной учительницы из Англии.

Сначала Резерфорд посещал начальную и среднюю местные школы, а затем стал стипендиатом Нельсон-колледжа, частной высшей школы, где проявил себя талантливым студентом, особенно по математике.

Благодаря успехам в учебе Резерфорд получил ещё одну стипендию, которая позволила ему поступить в Кентербери-колледж в Крайстчерче, одном из крупнейших городов Новой Зеландии.

В колледже на Резерфорда оказали большое влияние его учителя: преподававший физику и химию Э. У. Бикертон и математик Дж. Х. Х. Кук. После того как в 1892 г. Резерфорду была присуждена степень бакалавра гуманитарных наук, он остался в Кентербери-колледже и продолжил свои занятия благодаря полученной стипендии по математике.

На следующий год он стал магистром гуманитарных наук, лучше всех сдав экзамены по математике и физике. Его магистерская работа касалась обнаружения высокочастотных радиоволн, существование которых было доказано около десяти лет назад.

Для того чтобы изучить это явление, он сконструировал радиоприемник (за несколько лет до того, как это сделал Гульельмо Маркони) и с его помощью получал сигналы, передаваемые коллегами с расстояния полумили.

В 1894 г. Резерфорду была присуждена степень бакалавра естественных наук. В Кентербери-колледже существовала традиция: любой студент, получивший степень магистра гуманитарных наук и оставшийся в колледже, должен был провести дальнейшие исследования и получить степень бакалавра естественных наук.

Затем Резерфорд в течение недолгого времени преподавал в одной из мужских школ Крайстчерча.

Благодаря своим необыкновенным способностям к науке Резерфорд был удостоен стипендии Кембриджского университета в Англии, где он занимался в Кавендишской лаборатории, одном из ведущих мировых центров научных исследований.

В Кембридже Резерфорд работал под руководством английского физика Дж. Дж. Томсона. На Томсона произвело глубокое впечатление проведенное Резерфордом исследование радиоволн, и он в 1896 г.

предложил совместно изучать воздействие рентгеновских лучей (открытых годом ранее Вильгельмом Рёнтгеном) на электрические разряды в газах.

Их сотрудничество увенчалось весомыми результатами, включая открытие Томсоном электрона – атомной частицы, несущей отрицательный электрический заряд.

Опираясь на свои исследования, Томсон и Резерфорд выдвинули предположение, что, когда рентгеновские лучи проходят через газ, они разрушают атомы этого газа, высвобождая одинаковое число положительно и отрицательно заряженных частиц. Эти частицы они назвали ионами. После этой работы Резерфорд занялся изучением атомной структуры.

В 1898 г. Резерфорд принял место профессора Макгиллского университета в Монреале (Канада), где начал серию важных экспериментов, касающихся радиоактивного излучения элемента урана.

Вскоре он открыл два вида этого излучения: испускание альфа-лучей, проникающих только на короткое расстояние, и бета-лучей, которые проникают на значительно большее расстояние.

Затем Резерфорд обнаружил, что радиоактивный торий испускает газообразный радиоактивный продукт, который он назвал «эманация» (испускание).

Дальнейшие исследования показали, что два других радиоактивных элемента – радий и актиний – также производят эманацию.

На основании этих и других открытий Резерфорд пришел к двум важным для понимания природы радиации выводам: все известные радиоактивные элементы испускают альфа- и бета-лучи, и, что еще более важно, радиоактивность любого радиоактивного элемента через определённый конкретный период времени уменьшается.

Эти выводы дали основание предполагать, что все радиоактивные элементы принадлежат к одному семейству атомов и что в основу их классификации можно положить период уменьшения их радиоактивности.

Опираясь на дальнейшие исследования, проведенные в Макгиллском университете в 1901-1902 гг., Резерфорд и его коллега Фредерик Содди изложили основные положения созданной ими теории радиоактивности.

В соответствии с этой теорией радиоактивность возникает тогда, когда атом отторгает частицу самого себя, которая выбрасывается с огромной скоростью, и эта потеря превращает атом одного химического элемента в атом другого.

