¿Cómo se descubrió el C60?
El descubrimiento del C60 se originó a partir de investigaciones en el campo de la astronomía. Al principio, los científicos se interesaron por el polvo de carbono, que se encuentra ampliamente distribuido en las estrellas. Los estudiosos han descubierto que las nubes negras de polvo de carbono interestelar contienen moléculas compuestas de átomos de cadena corta. Algunos estudiosos creen que dichas nubes son producidas por gigantes rojas de estrellas de carbono. Los astrónomos teóricos especulan que estos suelos polvorientos contienen partículas de carbono negro.
Más tarde, para aclarar la estructura molecular del carbono producido por las estrellas gigantes rojas, Croft del Reino Unido confirmó que el polvo interestelar contiene varias moléculas de carbono. Hoffmann en Estados Unidos y Krach Moe en Alemania también crearon polvo similar en el universo. Lo compararon con el material negro que queda después de quemar carbón y descubrieron que el material vaporizado dejaba un rastro claro en experimentos de absorción ultravioleta, llamado "espectro de joroba". Posteriormente, Cole y Smalley de Estados Unidos y Croft del Reino Unido explicaron las razones de este fenómeno y ganaron el Premio Nobel de Química.
La molécula C60 es una molécula compuesta por 60 átomos de carbono. Tiene forma de pelota de fútbol, por eso también se le llama futboleno. C60 es una molécula estable formada por átomos de carbono unidos entre sí. Tiene 60 vértices y 32 caras, 12 de las cuales son pentágonos regulares y 20 son hexágonos regulares. Su masa molecular relativa es 720. C60 es un grupo de carbono descubierto recientemente a mediados de los años 1980. Es una sustancia simple y un alótropo del grafito y el diamante. C60 tiene amplias perspectivas de aplicación.
¿Cómo se descubrió el Carbono 60? Molécula de C60 Una molécula de C60 es una molécula compuesta por 60 átomos de carbono. Parece una pelota de fútbol y es una molécula muy estable que se utiliza principalmente en ciencia de materiales, superconductores y más. Representación esquemática de las estructuras de moléculas de diamante, grafito y C60. Olefina de fútbol de fama mundial: C60. La molécula C60 es una molécula estable compuesta por 60 átomos de carbono unidos entre sí. Tiene 60 vértices y 32 caras, 12 de las cuales son pentágonos regulares y 20 son hexágonos regulares. Parece una pelota de fútbol, por eso también se le llama futbolín. El sodio fue propuesto en 1985 por Croteau (H.W) y Smalley (R.E) de la Universidad Rice en Houston, EE.UU. Bombardearon grafito con un rayo láser de alta potencia para vaporizarlo y utilizaron gas helio con una presión de 1 MPa para generar ondas ultrasónicas, lo que provocó que los átomos de carbono vaporizados por el rayo láser se expandieran en el vacío a través de una pequeña boquilla y se enfriaran. rápidamente. La composición y estructura del C60 han sido confirmadas mediante espectrometría de masas, análisis de rayos X y otros experimentos. Además, se han descubierto muchas moléculas similares al C60, como la C70. En 1991, los científicos descubrieron que el C60 puede ser superconductor después de doparlo con una pequeña cantidad de un determinado metal, y el proceso de fabricación de este material es más sencillo que el del superconductor tradicional. Material-cerámica, la textura es muy dura, por lo que la gente predice que el C60 tendrá amplias perspectivas de aplicación en el campo de los materiales superconductores. Las moléculas de carbono 60, comúnmente conocidas como buckybolas, están compuestas por 60 átomos de carbono que forman una estructura similar a una jaula. Esta molécula fue descubierta en 1985 y ha sido un tema de investigación candente entre los químicos debido a sus propiedades especiales.
¿Cómo se descubrió el ADN? Descubrimiento del ADN
Desde que se redescubrieron las leyes de herencia de Mendel, se ha planteado otra pregunta: ¿Son los factores genéticos entidades materiales? Para resolver el problema de qué son los genes, la gente empezó a estudiar los ácidos nucleicos y las proteínas.
