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Joseph John Thomson

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Nascimento: 18 de dezembro de 1856, Manchester, Reino Unido.

Morte: 30 de agosto de 1940, Cambridge, Reino Unido.

Joseph John Thomson
Joseph John Thomson

Joseph John Thomson foi um físico vencedor do Prêmio Nobel cuja investigação levou à descoberta de elétrons.

Joseph John Thomson nasceu em 18 de Dezembro de 1856, em Cheetham Hill, Inglaterra, e passou a freqüentar Trinity College, em Cambridge, onde viria a chefiar o Laboratório Cavendish.

Sua pesquisa em raios catódicos levou à descoberta do elétron, e ele perseguiu outras inovações na exploração estrutura atômica.

Joseph John Thomson publicou 13 livros e mais de 200 trabalhos em sua vida.

Além de ser agraciado com o Prêmio Nobel em 1906, entre muitos elogios.

ele foi nomeado cavaleiro em 1908 pelo rei Edward VII.

Joseph John Thomson deixou a investigação em 1918 para tornar-se Mestre de Trinity College.

Joseph John Thomson morreu em Cambridge, em 30 de agosto de 1940.

Está enterrado na abadia de Westminster perto de dois outros cientistas influentes: Isaac Newton e Charles Darwin.

Joseph John Thomson – Vida

Joseph John Thomson
Joseph John Thomson

Joseph John Thomson, mais conhecido por J.J.Thomson, nasceu no dia 18 de dezembro de 1856, na Inglaterra. Seu pai vendia livros antigos e raros (era uma tradição da família)

Joseph John Thomson era um bom estudante, sua família achava que a profissão que lhe cabia bem era engenharia.

Aos 14 anos, ele foi mandado para o Owens College (atualmente Victoria University) de Manchester. Quando seu pai morreu, dois anos depois, seus amigos fizeram com que ficasse no colégio.

Quando Joseph John Thomson fez 19 anos, terminou seus estudos de engenharia e foi para Trinty College, na universidade de Cambridge. Havia lá um exame competitivo aos estudantes, chamado Mathematical Tripos.

Thomson se classificou em segundo lugar. Ele também aplicou sua capacidade matemática ao estudo da física teórica. Como era desajeitado com as mãos, uma vez quase se cegou num laboratório de química. Em 1881, escreveu um artigo científico que foi precursor da teoria de Einstein. Essa teoria afirmava que massa e energia se equivalem.

Quando se formou, tinha apenas 24 anos. Passou a se dedicar à pesquisa do laboratório Cavendish. Em 1884, o chefe desse laboratório (Lord Rayleigh) renunciou e indicou Thomson como seu sucessor. Essa nomeação deu muito o que falar.

Ninguém duvidava da sua capacidade, porém sua idade, 27 anos, era encarada com forte contra-indicação. mas a escolha de Lord foiacertada e Thomson, foi professor durante 34 anos, e deu ao laboratório posição de máxima altura em todo o mundo. Nesse laboratório, descobriu sua ocupação e também, a companheira de sua vida.

Em 1890, tornou-se esposo da senhorita Rose Paget.

Em 1892, o casal teve um filho (George Paget Thomson).

Em 1897, Thomson descobriu uma partícula (o elétron) e estabeleceu a teoria da natureza elétrica da matéria. Ficou conhecido como “pai do elétron”

Um assunto de interesse daquela época, era a constituição do Raio Catódico.

Havia 2 teorias propostas por Thomson:

Acreditava que os Raios Catódicos fossem feitos de partículas eletrizadas.
Afirmava que os Raios Catódicos e as partículas eletrizadas eram coisas distintas.

Mesmo que os Raois Catódicos produzissem uma fluorecência quando incidiam no vidro, não dava para ver os elétrons.

Os Raios Catódicos surgem no catodo marcado com a letra K. Passam através de uma fenda ligada ao A, e formam assim uma estreita área fosforecente no tubo de vidro. Thomson pegou um ímã e aproximou-o do tubo. A mancha fosforecente deslocou-se, provando que os raios eram desviados.

Manejando o ímã, Joseph John Thomson podia manejar a vontade os raios e dirigi-los para a fenda no escudo protetor. Quando os raios passavam pela fenda, um eletroscópio ligado ao elétron do receptor, mostrava um desvio. Isso mostrou que o raio catódico é realmente formado por eletricidade negativa.