Выдвинутая Резерфордом и Содди теория вступала в противоречие с рядом ранее существовавших представлений, включая признаваемую всеми долгое время концепцию, согласно которой атомы являются неделимыми и неизменяемыми частицами. Резерфорд провел дальнейшие эксперименты для получения результатов, которые подтвердили выстраиваемую им теорию. В 1903 г.

он доказал, что альфа-частицы несут положительный заряд. Поскольку эти частицы обладают измеримой массой, «выбрасывание» их из атома имеет решающее значение для превращения одного радиоактивного элемента в другой.

Созданная теория позволила Резерфорду также предсказать, с какой скоростью различные радиоактивные элементы будут превращаться в то, что он называл дочерним материалом. Ученый был убежден, что альфа-частицы неотличимы от ядра атома гелия. Подтверждение этому было получено, когда Содди, работавший тогда с английским химиком Уильямом Рамзаем, открыл, что эманация радия содержит гелий, предполагаемую альфа-частицу.

В 1907 г. Резерфорд, стремясь находиться ближе к центру научных исследований, занял пост профессора физики в Манчестерском университете (Англия). С помощью Ганса Гейгера, который впоследствии прославился как изобретатель счётчика Гейгера, Резерфорд создал в Манчестере школу по изучению радиоактивности.

В 1908 г. Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведенные им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ». В своей вступительной речи от имени Шведской королевской академии наук К. Б.

 Хассельберг указал на связь между работой, проведенной Резерфордом, и работами Дж. Дж. Томсона, Анри Беккереля, Пьера и Марии Кюри. «Открытия привели к потрясающему выводу: химический элемент… способен превращаться в другие элементы», – сказал Хассельберг.

В своей Нобелевской лекции Резерфорд отметил: «Есть все основания полагать, что альфа-частицы, которые так свободно выбрасываются из большинства радиоактивных веществ, идентичны по массе и составу и должны состоять из ядер атомов гелия.

Мы, следовательно, не можем не прийти к заключению, что атомы основных радиоактивных элементов, таких, как уран и торий, должны строиться, по крайней мере частично, из атомов гелия».

После получения Нобелевской премии Резерфорд занялся изучением явления, которое наблюдалось при бомбардировке пластинки тонкой золотой фольги альфа-частицами, излучаемыми таким радиоактивным элементом, как уран.

Оказалось, что с помощью угла отражения альфа-частиц можно изучать структуру устойчивых элементов, из которых состоит пластинка.

Согласно принятым тогда представлениям, модель атома была подобна пудингу с изюмом: положительные и отрицательные заряды были равномерно распределены внутри атома и, следовательно, не могли в значительной мере изменять направление движения альфа-частиц.

Резерфорд, однако, заметил, что определенные альфа-частицы отклонялись от ожидаемого направления в значительно большей степени, чем это допускалось теорией. Работая с Эрнестом Марсденом, студентом Манчестерского университета, ученый подтвердил, что довольно большое число альфа частиц отклоняется дальше, чем ожидалось, причем некоторые под углом более чем 90 градусов.

Размышляя над этим явлением, Резерфорд в 1911 г. предложил новую модель атома. Согласно его теории, которая сегодня стала общепринятой, положительно заряженные частицы сосредоточены в тяжелом центре атома, а отрицательно заряженные (электроны) находятся на орбите ядра, на довольно большом расстоянии от него.

Эта модель, подобна крошечной модели Солнечной системы, подразумевает, что атомы состоят главным образом из пустого пространства. Широкое признание теорий Резерфорда началось с 1913 г., когда к работе учёного в Манчестерском университете подключился датский физик Нильс Бор.

Бор показал, что в терминах предлагаемой Резерфордом структуры могут быть объяснены общеизвестные физические свойства атома водорода, а также атомов нескольких более тяжёлых элементов.

Когда разразилась первая мировая война, Резерфорд был назначен членом гражданского комитета Управления изобретений и исследований британского Адмиралтейства и изучал проблему определения местонахождения подводных лодок с помощью акустики. После войны он вернулся в манчестерскую лабораторию и в 1919 г.

сделал еще одно фундаментальное открытие.

Изучая структуру атомов водорода с помощью бомбардировки их альфа-частицами, обладающими высокой скоростью, он заметил на своем детекторе сигнал, который можно было объяснить как результат того, что ядро атома водорода пришло в движение вследствие столкновения с альфа частицей.