Ya en 1868 se descubrieron los ácidos nucleicos. En el laboratorio de la química alemana Hope Thaler vivía un estudiante de posgrado suizo llamado Michel (1844-1895). Le interesaban mucho las vendas con pus y sangre tiradas en un hospital cercano al laboratorio, porque sabía que el pus y la sangre eran "restos" de glóbulos blancos y células humanas que morían en la "batalla" con los gérmenes para poder para proteger la salud humana. Así que recogió con cuidado el pus y la sangre del vendaje y usó pepsina para descomponerlo. Como resultado, descubrió que la mayor parte de los restos celulares se descomponían, pero no tenía ningún efecto sobre el núcleo celular. Analizó además el contenido del núcleo celular y descubrió que el núcleo contenía una sustancia rica en fósforo y nitrógeno. Hope Thaler realizó experimentos con levadura para demostrar que el descubrimiento de Michel de las sustancias en el núcleo era correcto. Entonces llamó a esta sustancia separada del núcleo "núclido". Posteriormente descubrió que era ácida, por lo que cambió su nombre a "ácido nucleico". Desde entonces, se han realizado una serie de investigaciones fructíferas sobre los ácidos nucleicos.
A principios del siglo XX, el corsario alemán (1853-1927) y sus dos alumnos Jones (1865-1935) y Levin (1869-1940) realizaron investigaciones.
Los nucleótidos están compuestos de bases, ribosa y fosfato. Hay cuatro tipos de bases (adenina, guanina, timina y citosina) y dos tipos de ribosa (ribosa y desoxirribosa), por lo que los ácidos nucleicos se dividen en ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxirribonucleico (ADN).
Levine, que estaba ansioso por publicar los resultados de su investigación, creyó erróneamente que las cantidades de las cuatro bases en los ácidos nucleicos eran iguales, y dedujo de ello que la estructura básica de los ácidos nucleicos está compuesta por cuatro nucleótidos con diferentes bases conectadas. Los tetranucleótidos resultantes se polimerizaron en ácidos nucleicos, y se propuso la "hipótesis del tetranucleótido". Esta suposición errónea dificulta en gran medida la comprensión de las estructuras complejas de los ácidos nucleicos y, hasta cierto punto, también afecta la comprensión de las personas sobre las funciones de los ácidos nucleicos. Se pensaba que aunque el ácido nucleico existía en una estructura importante, el núcleo, su estructura era demasiado simple para imaginar qué papel podría desempeñar en el proceso genético.
Las proteínas fueron descubiertas 30 años antes que los ácidos nucleicos y se desarrollaron rápidamente. Doce de los 20 aminoácidos que forman las proteínas fueron descubiertos en el siglo XX, todos descubiertos en 1940.
En 1902, el químico alemán Fischer propuso la teoría de que los aminoácidos se conectan mediante cadenas peptídicas para formar proteínas. En 1917, sintetizó una cadena larga de 18 péptidos compuesta por 15 glicinas y 3 leucinas. Por tanto, algunos científicos creen que las proteínas pueden desempeñar un papel importante en la herencia. Si la herencia involucra ácidos nucleicos, deben ser nucleoproteínas unidas a proteínas. Por lo tanto, la comunidad biológica de esa época generalmente tendía a creer que las proteínas son las portadoras de información genética.
En 1928, el científico estadounidense Griffith (1877-1941) realizó experimentos en ratones con un neumococo virulento envuelto y un neumococo atenuado sin envoltura. Usó altas temperaturas para matar las bacterias de las vainas y las inyectó en ratones humanos junto con bacterias vivas sin vainas. Como resultado, descubrió que los ratones enfermaban rápidamente y morían, y al mismo tiempo aisló bacterias vivas de la sangre de los ratones. Esto muestra que Agabi en realidad recibió algo del Agabi muerto, transformando a Agabi en Agabi. ¿Es correcta esta suposición? Griffith realizó otro experimento en un tubo de ensayo y descubrió que cuando se cultivaban bacterias muertas y bacterias vivas sin vainas en el tubo de ensayo al mismo tiempo, todas las bacterias sin vainas se convertían en vainas, y descubrió que eran las bacterias muertas con vainas las que El ácido nucleico restante en la cáscara permite que las bacterias sin vainas produzcan vainas de proteínas (porque el ácido nucleico de las vainas no se destruye durante el proceso de calentamiento). Griffith llamó a los ácidos nucleicos "factores de transformación".
En 1944, el bacteriólogo estadounidense Avery (1877-1955) aisló un "factor de transformación" activo de bacterias estadounidenses y realizó un experimento para comprobar la existencia de la proteína. El resultado fue negativo, comprobando que el "factor de transformación" era el ADN. Pero este descubrimiento no fue ampliamente reconocido y la gente sospechaba que la tecnología de la época no podía eliminar la proteína y que la proteína restante desempeñaba un papel en la transformación.
