Eugen Goldstein: Entdeckungen und Beiträge
Eugen Goldstein war ein führender deutscher Physiker, der 1850 im heutigen Polen geboren wurde. Seine wissenschaftliche Arbeit umfasst Experimente mit elektrischen Phänomenen in Gasen und in Kathodenstrahlen.
Goldstein identifizierte die Existenz von Protonen als gleiche und entgegengesetzte Ladung zu Elektronen. Diese Entdeckung wurde 1886 durch Experimente mit Kathodenstrahlröhren gemacht.
Eines seiner herausragendsten Vermächtnisse bestand in der Entdeckung von sogenannten Protonen sowie von Kanalstrahlen, die auch als anodische oder positive Strahlen bezeichnet werden.
Gab es ein Atommodell von Goldstein?
Godlstein schlug kein Atommodell vor, obwohl seine Entdeckungen die Entwicklung von Thomsons Atommodell ermöglichten.
Andererseits wird er manchmal als Entdecker des Protons bezeichnet, das ich in den Vakuumröhren beobachte, in denen er die Kathodenstrahlen beobachtete. Ernest Rutherford gilt jedoch als der Entdecker in der wissenschaftlichen Gemeinschaft.
Experimente mit Kathodenstrahlen
Crookes-Röhren
Goldstein begann seine Experimente mit Crookes-Röhren in den 70er Jahren und nahm dann Änderungen an der von William Crookes im 19. Jahrhundert entwickelten Struktur vor.
Die Grundstruktur der Crookes-Röhre besteht aus einer leeren Röhre aus Glas, in der Gase zirkulieren. Der Druck der Gase in der Röhre wird reguliert, indem die Evakuierung der Luft in ihr gemildert wird.
Die Vorrichtung hat zwei Metallteile, eines an jedem Ende, die als Elektroden dienen, und beide Enden sind mit externen Spannungsquellen verbunden.
Bei der Elektrifizierung der Röhre ionisiert die Luft und wird zum elektrischen Leiter. Infolgedessen fluoreszieren die Gase, wenn der Kreislauf zwischen den beiden Enden der Röhre geschlossen wird.
Crookes kam zu dem Schluss, dass dieses Phänomen auf die Existenz von Kathodenstrahlen zurückzuführen ist, d. H. Auf den Elektronenfluss. Mit diesem Experiment wurde die Existenz von Elementarteilchen mit negativer Ladung in den Atomen nachgewiesen.
Modifikation von Crookes-Rohren
Goldstein änderte die Struktur der Crookes-Röhre und fügte einer der Metallkathoden der Röhre mehrere Perforationen hinzu.
Außerdem wiederholte er das Experiment mit der Modifikation der Crookes-Röhre und erhöhte die Spannung zwischen den Enden der Röhre auf einige tausend Volt.
Unter dieser neuen Konfiguration entdeckte Goldstein, dass die Röhre ein neues Leuchten ausstrahlte, das am Ende der Röhre begann, die perforiert worden war.
Das Highlight ist jedoch, dass sich diese Strahlen in die entgegengesetzte Richtung zu den Kathodenstrahlen bewegten und als Kanalstrahlen bezeichnet wurden.
Goldstein folgerte, dass zusätzlich zu den Kathodenstrahlen, die von der Kathode (negative Ladung) zur Anode (positive Ladung) wanderten, ein weiterer Strahl in die entgegengesetzte Richtung wanderte, nämlich von der Anode zur Kathode der modifizierten Röhre.
Darüber hinaus war das Verhalten der Partikel in Bezug auf ihr elektrisches Feld und ihr magnetisches Feld dem von Kathodenstrahlen völlig entgegengesetzt.
Dieser neue Fluss wurde von Goldstein als Kanalstrahlen getauft. Da sich die Kanalstrahlen in die entgegengesetzte Richtung zu den Kathodenstrahlen bewegten, folgerte Goldstein, dass auch die Art ihrer elektrischen Ladung entgegengesetzt sein muss. Das heißt, die Kanalstrahlen hatten eine positive Ladung.
