菲利普莱纳德主要成就阴极射线

菲利普·莱纳德主要成就阴极射线1880年莱纳德开始研究阴极射线,1892年,当时任赫兹助手的莱纳德研制出了带有“莱纳德窗口”的阴极射线管,该装置可以导引阴极射线离开电离空间,从而能够进一步独立地研究放电过程

莱纳德测量了各种样品对阴极射线的吸收,结果表明,物体对阴极射线的吸收与其密度成反比,阴极射线在物体中的穿透能力随着电压的升高而增强

虽然佩林、维恩和汤姆逊等人和他一样都证实了阴极射线由带负电的粒子组成,但是莱纳德在1898年发表了《关于阴极射线的静电特性》,使他取得了这一发现的优先权

莱纳德还发现高能阴极射线能够穿过原子,他从这一现象出发正确地推断出原子内部的空间相对来说是空虚的

后来,卢瑟福通过a粒子散射实验也得到了同样的证据,并提出了后人普遍接受的原子有核模型

在研究光的发射时,莱纳德认为这与电子的释放和回归有关,他的这一观点只是到了玻尔原子模型确定后才为人们接受

1902年莱纳德发现了光电效应的重要性质:光电子数目随光的强度增加而增加,可是光电子的动能只与光的频率有关,与光的强度无关

阴极射线1888年莱纳德在海德堡大学昆克手下工作,他完成了他关于阴极射线的第一项研究成果,他研究了当时赫兹关于阴极射线有与紫外线相似特性的观点,并设计了一个实验,以探究阴极射线是否像紫外线一样,能够通过放电管壁上的石英窗,他获得的结果是阴极射线没有这样的特性

1892年他在波恩大学做赫兹的助手时,赫兹让他观察了他的新发现,赫兹将一片盖上铝箔的含铀玻璃片放入放电管,当用阴极射线轰击铝箔时,铝箔下面发出了亮光

赫兹因此建议可以用铝薄板将放电管内的空间一分为二,在空间的一部分内,阴极射线由常规的方法产生,而在空间的另一部分,可以在真空的条件下观察阴极射线

赫兹由于过于忙碌,便授权莱纳德做这个实验,他后来因此获得了“莱纳德窗”的重要发现

在尝试了不同厚度的铝箔后,莱纳德终于在1894年发表了他的重要发现,用于封闭放电管的石英板可以用铝箔代替,铝箔的厚度恰好能够保持放电管内的真空状态,但又必须足够薄以让阴极射线能够通过这样,这样不但能研究阴极射线,也能研究阴极射线在放电管外引起的荧光现象

莱纳德从实验得出结论,阴极射线在空气中只能传播分米级的距离,而在真空中却可以传播数米而不会衰减

在赫兹1892年宣称阴极射线不可能是粒子,而只能是一种以太波的观点后,莱纳德曾表示赞同,但是后来在让·巴蒂斯特·皮兰(1895年)、约瑟夫·汤姆生(1897年)和威廉·维恩(1897年)的研究成果证明了阴极射线的粒子特性后,莱纳德放弃了这一观点

汤姆生最后作出了阴极射线是由带负电的电子组成的结论

光电效应光电效应此后,莱纳德又继续拓展赫兹关于光电效应的研究,他分析了在高真空环境下光电效应的特性和本质,证明了当紫外线照射在金属上时,会使电子从金属表面逸出,并在真空中传播,电子在电场中被加速或减速,电子轨迹在磁场中改变

通过精确的实验,他证明发射的电子数量正比于入射光所带的能量,而电子的速度,或者说它们的动能,却与入射光能量无关,当入射光的波长减小时,电子速度增大

这个事实与当时的理论是相冲突的,经典物理学无法解释莱纳德的光电效应实验结果

直到1905年爱因斯坦发表相对论和光量子理论,才解释了这一现象,后来又被罗伯特·安德鲁·密立根所证实,因为人们把爱因斯坦的名字冠在光量子理论上,莱纳德对爱因斯坦一直耿耿于怀

在研究过程中,莱纳德还发明了一种光电管,以加速电子和测量它们的能量,这种光电管是三极管最初的雏形,不同之处在于,在莱纳德的光电管中,电子是由阴极光发射的,而三极管中的阴极是白炽丝,可以向真空发射更高强度的电流

莱纳德在1902年提出,当电子通过一种气体时,必须具有一个确定的最小能量,才能产生气体的电离

动力子原子模型动力子原子模型1903年莱纳德提出了一种原子结构模型的设想,他称之为“动力子”(英语:dynamides),它们体积很小分散在广阔的空间中,它们有质量,由许多电偶对(两个带电量相同、带电符号相反的电子相连)组成,它们的数量等于原子的质量

他认为原子中的固体部分只占整个原子体积的十亿分之一,动力子原子模型能解释莱纳德窗的作用,却无法解释更多的事实,由此是一种不成功的原子模型

但莱纳德的研究为亨德里克·洛伦兹的电子理论还是贡献良多

后期研究菲利普·莱纳德后期,莱纳德又研究了光谱线的本质,发展了里德伯、海因里希·凯泽(HeinrichKayser)和卡尔·伦格(Carl Runge)的研究成果,他们提出金属的光谱线可以分为两类或更多类连续光谱(谱系),并且这些谱系的波长之间存在明显的数学关系

莱纳德认为,每个谱系都会存在原子的确定变化,这些变化决定了各个谱系,并且可以按原子失去的电子的数目来区分

莱纳德是一个天才的实验物理学家,他有许多重要的发现,但他宣布这些发现的重要性时却超过了它们的真正价值,不断和别的科学家发生冲突

虽然他获得了众多荣誉,比如奥斯陆大学(1911年)、德累斯顿大学(1922年)和布拉迪斯拉发大学(1942年)的荣誉博士学位、富兰克林奖章(1905年)、德意志帝国的鹰盾勋章(1933年),并被选为海德堡的荣誉市民(1933年),他却仍感到自己没有受到足够高的评价,因此会在许多国家攻击其他物理学家

以上内容由大学时代综合整理自互联网,实际情况请以官方资料为准。

相关