El grupo de fagos del científico germano-estadounidense Delbrück (1906-1981) creía firmemente en el descubrimiento de Avery. Porque observaron la morfología de los fagos y el proceso de crecimiento de E. coli bajo un microscopio electrónico. Un bacteriófago es un virus que utiliza células bacterianas como huésped. Es tan pequeño que sólo puede verse con un microscopio electrónico. Es como un renacuajo, con una membrana en la cabeza y una vaina en la cola compuesta de proteínas. La cabeza contiene ADN en su interior y la vaina de la cola tiene filamentos de la cola, sustrato y pequeños ganchos. Cuando un fago infecta E. coli, primero une su extremo de la cola a la membrana celular bacteriana y luego inyecta todo el ADN del interior en la célula bacteriana. La cáscara vacía de la proteína permanece fuera de la célula bacteriana y no sirve para nada. Después de que el ADN del fago ingresa a la célula bacteriana, utiliza materiales en la bacteria para sintetizar rápidamente ADN y proteínas del fago, replicando así muchos fagos nuevos con el mismo tamaño y forma que el fago original. No es hasta que las bacterias se desintegran por completo que estos fagos abandonan las bacterias muertas e infectan a otras bacterias.
En 1952, Hershey (1908 I), el principal miembro del grupo de los fagos, y su alumno Chase utilizaron tecnología avanzada de etiquetado de isótopos para realizar experimentos sobre la infección por fagos de E. coli. Usó 32P para marcar el ácido nucleico del fago T2 de E. coli y 35S para marcar la cubierta proteica. E. coli se infectó con el fago T2 y luego se aisló. Como resultado, el fago dejó una cáscara vacía con la etiqueta 35S fuera de E. coli. Sólo se inyectó en E. coli el ácido nucleico marcado con 32P dentro del fago, y el fago se multiplicó con éxito en E. coli. Este experimento demostró que el ADN tiene la función de transmitir información genética y que las proteínas se sintetizan a partir de las instrucciones del ADN. Este resultado fue inmediatamente aceptado por la comunidad académica.
Casi al mismo tiempo, el bioquímico austriaco Chargaff (1905-) volvió a determinar el contenido de las cuatro bases en los ácidos nucleicos y obtuvo resultados. Influenciado por el trabajo de Avery, creía que si diferentes especies biológicas se debían a diferentes ADN, entonces la estructura del ADN debía ser muy compleja, de lo contrario sería difícil adaptarse a la diversidad del mundo biológico. Por tanto, dudaba de la "hipótesis de los tetranucleótidos" de Levine. Durante los cuatro años comprendidos entre 1948 y 1952, utilizó cromatografía en papel, un método más preciso que la era de Levine, para separar las cuatro bases y realizar análisis cuantitativos mediante espectroscopia de absorción ultravioleta. Después de repetidos experimentos, finalmente obtuvo un resultado diferente al de Levine. Los resultados experimentales muestran que el número total de purinas y pirimidinas en la macromolécula de ADN es igual, entre las cuales los números de adenina A y timina T son iguales, y los números de guanina G y citosina C son iguales. Muestra que las bases A y T, G y C en la molécula de ADN existen en pares, negando así la "hipótesis del tetranucleótido" y proporcionando pistas y bases importantes para explorar la estructura molecular del ADN.
El 25 de abril de 1953, la revista británica "Nature" publicó los resultados de la investigación de Watson en Estados Unidos y Crick en Reino Unido en la Universidad de Cambridge: un modelo molecular de la estructura de doble hélice de El ADN, que más tarde fue aclamado como el trabajo más importante del siglo XX. El mayor descubrimiento en biología desde entonces marcó el nacimiento de la biología molecular.
