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約瑟夫·約翰·湯姆遜
英國物理學(xué)家
諾貝爾物理學(xué)獎獲得者
約瑟夫·約翰·湯姆遜（Thomson，Joseph John；1856年—1940年），英國物理學(xué)家，電子的發(fā)現者。
約瑟夫·約翰·湯姆遜是第三任卡文迪許實(shí)驗室主任，以其對電子和同位素的實(shí)驗著(zhù)稱(chēng)。一幅他正在研究陰極射線(xiàn)管的肖像掛在實(shí)驗室的麥克斯韋講演廳里。
1940年8月30日，湯姆遜逝世于劍橋。享年84歲。
基本信息
| 出生日期 | 1856年12月8日 |
| 出生地 | 英國曼徹斯特 |
| 去世日期 | 1940年8月30日 |
| 籍貫 | 英國曼徹斯特 |
| 國籍 | 英國 |
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人物生平
約瑟夫·約翰·湯姆遜
1880年他參加了劍橋大學(xué)的學(xué)位考試，以第二名的優(yōu)異成績(jì)取得學(xué)位，隨后被選為三一學(xué)院學(xué)員，兩年后又被任命為大學(xué)講師。他在數物理學(xué)方面具有很高修養。發(fā)表了《論渦旋環(huán)的運動(dòng)》和《論動(dòng)力學(xué)在物理學(xué)和化學(xué)中的應用》論文。
1884年，28歲的湯姆遜在瑞利的推薦下，擔任了卡文迪許實(shí)驗室物理學(xué)教授。
約瑟夫·約翰·湯姆遜
1940年8月30日，湯姆遜逝世于劍橋。終年84歲。
1876年，德國的戈爾茲坦提出，玻璃壁上的輝光是由陰極產(chǎn)生的某種射線(xiàn)所引起的，他把這種射線(xiàn)命名為陰極射線(xiàn)。陰極射線(xiàn)是由什么組成的？十九世紀末時(shí)，有的科學(xué)家說(shuō)它是電磁波；有的科學(xué)家說(shuō)它是由帶電的原子所組成；有的則說(shuō)是由帶陰電的微粒組成，眾說(shuō)紛紜，一時(shí)得不出公認的結論。英法的科學(xué)家和德國的科學(xué)家們對于陰極射線(xiàn)本質(zhì)的爭論，竟延續了二十多年。
約瑟夫·約翰·湯姆遜
約瑟夫·約翰·湯姆遜
最后到1897年，湯姆遜的出色實(shí)驗結果面前，真相才得以大白。湯姆遜的實(shí)驗過(guò)程是這樣的，他將一塊涂有硫化鋅的小玻璃片，放在陰極射線(xiàn)所經(jīng)過(guò)的路途上，看到硫化鋅會(huì )發(fā)閃光。這說(shuō)明硫化鋅能顯示出陰極射線(xiàn)的“徑跡”。他發(fā)現在一般情況下，陰極射線(xiàn)是直線(xiàn)行進(jìn)的，但當在射擊線(xiàn)管的外面加上電場(chǎng)，或用一塊蹄形磁鐵跨放在射線(xiàn)管的外面，結果發(fā)現陰極射線(xiàn)一都發(fā)生了偏折。根據其偏折的方向，不難判斷出帶電的性質(zhì)。湯姆遜在1897年得出結論：這些“射線(xiàn)”不是以太波，而是帶負電的物質(zhì)粒子。但他反問(wèn)自己：“這些粒子是什么呢？它們是原子還是分子，還是處在更細的平衡狀態(tài)中的物質(zhì)？”這需要作更精細的實(shí)驗。當時(shí)還不知道比原子更小的東西，因此湯姆遜假定這是一種被電離的原子，即帶負電的“離子”。他要測量出這種“離子”的質(zhì)量來(lái)，為此，他設計了一系列既簡(jiǎn)單又巧妙的實(shí)驗：首先，單獨的電場(chǎng)或磁場(chǎng)都能使帶電體偏轉，而磁場(chǎng)對粒子施加的力是與粒子的速度有關(guān)的。湯姆遜對粒子同時(shí)施加一個(gè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，并調節到電場(chǎng)和磁場(chǎng)所造成的粒子的偏轉互相抵消，讓粒子仍作直線(xiàn)運動(dòng)。這樣，從電場(chǎng)和磁場(chǎng)的強度比值就能算出粒子運動(dòng)速度。而速度一旦找到后，單靠磁偏轉或者電偏轉就可以測出粒子的電荷與質(zhì)量的比值。湯姆遜用這種方法來(lái)測定“微粒”電荷與質(zhì)量之比值。他發(fā)現這個(gè)比值和氣體的性質(zhì)無(wú)關(guān)，并且該值比起電解質(zhì)中氫離子的比值（這是當時(shí)已知的最大量）還要大得多。這說(shuō)明這種粒子的質(zhì)量比氫原子的質(zhì)量要小得多。前者大約是后者的二千分之一。