Однако точно такой же сигнал появлялся и когда ученый заменил атомы водорода атомами азота. Резерфорд объяснил причину этого явления тем, что бомбардировка вызывает распад устойчивого атома. Т.е.

в процессе, аналогичном естественно происходящему распаду, который вызывается радиацией, альфа частица выбивает единственный протон (ядро атома водорода) из устойчивого при нормальных условиях ядра атома азота и придает ему чудовищную скорость. Еще одно свидетельство в пользу такого толкования этого явления было получено в 1934 г., когда Фредерик Жолио и Ирен Жолио-Кюри открыли искусственную радиоактивность.

В 1919 г. Резерфорд перешел в Кембриджский университет, став преемником Томсона в качестве профессора экспериментальной физики и директора Кавендишской лаборатории, а в 1921 занял должность профессора естественных наук в Королевском институте в Лондоне. В 1930 г.

Резерфорд был назначен председателем правительственного консультативного совета Управления научных и промышленных исследований. Находясь на вершине своей карьеры, ученый привлекал к работе в своей лаборатории в Кембридже много талантливых молодых физиков, в т.ч. П. М. Блэкетта, Джона Кокрофта, Джеймса Чедвика и Эрнеста Уолтона.

Несмотря на то, что у самого Резерфорда оставалось из-за этого меньше времени на активную исследовательскую работу, его глубокая заинтересованность в проводимых исследованиях и четкое руководство помогали поддерживать высокий уровень работ, осуществляемых в его лаборатории. Ученики и коллеги вспоминали об ученом как о милом, добром человеке.

Наряду с присущим ему как теоретику даром предвидения Резерфорд обладал практической жилкой. Именно благодаря ней он был всегда точен в объяснении наблюдаемых явлений, какими бы необычными они на первый взгляд ни казались.

Обеспокоенный политикой, проводимой нацистским правительством Адольфа Гитлера, Резерфорд в 1933 г. стал президентом Академического совета помощи, который был создан для оказания содействия тем, кто бежал из Германии. В 1900 г.

, во время краткой поездки в Новую Зеландию, Резерфорд женился на Мэри Ньютон, которая родила ему дочь. Почти до конца жизни он отличался крепким здоровьем и умер в Кембридже в 1937 г. после непродолжительной болезни.

Резерфорд похоронен в Вестминстерском аббатстве неподалеку от могил Исаака Ньютона и Чарльза Дарвина.

В числе полученных Резерфордом наград медаль Румфорда (1904) и медаль Копли (1922) Лондонского королевского общества, а также британский орден «За заслуги» (1925). В 1931 г. ученому был пожалован титул пэра.

Резерфорд был удостоен почётных степеней Новозеландского, Кембриджского, Висконсинского, Пенсильванского и Макгиллского университетов. Он являлся членом-корреспондентом Гёттингенского королевского общества, а также членом Новозеландского философского института, Американского философского общества.

Академии наук Сент-Луи, Лондонского королевского общества и Британской ассоциации содействия развитию науки.

 
        Источник:

Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия. Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
Электронная версия: N-T.org – электронная библиотека. Нобелевские лауреаты.

  Хронология событий и открытий в химии:

До XIX века  •  1801–1850  •  1851–1900  •  1901–1950  • 1951–2000

 

Источник: http://www.physchem.chimfak.rsu.ru/Source/History/Persones/Rutherford.html

Детство и юность

Эрнест родился в Новой Зеландии, в Спринг-Груве, рядом с городом Нелсон 30 августа 1871 года и был британцем по национальности. Отец, шотландец по происхождению, зарабатывал колесным ремеслом, а мать преподавала в сельской школе. Ребенок рос в многодетной семье с 6 братьями и 5 сестрами.

Первым рабочим местом для него стало деревообрабатывающее предприятие, основанное отцом. Полученные в детстве знания и навыки будущий ученый использовал в дальнейшем для создания оборудования, необходимого при физических опытах.

Памятник Эрнесту Резерфорду в детстве / Alan Liefting, Википедия

Эрнест учился в Хавелоке, а в 1887-м получил стипендию, позволившую продолжить образование в Нелсоне. Юноша демонстрировал большую тягу к знаниям и интерес ко всему, что его окружает.