Watson (1928 I) era un chico extremadamente inteligente en la escuela secundaria. Ingresó a la Universidad de Chicago a los 15 años. En ese momento, gracias a un programa de educación experimental que permitía el aprendizaje temprano, Watson tuvo la oportunidad de estudiar plenamente los cursos de ciencias biológicas en todos los aspectos. En la universidad, Watson recibió poca formación formal en genética, pero desde que leyó What is Life? de Schrödingersh? ——La apariencia física de las células vivas" lo impulsó a "descubrir los secretos de los genes". Es bueno haciendo lluvias de ideas, aprendiendo de los demás y enriqueciéndose con las ideas de otras personas. Siempre que existan las condiciones convenientes, puede obtener el conocimiento que necesita y no es necesario que se esfuerce por aprender un campo completamente nuevo. Watson recibió su doctorado a la edad de 22 años y fue enviado a Europa para una investigación postdoctoral con el fin de comprender completamente la estructura química de un gen viral. él fue a un laboratorio en Copenhague, Dinamarca, para estudiar química. Yo asistí a una conferencia sobre macromoléculas biológicas con mi tutor en Nápoles, Italia, y tuve la oportunidad de escuchar la conferencia de Wilkins (1916-), un biólogo físico británico. Y vio las fotografías de difracción de rayos X del ADN de Wilkins. A partir de entonces, Watson recuperó la idea de encontrar la clave para desbloquear la estructura del ADN. ¿Dónde podría aprender a analizar los patrones de difracción de rayos X? Fue a estudiar al Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, donde conoció a la abuela.
Crick (1916) era un apasionado de la ciencia en la escuela secundaria y se graduó en la Universidad de Londres en 1946. En 1946, leyó. ¿Qué es la vida? - predijo la apariencia física de las células vivas. Decidido a aplicar el conocimiento de la física al estudio de la biología, se interesó por la biología en 1947. En 1949, él y Peruzzi utilizaron la tecnología de rayos X para estudiar la estructura molecular. de proteínas, y se conocieron aquí. En ese momento, Crick era 12 años mayor que Watson y aún no había obtenido un doctorado, pero tuvieron una muy buena conversación y Watson sintió que tenía suerte de encontrar a alguien. Aquí, quien sabía que el ADN era más importante que las proteínas, Watson sentía que Crick era la persona más inteligente que jamás había conocido. Hablaban al menos varias horas todos los días, discutían temas académicos. Los dos hombres se complementaban, se criticaban y Se inspiraron mutuamente. Creían que desentrañar la estructura molecular del ADN era la clave para resolver el problema genético. Sólo con datos precisos de difracción de rayos X podemos descubrir la estructura del ADN más rápido. Tras conocer los datos de la difracción de rayos X del ADN, Crick invitó a Wilkins a pasar un fin de semana en Cambridge, Wilkins aceptó la idea de que la estructura del ADN es una hélice y también habló sobre su colaboradora Franklin (1920-1958, mujer) y los científicos de la Universidad. el laboratorio, que también estaban luchando con el problema de los modelos de estructura del ADN desde 1951. Desde noviembre de 1951 hasta el 18 de abril de 1953, Watson y Crick tuvieron varios intercambios académicos importantes con Wilkins y Franklin. Watson estaba escuchando. Después de leer el informe detallado de Franklin sobre la estructura del ADN, Watson y Crick, que tenían cierto conocimiento del análisis de la estructura cristalina, se dieron cuenta de que solo podían utilizar los datos de análisis de otras personas para construir rápidamente un modelo de estructura de ADN. La estructura del ADN en triple hélice.
A finales de 1951, invitaron a Wilkins y Franklin a discutir el modelo, y Franklin señaló que habían subestimado a la mitad el contenido de agua del ADN, por lo que el primer modelo fracasó.
Un día, Watson fue al Laboratorio Wilkins del King's College y Wilkins tomó una fotografía reciente de difracción de rayos X del ADN "tipo B" de Franklin. Watson se emocionó de inmediato cuando vio la foto y su corazón latió más rápido, porque esta imagen era mucho más simple que la "tipo A" obtenida antes. Basta con mirar la fotografía de difracción de rayos X "tipo B" y hacer algunos cálculos sencillos para determinar el número de cadenas de polinucleótidos en la molécula de ADN.
Crick pidió a un matemático que le ayudara a calcular y los resultados demostraron que Yuanyin tiene tendencia a atraer pirimidinas. Con base en este resultado y el resultado obtenido de Chargaff de que dos purinas y dos pirimidinas de ácidos nucleicos eran iguales entre sí, formaron el concepto de apareamiento de bases.
Pensaron mucho sobre el orden de las cuatro bases, dibujaron la estructura de la base en papel una y otra vez, jugaron con el modelo, plantearon hipótesis una y otra vez y revocaron sus suposiciones una y otra vez.