后來(lái)，美國的物理學(xué)家羅伯特·密立根在1913年到1917年的油滴實(shí)驗中，精確地測出了新的結果，前者是后者的1836分之一。湯姆遜測得的結果肯定地證實(shí)了陰極射線(xiàn)是由電子組成的，人類(lèi)首次用實(shí)驗證實(shí)了一種“基本粒子”----電子的存在。“電子”這一名稱(chēng)是由物理學(xué)家斯通尼在1891年采用的，原意是定出的一個(gè)電的基本單位的名稱(chēng)，后來(lái)這一詞被應用來(lái)表示湯姆遜發(fā)現的“微粒”。自從發(fā)現電子以后，湯姆遜就成為國際上知名的物理學(xué)者。在這之前，一般都認為原子是“不能分割的”的東西，湯姆遜的實(shí)驗指出，原子是由許多部分組成的，這個(gè)實(shí)驗標志著(zhù)科學(xué)的一個(gè)新時(shí)代。人們稱(chēng)他是“一位最先打開(kāi)通向基本粒子物理學(xué)大門(mén)的偉人”。
1905年，他被任命為英國皇家學(xué)院的教授；1906年榮獲諾貝爾物理學(xué)獎；1916年任皇家學(xué)會(huì )主席。他并沒(méi)有因此而停步不前，仍一如既往，兢兢業(yè)業(yè)，繼續攀登科學(xué)的高峰。湯姆遜既是一位理論物理學(xué)家，又是一位實(shí)驗物理學(xué)家，他一生所做過(guò)的實(shí)驗，是無(wú)法計算的。正是通過(guò)反復的實(shí)驗，他測定了電子的荷質(zhì)比，發(fā)現了電子；又在實(shí)驗中，創(chuàng )造了把質(zhì)量不同的原子分離開(kāi)來(lái)的方法，為后人發(fā)現同位素，提供了有效的方法。湯姆遜在擔任卡文迪許實(shí)驗物理教授及實(shí)驗室主任的34年間，著(zhù)手更新實(shí)驗室，引進(jìn)新的教授法，創(chuàng )立了一個(gè)極為成功的研究學(xué)派。
曼徹斯特大學(xué)
重大貢獻
約瑟夫·約翰·湯姆遜以其對電子和同位素的實(shí)驗著(zhù)稱(chēng)。他是第三任卡文迪許實(shí)驗室主任。一幅他正在研究陰極射線(xiàn)管的肖像掛在實(shí)驗室的麥克斯韋講演廳里。看上去，他不善于具體操作，但對儀器工作原理的理解卻是非常敏捷的。
J．J．湯姆遜聽(tīng)過(guò)一些麥克斯韋的講課，而且正是在作為卡文迪許教授的麥克斯韋的繼任者瑞利勛爵的指導下，湯姆遜完成了幾篇理論性論文，1884年，瑞利按照他原來(lái)的許諾（只擔任五年）辭去了卡文迪許教授職務(wù)。湯姆遜申請這個(gè)職位，他述說(shuō)：“沒(méi)有認真考慮過(guò)這項工作和所要負的責任”就申請了。他只有28歲，沒(méi)有想到會(huì )當選，但出乎他的意料，他當選了。這些選舉人要么非常走運要么是非常有遠見(jiàn)的。湯姆遜說(shuō)：“我覺(jué)得自己像一個(gè)釣魚(yú)的人，用一只輕巧的釣魚(yú)具，在一個(gè)意想不到的地方拋出了一線(xiàn)釣絲，釣到了一條魚(yú)，這條魚(yú)太重而使這個(gè)釣魚(yú)的人不能把它吊到岸上來(lái)。我覺(jué)得接替一位像瑞利勛爵這樣享有盛名的人是困難的。”值得注意的是，他不提麥克斯韋，雖然在另外的地方湯姆遜談到了關(guān)于第一任卡文迪許教授的委任（1871年2月）：
劍橋大學(xué)
在1897年，湯姆遜證實(shí)了陰極射線(xiàn)的微粒性，測量了粒子的速度和荷質(zhì)比。湯姆遜在他的實(shí)驗中使用的二個(gè)管子，射線(xiàn)從管中左邊的陰極A發(fā)出，通過(guò)陽(yáng)極B的一條縫進(jìn)入第二個(gè)管子，可以用一磁鐵使射線(xiàn)偏轉而進(jìn)入一種法拉第籠。收集到的電荷是負的。因此證明了陰極射線(xiàn)是帶負電的粒子。類(lèi)似的實(shí)驗已被J佩蘭在法國做過(guò)。在一個(gè)第二種類(lèi)型的管子中，C所產(chǎn)生的陰極射線(xiàn)穿過(guò)接地的縫A和B，形成了一束狹窄的射線(xiàn)直射到管子的另一端。射線(xiàn)擊中管子的電燈泡狀端面的地方會(huì )有一小塊磷光亮斑顯現出來(lái)。
劍橋大學(xué)
Ne=Q
