Eugen Goldstein: Keşifler ve Katkılar

Eugen Goldstein, 1850 yılında bugün Polonya'da doğmuş önde gelen bir Alman fizikçiydi. Bilimsel çalışmaları, gazlardaki ve katod ışınlarındaki elektrik olaylarıyla ilgili deneyleri kapsıyor.

Goldstein, protonların varlığını elektronlara eşit ve zıt yükler olarak tanımladı. Bu keşif 1886'da katod ışın tüpleriyle yapılan deneylerle gerçekleştirildi.

En olağanüstü miraslarından biri, şimdi proton olarak bilinen şeyin keşfedilmesinden, ayrıca anodik veya pozitif ışınlar olarak da bilinen kanal ışınlarından ibaretti.

Goldstein’ın atom modeli var mıydı?

Godlstein, atom modeli önermemişti, ancak keşifleri Thomson'ın atom modelinin geliştirilmesine izin verdi.

Öte yandan, bazen katod ışınlarını gözlemlediği vakum tüplerinde gözlemlediğim protonun keşfi oldu. Bununla birlikte, Ernest Rutherford, bilimsel toplulukta keşfedici olarak kabul edilir.

Katot ışınları ile yapılan deneyler

Dolandırıcı tüpler

Goldstein, 70'li yılların 10 yılı boyunca Crookes tüpleriyle deneylerine başladı, ardından 19. yüzyılda William Crookes tarafından geliştirilen yapı üzerinde değişiklikler yaptı.

Crookes tüpünün taban yapısı, içinde gazların dolaştığı camdan yapılmış boş bir tüpten oluşur. Borunun içindeki gazların basıncı, içindeki havanın boşaltılmasını kontrol ederek düzenlenir.

Cihaz, her biri bir uçta elektrot görevi gören iki metal parçaya sahiptir ve her iki ucu da harici voltaj kaynaklarına bağlanmaktadır.

Boruyu elektriklendirirken, hava iyonlaşır ve elektrik iletkeni haline gelir. Sonuç olarak, tüpün iki ucu arasında devre kapatıldığında, gazlar floresan hale gelir.

Dolandırıcılar, bu fenomenin, katod ışınlarının, yani elektronların akışının varlığından kaynaklandığı sonucuna vardı. Bu deneyle, atomlardaki negatif yüklü temel parçacıkların varlığı gösterildi.

Crookes tüplerinin modifikasyonu

Goldstein, Crookes tüpünün yapısını değiştirdi ve tüpün metal katotlarından birine birkaç delik açtı.

Ek olarak, Crookes tüpünün modifikasyonu ile deneyi tekrarlayarak tüpün uçları arasındaki gerilimi birkaç volta yükseltti.

Bu yeni konfigürasyon altında Goldstein, tüpün delikli tüpün ucundan başlayan yeni bir ışıltı yaydığını keşfetti.

Bununla birlikte, vurgulanan şey, bu ışınların katod ışınlarının zıt doğrultuda hareket etmesi ve kanal ışınları olarak adlandırılmasıdır.

Goldstein, katottan (negatif yük) anoda (pozitif yük) geçen katod ışınlarına ek olarak, ters yönde hareket eden başka bir ışının olduğu, yani anottan modifiye edilmiş tüpün katoduna vardığı sonucuna varmıştır.

Ek olarak, parçacıkların elektrik alanlarına ve manyetik alanlarına göre davranışları, katod ışınlarının tam tersi olmuştur.

Bu yeni akış Goldstein tarafından kanal ışınları olarak vaftiz edildi. Kanal ışınları, katod ışınlarına zıt yönde geçtiğinden, Goldstein, elektrik yüklerinin doğasının da aykırı olması gerektiğini ortaya koydu. Yani, kanal ışınlarının pozitif yükü vardı.

Kanal ışınları

Kanal ışınları, katod ışınları test tüpü içine hapsolmuş olan gazın atomlarına karşı çarpıştığında ortaya çıkar.

Eşit yüke sahip parçacıklar püskürtülür. Bu tabandan başlayarak, katodik ışının elektronları gaz atomlarının elektronlarını iterler ve bu sonuncular orjinal oluşumlarından ayrılırlar.

Gaz atomları negatif yüklerini kaybeder ve pozitif olarak yüklenir. Bu katyonlar, karşıt elektrik yükleri arasındaki doğal çekim göz önüne alındığında, tüpün negatif elektrotuna çekilir.

Goldstein, bu ışınları "Kanalstrahlen" olarak katod ışınlarının karşılığı olarak adlandırdı. Kanal ışınlarını oluşturan pozitif yüklü iyonlar, deneyin niteliği göz önüne alındığında, içinden geçene kadar delikli katoda doğru hareket eder.

Bu nedenle, bu tür bir fenomen bilim dünyasında kanal ışınları olarak bilinir, çünkü çalışma tüpünün katodundaki mevcut delikten geçerler.

Katot tüplerinin modifikasyonu

Aynı şekilde, Eugen Godlstein'ın makaleleri de katod ışınları ile ilgili teknik fikirlerin derinleşmesine önemli katkılarda bulunmuştur.

Goldstein, boşaltılmış tüpler üzerinde yapılan deneyler sayesinde, katod ışınlarının, katod tarafından kaplanan alana dik akut emisyon gölgeleri yansıtabileceğini tespit etti.

Bu keşif, bugüne kadar kullanılan katot tüplerinin tasarımını değiştirmek ve içbükey katotları köşelerine yerleştirmek, gelecekte çeşitli uygulamalarda kullanılacak olan odaklanmış ışınları üretmek için çok faydalı olmuştur.

Öte yandan, anodik ışınlar veya pozitif ışınlar olarak da bilinen kanal ışınları, doğrudan tüpün içinde bulunan gazın fiziko-kimyasal özelliklerine bağlıdır.

Sonuç olarak, elektrik yükü ve parçacıkların kütlesi arasındaki ilişki, deney sırasında kullanılan gazın yapısına bağlı olarak farklı olacaktır.

Bu sonuç ile, partiküllerin, elektrifiye edilmiş borunun anotunu değil, gazdan çıktığı açıklığa kavuşturuldu.

Goldstein Katkıları

Proton keşfi için ilk adımlar

Atomların elektrik yükünün nötr olduğu kesinliğine dayanarak Goldstein, pozitif yüklü temel parçacıkların varlığını doğrulamak için ilk adımları attı.

Modern fiziğin temelleri

Goldstein'ın araştırması, modern fiziğin temellerini getirdi, çünkü kanal ışınlarının varlığının gösterilmesi atomların hızlı ve belirli bir hareket paterni ile hareket ettiği fikrini resmileştirmeye izin verdi.

Bu tür kavramlar, şu anda atom fiziği olarak bilinen şeyde, yani atomların bütünlüğünde davranış ve özelliklerini inceleyen fizik alanı için kilit önemdedir.

İzotop çalışması

Bu nedenle Goldstein'ın analizi, örneğin şu anda tam olarak yürürlükte olan diğer birçok bilimsel uygulama arasında, izotopların çalışılmasına yol açmıştır.

Bununla birlikte, bilim topluluğu protonun keşfedilmesini 1918'in ortalarında Yeni Zelandalı kimyager ve fizikçi Ernest Rutherford'a atfetmektedir.

Elektronun karşılığı olarak protonun keşfi, bugün bildiğimiz atom modelinin inşası için temelleri attı.