Una vez, Watson estaba jugando con el modelo según sus propias ideas. Movió las bases para encontrar varias posibilidades de emparejamiento. De repente, se animó cuando descubrió que un par adenina-timina, conectado por dos enlaces de hidrógeno, tiene la misma forma que un par guanina-citosina, conectado por tres enlaces de hidrógeno. Porque el misterio de por qué el número de canción de la purina es exactamente el mismo que el de la pirimidina está a punto de resolverse. La ley de Chargaff de repente se convirtió en una consecuencia inevitable de la estructura de doble hélice del ADN. Por tanto, no es difícil imaginar cómo utilizar una hebra como plantilla para sintetizar otra hebra con una secuencia de bases complementaria. Entonces, las columnas vertebrales de las dos cadenas deben estar en direcciones opuestas.
Tras el intenso y continuo trabajo de Watson y Crick, rápidamente se montó el modelo metálico de ADN. En este modelo, podemos ver que el ADN está formado por dos hebras de nucleótidos que están enrolladas en direcciones opuestas a lo largo de un eje central, muy parecido a una escalera de caracol. Los reposabrazos de ambos lados son el esqueleto de la combinación alterna de genes de azúcar y fósforo de las dos cadenas de polinucleótidos, y los pedales son los pares de bases. Al carecer de datos precisos de rayos X, no se atreven a concluir que el modelo es totalmente correcto.
El siguiente enfoque científico es comparar cuidadosamente los patrones de difracción predichos por este modelo con datos experimentales de rayos X. Volvieron a llamar a Wilkins. En menos de dos días, Wilkins y Franklin utilizaron análisis de datos de rayos X para confirmar la exactitud del modelo de estructura de doble hélice, escribieron dos informes experimentales y los publicaron en la revista británica Nature. En 1962, Watson, Crick y Wilkins ganaron el Premio Nobel de Medicina y Fisiología, mientras que Franklin murió de cáncer en 1958 y no ganó el premio.
Después del descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN, conmocionó enormemente al mundo académico e inspiró el pensamiento de la gente. Inmediatamente después se llevaron a cabo una gran cantidad de estudios de biología molecular centrados en la genética. Primero, se llevó a cabo una investigación experimental sobre cómo organizar y combinar cuatro bases para codificar 20 aminoácidos. En 1967, el código genético fue completamente descifrado y se obtuvo un nuevo concepto de genes a nivel molecular del ADN. Muestra que un gen es en realidad un fragmento de una macromolécula de ADN, una unidad funcional y estructural de material genético que controla los rasgos biológicos. Muchos nucleótidos de este fragmento unitario no están dispuestos al azar, sino en una secuencia de código significativa. Una determinada estructura del ADN puede controlar la síntesis de proteínas de la estructura correspondiente. La proteína es un componente importante de los organismos vivos y las características de los organismos vivos se reflejan principalmente en las proteínas. Por lo tanto, los genes controlan los rasgos a través del ADN que controla la síntesis de proteínas. Sobre esta base, aparecieron una tras otra la ingeniería genética, la ingeniería enzimática, la ingeniería de fermentación, la ingeniería de proteínas, etc. El desarrollo de estas biotecnologías seguramente permitirá a la gente utilizar las leyes biológicas en beneficio de la humanidad. A medida que la biología moderna se desarrolla, resulta cada vez más claro que se convertirá en una disciplina dominante.
Este artículo es un extracto de "Creación de 1.000 casos de invención", Guangxi Normal University Press, julio de 2006, 5438+0.
¿Cómo se descubrió este jade? Ahora sólo se puede rastrear la historia.
Una afirmación más fiable la descubrieron los propios birmanos, pues el nombre de Meng Gong, un pequeño pueblo cercano al lugar de origen, significa Ciudad del Tambor. Se dice que aquí se encontró una aguamarina en forma de tambor, que debería ser jade.
Cómo se descubrieron los agujeros negros no se puede ver ni tocar. Los astrónomos exploran principalmente los agujeros negros a través de potentes fuentes de rayos X en sus regiones.
Aunque el agujero negro en sí no puede emitir luz, su enorme atracción hacia los objetos y cuerpos celestes circundantes aún existe. Cuando la materia circundante es atraída por su fuerte gravedad y cae gradualmente hacia el agujero negro, emitirá potentes rayos X, formando una fuente de rayos X en el cielo. Al buscar y observar fuentes de rayos X, la gente puede encontrar rastros de agujeros negros.
¿Cómo se descubrieron los electrones? Los electrones son una de las partículas fundamentales que forman los átomos. Tienen muy poca masa y llevan carga negativa unitaria. Diferentes átomos tienen diferente número de electrones. Por ejemplo, cada átomo de carbono contiene 6 electrones y cada átomo de oxígeno contiene 8 electrones. Los de mayor energía están más alejados del núcleo, mientras que los de menor energía están más cerca del núcleo. El movimiento de los electrones en regiones a diferentes distancias del núcleo a menudo se denomina disposición en capas de los electrones.
