Appunti sulla scoperta dei raggi catodici e dell'elettrone

Introduzione

• Negli anni '70 dell'Ottocento, sono stati sviluppati tubi di vetro contenenti gas rarefatti.
• L'applicazione di corrente elettrica in questi tubi emette luce: fenomeno noto come "raggi catodici".
• La natura dei raggi catodici non era chiara: onde o particelle cariche?

Scoperte iniziali

• Nel 1895, il fisico tedesco Wilhelm Röntgen scopre i raggi X.
• I raggi catodici vengono applicati nella diagnostica medica.

Laboratorio Cavendish - Cambridge

• Joseph J. Thomson e il suo gruppo di ricerca studiano i raggi catodici.
• Utilizzano tubi a vuoto per rivelare la natura dei raggi catodici e della materia.

Esperimento di Thomson (1897)

• Struttura dell'apparato:
  • Tubo di vetro riempito di gas, collegato a una pompa per creare vuoto.
  • Piastre metalliche chiamate elettrodi (catodo negativo e anodo positivo).
  • Anodo con fenditura centrale, catodo con fenditura all'estremità opposta.

Creazione del vuoto

• La creazione di un vuoto spinto fondamentale per l'esperimento.
• La capacità di creare un vuoto ha permesso a Thomson di avere successo dove altri avevano fallito.

Raggi catodici

• I raggi emessi dal catodo colpiscono il fondo del tubo producendo fluorescenza.
• Aggiunta di piastre metalliche parallele:
  • Misurazione dello spostamento del punto fluorescente con un campo elettrico.
  • I raggi catodici subiscono deviazione verso la piastra positiva (carica negativa).

Dimostrazione della carica negativa

• I raggi catodici sono deviati da campi elettrici e magnetici.
• Risposta ai campi conferma che i raggi sono particelle cariche e hanno carica negativa.

Scoperta dell'elettrone

• Thomson calcola il rapporto carica-massa degli elettroni:
  • Circa 2000 volte inferiore a quello dello ione d'idrogeno.
  • Rapporto costante indipendentemente dal gas o dal tipo di metallo.

Conclusioni di Thomson

1. Gli atomi non sono indivisibili: esiste una particella subatomica, l'elettrone.
2. Gli elettroni hanno le stesse caratteristiche in tutti gli atomi.
3. Esistenza di una particella con carica positiva per mantenere l'elettrone neutro.
4. La carica positiva è distribuita uniformemente nell'atomo, con elettroni sparsi in mezzo.

Modello atomico

• Modello di atomo a panettone proposto da Thomson.
• Tale modello sarà successivamente confutato da uno dei suoi studenti.

Riconoscimenti

• Thomson riceve il Nobel per la fisica nel 1906 per le sue scoperte.