Он поступил в Кентерберийский колледж и начал углубляться в химию и физику. Педагоги быстро оценили потенциал ученика. Через 4 года Резерфорда наградили за лучшую работу по математике и физике.

В 1892-м Эрнест стал магистром искусств и занялся исследованиями, подкрепляя их опытами.

Его первый труд называется «Магнетизация железа при высокочастотных разрядах». Эксперименты были связаны с исследованием высокочастотных радиоволн. Ученый сконструировал радиоприемник, опередив его официального создателя Маркони. Устройство Резерфорда оказалось первым в мире магнитным детектором.

Эрнест Резерфорд в молодости / Википедия

С его помощью Эрнест получал сигналы, которые коллеги передавали, находясь в полумиле от него. Полученные сведения он описал в научной статье для газеты «Известия философского института Новой Зеландии» в 1894 году.

В 1895-м Резерфорд получил высочайшую награду: грант на обучение в Великобритании. Такой шанс выпадал редкому английскому подданному. Эрнест оказался в числе 2 счастливчиков, между которыми предстояло сделать выбор, и ему повезло: соперник не смог отправиться в поездку. Физик воспользовался возможностью и стал в Англии сотрудником Кавендишевской лаборатории.

Научная деятельность

Биография Резерфорда складывалась удачным образом. Став подчиненным физика Джона Томсона, обладавшего авторитетом в научном сообществе, он нашел покровителя. Томсон приобщил его к изучению ионизации газов под воздействием рентгена.

Опыт Резерфорда. Учебный фильм по атомной физике

Уже к 1898 году Резерфорд увлекся собственными разработками, изучая «лучи Беккереля». Так называлось урановое радиоактивное излучение. Эрнест понял, что оно дополняет положительные альфа-частицы и электроны бета-частиц. Аналогичные исследования вели Пьер и Мария Кюри.

Супруги написали труд, который презентовали в 1898 году Парижской академии наук. Он привлек внимание Резерфорда идеей о существовании нескольких радиоактивных элементов. Эрнест сделал выводы о периоде полураспада, который уточняет характеристику веществ, и стал первооткрывателем процесса полураспада.

В 1898 году, узнав, что в канадском Монреале вакантна должность профессора Макuиллского университета, Резерфорд перебрался на новое место. Так он окончательно отстранился от покровительства Томсона.

Не имея педагогического опыта, Эрнест демонстрировал слабые способности в преподавательской деятельности.

Но общительный ученый завел новые знакомства, и среди его приятелей оказались единомышленники, готовые участвовать в научных изысканиях.

Эрнест Резерфорд в Университете Макгилла в 1905 году / Wellcome Images

Партнерство с Фредериком Содди позволило в 1902-1903 годах сформулировать закон о радиоактивных превращениях.

Он гласит, что периоды распадов не ведут к модификации элементов и их нельзя замедлить или остановить. Напарники разработали и законы превращений. Впоследствии эти данные дополнил Дмитрий Менделеев с помощью периодической системы.

Так выяснилось, что химические свойства вещества зависят от заряда ядра его атома.

Эрнест Резерфорд издал 2 научных труда: «Радиоактивность», выпущенный в 1904-м, и «Радиоактивные превращения» 1905-го. Физик решил, что атомы являются источником радиоактивного излучения, и продолжил изучение устройства ядра. Он ставил опыты по просвечиванию золотой фольги альфа-частицами, интересуясь потоками частиц и их поведением.

Ученый первым выдвинул предположение о строении атома. Резерфорд предположил, что атом напоминает каплю с положительным зарядом, а внутри нее находятся отрицательно заряженные электроны. Ученый доказывал, что, двигаясь под воздействием кулоновских сил, электроны пытаются попасть в центр атома, а при выходе из равновесия создают колебания и излучение.

Строение атома. Опыты Резерфорда

Обоснования Резерфорда объясняли наличие спектров излучения, о которых уже знал мир.

Опыты позволили уяснить, что атомы твердых тел имеют такой же размер, что и люфт между ними.

Исследователь считал, что ядро расположено в центре и несет в себе всю массу частицы, а вокруг него в постоянном движении находятся электроны. Так он изобрел планетарную модель атома.