Ya en 1881, Joseph Thomson, del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge, descubrió el electrón. Propuso que cualquier carga constaba de cargas básicas y llamó electrón a la unidad más pequeña de carga. El electrón real fue descubierto por el físico británico Thomas Tong en 1897. Cuando observó la desviación de los rayos catódicos bajo la acción de campos magnéticos y electrostáticos y midió la carga específica de las partículas y los iones de hidrógeno en los rayos catódicos (la relación entre la carga de las partículas y la masa de las partículas), descubrió que la carga específica de las partículas de los rayos catódicos era 1.000 veces mayor que el de los iones de hidrógeno anteriores. Debido a que sus cargas eran las mismas, Tang Musun concluyó que las partículas de los rayos catódicos eran mucho más ligeras que el átomo más ligero, el átomo de hidrógeno. Más tarde, esta partícula recibió oficialmente el nombre de electrón. El descubrimiento de los electrones rompió el concepto tradicional de que los átomos son las unidades indivisibles más pequeñas de la materia. Como los electrones provienen de los átomos, significa que los átomos tienen una estructura interna. Con la profundización de la investigación electrónica, han surgido muchos conceptos importantes de la teoría cuántica. Por ejemplo, el descubrimiento de la volatilidad de los electrones demostró que la hipótesis de la onda de materia era correcta; la predicción de la existencia de positrones condujo a conceptos importantes como el de antipartículas y antimateria. Dirac fue el primero en predecir teóricamente la existencia de positrones. En 1932, el estadounidense Anderson descubrió el positrón por primera vez en un experimento con rayos cósmicos. El positrón es la antipartícula del electrón, representada por e+. Lleva una carga eléctrica igual a la de un electrón pero de signo opuesto y la misma masa que un electrón. La aplicación de la electrónica La fuerza impulsora del desarrollo de la ciencia y la tecnología en el siglo XX provino en gran medida de la aplicación de la electrónica. Las disciplinas e instrumentos con la palabra "electrón", como la radioelectrónica, la tecnología microelectrónica, la tecnología de procesamiento de haces de electrones submicrónicos, los tubos de electrones, las computadoras electrónicas, los microscopios electrónicos, el colisionador electrón-positrón, etc., son hitos en la historia de la ciencia y la tecnología modernas. desarrollo. En otros instrumentos y dispositivos, como circuitos integrados de gran escala, tubos de imagen, transistores, etc. , la electrónica juega el papel principal, aunque no hay electrónica en el nombre. En el análisis final, un dispositivo electrónico con forma de * * * tiene dos funciones, una es cómo generar electrones y la otra es cómo controlar los electrones. Los electrones suelen generarse mediante un cañón de electrones, que generalmente consta de un cable eléctrico calentado (como un cable de tungsteno), un cátodo recubierto con una lámina de metal y un ánodo de alto voltaje. Estas placas metálicas recubiertas (como las placas de níquel recubiertas con una mezcla de óxido de bario y óxido de estroncio) emiten grandes cantidades de electrones cuando se calientan y, si estos electrones son atraídos por el ánodo cargado positivamente, se forma un flujo de electrones. Los electrones experimentan fuerzas de campo eléctrico en campos eléctricos y los electrones en movimiento experimentan fuerzas de campo magnético en campos magnéticos. Utilizando campos eléctricos y magnéticos, el movimiento de los electrones se puede controlar según sea necesario para fabricar diversos dispositivos electrónicos. Un cañón de electrones situado en el tubo de un televisor dispara un haz de electrones. Agregar algunos dispositivos de desviación electromagnética entre el cañón de electrones y la pantalla puede controlar que el haz de electrones llegue a un punto designado en la pantalla, haciendo que el fósforo brille. El haz de electrones recorre la pantalla a alta velocidad para que la pantalla pueda mostrar una imagen.
Los electrones son las primeras partículas elementales descubiertas con carga negativa unitaria. El físico británico Thomson fue el primero en demostrar experimentalmente la existencia de los electrones en 1897.
Thomson es un físico consumado. Se convirtió en miembro de la Royal Society a la edad de 28 años y se desempeñó como director del famoso Laboratorio Cavendish.