然后，通過(guò)測量產(chǎn)生的熱的辦法來(lái)測量由粒子所傳輸的能量W，這個(gè)值必須等于質(zhì)量為m、速度為v的這些粒子的動(dòng)能
1/2Nmυ2=W
用磁學(xué)辦法使粒子發(fā)生偏轉，他知道：
mv/e=Bp
這里p是軌道的曲率半徑，B是磁場(chǎng)。因為能量，電量，磁場(chǎng)和曲率半徑是可測量的，他能推論出
e/m=2W/(Q2B2p2)
具有值2.3×10（靜電單位電量/克），遠大于電解法中離子的荷質(zhì)比e/m。
在他1897年的文章中，湯姆遜敘述了另一個(gè)令人注意的觀(guān)察結果：構成陰極射線(xiàn)的微粒都是一樣的，與管內陰極或對陰極或氣體的成分無(wú)關(guān)。這里有一個(gè)所有物質(zhì)的普適成分。
稍后，在1899年，他使用他過(guò)去的學(xué)生C．T．R．威爾遜發(fā)展起來(lái)的技術(shù)和思想，分別測量了電子的電荷和質(zhì)量。威爾遜已經(jīng)注意到在適宜的環(huán)境下，電荷起著(zhù)過(guò)飽和蒸汽的凝結核的作用。因為水會(huì )在它們上面冷凝，這有助于霧的形成。在這樣一種由于電荷的存在而形成的霧里，人們可以根據小霧滴下落的速度而計量它們的體積，從沉淀的水的總量或根據最初的過(guò)飽和汽算出它們的數目。根據這個(gè)數據可以得到霧中所有的小滴子數。根據由霧所傳輸的總電荷（這是直接可測的）可以發(fā)現平均每一個(gè)小滴上的電荷與電子電荷相同。在卡文迪許實(shí)驗室做的這項工作，得到的電子電荷大約為3×10絕對靜電單位。根據測量到的e/m值可以求得電子質(zhì)量。
卡文迪許實(shí)驗室
倫琴，由于他宣布了“一種新的射線(xiàn)”和表演了他的射線(xiàn)所能做的事情而使世界感到震驚。
電子概述
電子
電子所帶電荷為e=1.6×10的-19次方庫侖，質(zhì)量為9.10×10kg（0.51MeV/c2）。通常被表示為e。電子的反粒子是正電子，它帶有與電子相同的質(zhì)量，自旋和等量的正電荷。物質(zhì)的基本構成單位——原子是由電子、中子和質(zhì)子三者共同組成。相對于中子和質(zhì)子組成的原子核，電子的質(zhì)量極小。質(zhì)子的質(zhì)量大約是電子的1840倍。當電子脫離原子核束縛在其它原子中自由移動(dòng)時(shí)，其產(chǎn)生的凈流動(dòng)現象稱(chēng)為電流。靜電是指當物體帶有的電子多于或少于原子核的電量，導致正負電量不平衡的情況。當電子過(guò)剩時(shí)，稱(chēng)為物體帶負電；而電子不足時(shí)，稱(chēng)為物體帶正電。當正負電量平衡時(shí)，則稱(chēng)物體是電中性的。靜電在我們日常生活中有很多應用方法，其中例子有噴墨打印機。
電子是在1897年由劍橋大學(xué)的卡文迪許實(shí)驗室的約瑟夫·湯姆遜在研究陰極射線(xiàn)時(shí)發(fā)現的。在都只能在核外摸索摸索，它被歸于叫做輕子的低質(zhì)量物質(zhì)粒子族，被設成具有負值的單位電荷。電子塊頭小重量輕（比μ介子還輕205倍），被歸在亞原子粒子中的輕子類(lèi)。輕子是物質(zhì)被劃分的作為基本粒子的一類(lèi)。電子帶有1/2自旋，滿(mǎn)足費米子的條件（按照費米—狄拉克統計）。電子在原子內做饒核運動(dòng)，能量越大距核運動(dòng)的軌跡越遠，有電子運動(dòng)的空間叫電子層。第一層最多可有2個(gè)電子，第二層最多可以有8個(gè)，第n層最多可容納2n個(gè)電子，最外層最多容納8個(gè)電子，最后一層的電子數量決定物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)是否活潑，1、2電子為金屬元素，3、4、5、6、7為非金屬元素，8為稀有氣體元素。物質(zhì)的電子可以失去也可以得到，物質(zhì)具有得電子的性質(zhì)叫做氧化性，該物質(zhì)為氧化劑；物質(zhì)具有失電子的性質(zhì)叫做還原性，該物質(zhì)為還原劑。物質(zhì)氧化性或還原性的強弱由得失電子難易決定，與得失電子多少無(wú)關(guān)。
人物關(guān)系
喬治·佩吉特·湯姆森
兒子
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尚可名片
這家伙太懶了，什么都沒(méi)寫(xiě)！
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