Der Kanal strahlt
Die Kanalstrahlen entstehen, wenn die Kathodenstrahlen auf die Atome des im Reagenzglas eingeschlossenen Gases treffen.
Teilchen mit gleichen Ladungen stoßen ab. Ausgehend von dieser Basis stoßen die Elektronen des Kathodenstrahls die Elektronen der Atome des Gases ab, und diese letzten lösen sich von ihrer ursprünglichen Formation.
Gasatome verlieren ihre negative Ladung und sind positiv geladen. Diese Kationen werden aufgrund der natürlichen Anziehungskraft zwischen entgegengesetzten elektrischen Ladungen von der negativen Elektrode der Röhre angezogen.
Goldstein nannte diese Strahlen "Kanalstrahlen", um sich auf das Gegenstück der Kathodenstrahlen zu beziehen. Die positiv geladenen Ionen, aus denen die Kanalstrahlen bestehen, bewegen sich auf die perforierte Kathode zu, bis sie diese passieren.
Daher ist diese Art von Phänomen in der wissenschaftlichen Welt als Kanalstrahlen bekannt, da sie durch die vorhandene Perforation in der Kathode der Untersuchungsröhre verlaufen.
Modifikation von Kathodenröhren
Ebenso haben Eugen Godlsteins Aufsätze wesentlich dazu beigetragen, die technischen Vorstellungen von Kathodenstrahlen zu vertiefen.
Durch Experimente an evakuierten Röhren stellte Goldstein fest, dass Kathodenstrahlen scharfe Emissionsschatten senkrecht zu dem von der Kathode abgedeckten Bereich projizieren können.
Diese Entdeckung war sehr nützlich, um das Design der bisher verwendeten Kathodenröhren zu modifizieren und konkave Kathoden in ihren Ecken zu platzieren, um fokussierte Strahlen zu erzeugen, die in Zukunft für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden würden.
Andererseits hängen die Kanalstrahlen, auch als anodische Strahlen oder positive Strahlen bekannt, direkt von den physikalisch-chemischen Eigenschaften des in der Röhre enthaltenen Gases ab.
Folglich ist die Beziehung zwischen der elektrischen Ladung und der Masse der Teilchen abhängig von der Art des Gases, das während des Experiments verwendet wird.
Mit dieser Schlussfolgerung wurde die Tatsache geklärt, dass die Partikel aus dem Gas und nicht aus der Anode der elektrifizierten Röhre austraten.
Beiträge von Goldstein
Erste Schritte zur Entdeckung des Protons
Basierend auf der Gewissheit, dass die elektrische Ladung der Atome neutral ist, hat Goldstein die ersten Schritte unternommen, um die Existenz von positiv geladenen Grundpartikeln zu überprüfen.
Grundlagen der modernen Physik
Goldsteins Forschungen brachten die Grundlagen der modernen Physik mit sich, da der Nachweis des Vorhandenseins der Kanalstrahlen es ermöglichte, die Idee zu formalisieren, dass sich die Atome schnell und mit einem bestimmten Bewegungsmuster bewegten.
Diese Art von Begriffen war ausschlaggebend für das, was heute als Atomphysik bezeichnet wird, dh für das Gebiet der Physik, in dem das Verhalten und die Eigenschaften von Atomen in ihrer Gesamtheit untersucht werden.
Isotopenstudie
So führte die Analyse von Goldstein unter anderem zur Untersuchung von Isotopen unter vielen anderen wissenschaftlichen Anwendungen, die derzeit in vollem Umfang in Kraft sind.
Die wissenschaftliche Gemeinschaft schreibt die Entdeckung des Protons jedoch dem neuseeländischen Chemiker und Physiker Ernest Rutherford Mitte 1918 zu.
Die Entdeckung des Protons als Gegenstück zum Elektron legte den Grundstein für die Konstruktion des heute bekannten Atommodells.