El descubrimiento de los rayos X, en particular su capacidad para penetrar el tejido biológico y revelar imágenes de sus huesos, dio un gran impulso a los investigadores del Laboratorio Cavendish en el Reino Unido. Thomson prefirió la opinión de Crooks de que se trataba de un átomo cargado eléctricamente.
¿Cuáles son los rayos catódicos que provocan los rayos X? Hubo un acalorado debate entre físicos alemanes y británicos. El físico alemán Hertz declaró en 1892 que los rayos catódicos no podían ser partículas, sino sólo una onda de éter. Todos los físicos alemanes estuvieron de acuerdo con este punto de vista, pero los físicos británicos representados por Crooks insistieron en que los rayos catódicos eran un flujo de partículas cargadas. Thomson, que era extremadamente rápido, se dedicó inmediatamente a este debate sobre la naturaleza de los rayos catódicos. debate.
En 1895, el joven físico francés Perrin habló del experimento de medir la electricidad de los rayos catódicos en su tesis doctoral. Hizo que los rayos negativos ingresaran al espacio dentro del cátodo a través de un pequeño orificio, golpeó el tubo de Faraday para recolectar cargas y el electrómetro mostró cargas negativas cuando el tubo de rayos catódicos se colocó entre los polos magnéticos, los rayos catódicos se desviaron y pudieron; No entró por el pequeño agujero, y el colector de corriente La electricidad desapareció inmediatamente, demostrando que la carga era transportada por rayos catódicos. Los resultados experimentales de Perrin apoyaron claramente la idea de que los rayos catódicos eran corrientes de partículas cargadas negativamente, pero en ese momento creía que estas partículas eran iones gaseosos. En respuesta, los físicos alemanes que insistían en que los rayos catódicos eran ondas de éter inmediatamente respondieron que, aunque los rayos catódicos emitían partículas cargadas negativamente, la evidencia consistente con la trayectoria de los rayos catódicos era insuficiente, por lo que la carga mostrada por el electrómetro no era necesariamente introducida por los rayos catódicos. .
En cuanto al experimento de Perrin, Thomson también creía que dejaba un vacío legal para Taitai, por lo que diseñó especialmente un ingenioso dispositivo experimental y rehizo el experimento de Perrin. Colocó dos cilindros coaxiales en una burbuja de vidrio conectada al tubo de descarga. Había un espacio entre los dos cilindros; los rayos catódicos del cátodo A entraron en la burbuja a través del espacio del tapón de metal al que estaba conectado el tapón de metal; cátodo B. . De esta forma, el rayo catódico no incidirá sobre el cilindro a menos que sea desviado por el imán. El cilindro exterior está conectado a tierra y el cilindro interior está conectado al electroscopio. Cuando el rayo catódico no cae en el espacio, la carga enviada al electroscopio es muy pequeña; cuando el rayo catódico es desviado por el campo magnético y cae en el espacio, se envía una gran cantidad de carga al electroscopio. La cantidad de carga es asombrosa: a veces, suficiente carga negativa para pasar a través del espacio en un segundo puede cambiar el potencial de un condensador de 1,5 microfaradios en 20 voltios. Si los rayos catódicos son desviados por un campo magnético más allá del espacio del cilindro, entonces la carga que ingresa al cilindro reducirá su valor a solo una pequeña fracción cuando golpee el objetivo. Entonces, este experimento muestra que no importa cómo se utilicen los campos magnéticos para distorsionar y desviar los rayos catódicos, las partículas cargadas negativamente están indisolublemente ligadas a los rayos catódicos. Este experimento demostró que los rayos catódicos y las partículas cargadas negativamente siguen el mismo camino bajo la influencia de un campo magnético, demostrando que los rayos catódicos están compuestos de partículas cargadas negativamente, poniendo así fin al debate y sentando las bases para el descubrimiento de los electrones.
¿Cómo desviar con éxito los rayos catódicos bajo la acción de un campo eléctrico? Ya en 1893, Hertz lo había intentado, pero fracasó. Thomson creía que el fracaso de Hertz se debía principalmente al hecho de que el vacío no era lo suficientemente alto, lo que provocaba la ionización del gas residual y el establecimiento de un campo electrostático. Entonces Thomson adoptó un dispositivo de tubo de rayos catódicos y logró el éxito al aumentar el vacío en el tubo de descarga. Mediante este experimento y aumentando el vacío del tubo de descarga, Thomson no sólo fabricó el cátodo?