Эрнест Резерфорд был убедителен, но об однозначности суждений возникали споры. Его модель не стыковалась с законами электродинамики, выведенными Джеймсом Максвеллом и Майклом Фарадеем. Они доказали, что ускоренно движущийся заряд теряет энергию из-за электромагнитного излучения, поэтому Резерфорд продолжил изыскания.

В 1907 году ученый переехал в Манчестер. Здесь он уже был известен благодаря достижениям. Резерфорда наперебой звали в международные научные центры, но он предпочел университет Виктории, где возобновил работу. В 1908-м совместно с Хансом Гейгером он изобрел счетчик альфа-частиц.

Эрнест Резерфорд на Сольвеевском конгрессе 1911 года (стоит 4-й справа) / Benjamin Couprie, Википедия

С 1912-го Резерфорд вел совместную работу с Нильсом Бором, который придумал теорию квантов, свидетельствующую о наличии у атомов орбит. В соответствии с рассуждениями ученых электроны двигаются вокруг ядра по орбите.

Модель атома авторства Резерфорда и Бора стала прорывом в науке и заставила пересмотреть устоявшиеся представления о материи и ее движении. В 1919 году Резерфорд стал профессором Кембриджского университета и руководил Кавендишевской лабораторией.

Его послужной список пополнялся, количество учеников увеличивалось, как и перечень наград, которых удостаивали физика.

В 1914 году Резерфорд стал дворянином, а в 1931-м получил титул барона и стал лордом. В этот период он работал над экспериментами по расщеплению ядра атома и превращением химических элементов. В 1920-м физик стал первым, кто заговорил о существовании дейтрона и нейтрона, а в 1933-м начал участвовать в опытах, посвященных изучению взаимосвязи массы и энергии.

Личная жизнь

Эрнест Резерфорд был счастлив в личной жизнь, женившись на Мэри Джорджине Ньютон, хозяйке пансиона в Крайстчерче, где проживал физик. Отношения супругов выдержали проверку временем: между помолвкой и свадьбой прошло 5 лет. Мэри вышла замуж за Эрнеста в 1895 году, когда он уже был известен в научном сообществе. В 1901-м на свет появилась единственная дочь пары Эйлин Мэри.

Смерть

Сын колесного мастера, Эрнест Резерфорд сделал весомый вклад в науку. Добившись высот, он оказался знаковой персоной своей эпохи.

Поэтому, когда оказалось, что физик страдает от пупочной грыжи, лечить его было решено с привилегиями.

Интересный факт: необходимую операцию готовы были поручить только титулованному хирургу, как того требовали приличия в отношении обладателя британского ордена «За заслуги».

Могила Эрнеста Резерфорда / H. Tait, Википедия

Выбор врача был непростым, и ко времени операции самочувствие Резерфорда было критическим. Причиной его смерти послужила проволочка со стороны медиков. Эрнест Резерфорд умер 19 октября 1937 года, оставив миру в наследство научные открытия и книги.

Исследователя похоронили в Вестминстерском аббатстве. Его портреты сегодня украшают страницы учебников и стены технических вузов и музеев мира.

Библиография

  • 1904 – «Радиоактивность»
  • 1905 – «Радиоактивные превращения»
  • 1920 – «Бомбардировка атомов и разложение азота»
  • 1923 – «Атомные снаряды и их свойства»
  • 1923 – «Строение атома и искусственное разложение элементов»
  • 1924 – «В погоне за атомом»
  • 1924 – «Атомы. Электроны. Эфир»
  • 1928 – «Атомные ядра и их превращения»

Результатов: психолог, бизнес-тренер Сергей Насибян философ Протагор экономист, общественный деятель Татьяна Корж философ Анаксимандр философ Фалес Милетский философ Зенон Элейский художник Фрэнсис Бэкон бизнес-коуч Радислав Гандапас экстрасенс, художница Ольга Мигунова антрополог Станислав Дробышевский священник Павел Островский худлжник Александр Герасимов адвокат Анатолий Кучерена психолог, невропатолог Александр Лурия врач-трансплантолог Михаил Каабак художник Василий Перов математик, лауреат Нобелевской премии по экономике Джон Нэш православный святой, игумен Александр Свирский

Источник: https://24smi.org/celebrity/95715-ernest-rezerford.html

Vse-referaty
Добавить комментарий