El descubrimiento de los electrones está ligado al estudio experimental de los rayos catódicos, que se inició con el fenómeno de la descarga de los tubos de vacío. Ya en 1858, el físico alemán Peake descubrió los rayos catódicos mientras utilizaba un tubo de descarga para estudiar la descarga de gas. Pluck utilizó una bomba de vacío y descubrió que a medida que el aire en el tubo de vidrio se hacía más fino hasta cierto punto, la descarga en el tubo desaparecía gradualmente. En ese momento, apareció una fluorescencia verde en la pared del tubo de vidrio frente al cátodo. Cuando cambia el campo magnético aplicado fuera del tubo, también cambia la posición de la fluorescencia. Se puede observar que esta fluorescencia se produce por los rayos emitidos por el cátodo que inciden en la pared del tubo de vidrio.
¿Qué son exactamente los rayos catódicos? En los últimos 30 años del siglo XIX, muchos físicos se dedicaron a la investigación. En ese momento, el físico británico Crooks y otros habían propuesto que los rayos catódicos eran partículas cargadas negativamente basándose en el hecho de que los rayos catódicos se desviaban en un campo magnético. Según la deflexión, la relación carga-masa (E/M) de las partículas de rayos catódicos es 1.000 veces mayor que la de los iones de hidrógeno. En ese momento, Hertz y su alumno Lil Nader agregaron un campo eléctrico perpendicular al tubo de rayos catódicos e intentaron observar su desviación en el campo eléctrico, por lo que creyeron que el rayo catódico estaba descargado. De hecho, debido al bajo grado de vacío, no se puede establecer el campo electrostático.
J.J. Thomson diseñó un nuevo tubo de rayos catódicos (Figura 1). Bajo la acción del campo eléctrico, los rayos catódicos emitidos por el cátodo C son enfocados por α y b, pasan a través del campo eléctrico entre el otro par de electrodos D y E, y pegan una regla desviada lateralmente en la pared derecha del tubo. Repitió los experimentos de desviación del campo eléctrico de Hertz e inicialmente no vio ninguna desviación. Pero analizó que la razón por la que no se produjo ninguna desviación puede ser que no se pudo establecer el campo eléctrico. Por lo tanto, utilizó la tecnología de vacío más avanzada en ese momento para obtener un alto vacío y finalmente permitió que los rayos catódicos se desviaran de manera estable en el campo eléctrico, lo que mostró claramente que los rayos catódicos estaban cargados negativamente. También añadió un campo magnético fuera del tubo que era perpendicular al campo eléctrico y a la velocidad del rayo (este campo magnético era generado por una bobina fuera del tubo).
Cuando la fuerza del campo eléctrico eE es igual a la fuerza de Lorentz evB del campo magnético, el rayo puede incidir en el centro de la pared del tubo sin desviarse. Según los cálculos, la relación carga-masa de las partículas de rayos catódicos es e/m ≈ 101C/kg. A través de experimentos adicionales, Thomson descubrió que al usar diferentes materiales o cambiar el tipo de gas en el tubo, la relación carga-masa E/M de las partículas del rayo permanecía sin cambios. Se puede observar que esta partícula es un componente común en varios materiales.
En 1898, Thomson y sus alumnos continuaron su investigación sobre la medición directa de la carga de partículas cargadas. Uno de ellos fue la medición de una carga electrónica de 1,1x 10-19c utilizando una cámara de niebla Wilson, que demostró que la masa de los electrones es aproximadamente una milésima parte de la de los iones de hidrógeno. Thomson finalmente resolvió el misterio de los rayos catódicos. Después de eso, muchos científicos midieron el valor de carga de los electrones con mayor precisión. Entre ellos, el científico estadounidense Millikan midió el valor de carga de los electrones por primera vez en 1906, e = L.34x10-19c. 1913 finalmente midió E = 1,59 x 10-19c. En aquel momento se trataba de una medición de alta precisión. La carga moderna exacta del electrón E = 1,60217733 (49
Cómo se descubrieron los rayos X El descubridor de los rayos X, Wilhelm Conrad Roentgen, nació en la ciudad de Nipp, Alemania, en 1845. Obtenido en Zurich en Se licenció en Filosofía en 1869. Durante los siguientes diecinueve años, Röntgen trabajó en varias universidades diferentes, ganando gradualmente una reputación como un científico destacado. En 1888, Röntgen fue nombrado profesor y director del Instituto de Física de la Universidad de Würzburg. Los rayos X se descubrieron aquí en 1895.