A oposição não se satisfez. Até concordaram que os raios catódicos podem ser desviados por um ímã, mas não que fossem desviados por um campo elétrostático (mesmo tipo de campo que faz com que um bastão de borracha dura, atraia pedaços de papel, quando atritado contra um pedaço de tecido).

Joseph John Thomson empreendeu a tarefa de medir a massa relativa de partículas de carga elétrica negativa (o elétron).

Descobriu ser aproximadamente 1/2000 do átomo de hidrogênio. Ao mesmo tempo, calculou a velocidade do elétron e pensou que era cerca de 256.000 Km/s.

Em 1897 houve uma relutância em aceitar a idéia dessas partículas.

Joseph John Thomson resolveu então, fotografar. Só que aí é que houve o problema. Como fotografar uma partícula de 1/2000 de um átomo de hidrogênio, que se move a 256.000 Km/s? Thomson propôs esse problema a seu aluno Charles Wilson. Este fez várias pesquisas.

Ele sabia que o ar quente tinha mais umidade que o ar frio. Quando se esfria de repente, o ar quente carregado de umidade, tem formação de pequenas gotas de água. Mas dentro de cada gota, há uma partícula de poeira. Não havendo poeira, a água se condensará e não formará FOG. Wilson aplicou essa idéia ao rastreamento da esquiva partícula de Thomson. Construiu um dispositivo em que podia produzir rapidamente a umidade e em que podia produzir rapidamente partículas atômicas.

Ele trabalhou nisso muitos anos e finalmente aperfeiçoou sua câmara de nuvem em 1911. Quando se lançam partículas atômicas através da câmara, milhões de moléculas de água se ionizam, e nesses íons se condensam o vapor da água. Os rastos que ficavam nas câmaras, como os rastos de vapor de um avião, podem sr fotografados, podendo identificar as partículas pelos rastos que deixam. A câmara de Wilson ainda é usada para identificar várias partículas atômicas. Ele recebeu o prêmio Nobel, uns 16 anos após sua contribuição. O trabalho estava completo. A partícula negativa que Thomson descobriu foi pesada, a velocidade foi medida e, o retrato foi tirado.

No fim da primeira Guerra Mundial, Thomson deixou o laboratório Cavendish, para dirigir o Trinty College.

Ernest Ruther Ford, que foi aluno de Thomson, recebeu o prêmio Nobel por suas investigações sobre a química das substâncias radioativas.

Outra alegria para Thomson, foi ver seu filho ganhar o prêmio Nobel de Física, em 1937, pelos trabalhos que realizou sobre difração de elétrons por cristais.

Joseph John Thomson foi um gênio e um grande ser humano.

Morreu no ano de 1940.

Foi um grande mestre que deixou precioso legado de manuias de física, matemática e química.

Joseph John Thomson – Física

Joseph John Thomson
Joseph John Thomson

Joseph John Thomson estudou Física na Universidade de Cambridge. Ali se tornaria professor, aos 27 anos, além de dirigir o famoso Laboratório Cavendish de pesquisas.

Thomson pesquisou a natureza dos raios catódicos, ainda desconhecida. Inicialmente, acreditou tratarem-se de ondas eletromagnéticas.

Já se sabia, porém que esses raios podiam ser desviados por um campo magnético, o que indicava serem partículas com carga elétrica.

Faltava demonstrar, no entanto, se eles também seriam desviados por campos elétricos, o que Thomson conseguiu provar em 1897. Isso confirmou que os raios catódicos eram de fato constituídos por partículas menores que um átomo e com carga elétrica negativa. Mais tarde, essas partículas receberam o nome de elétrons (dado por Lorentz).

Thomson foi o primeiro a defender a idéia de que o elétron era um constituinte da matéria, e formulou uma teoria sobre a estrutura de um átomo.

Para ele, o átomo era uma esfera maciça com carga positiva. Os elétrons estariam presos à superfície da esfera e contrabalançariam a carga positiva. Esse modelo ficou conhecido como “pudim de ameixas”, e seria mais tarde substituído pelo modelo de Rutherford, discípulo de Thomson.

Em 1906, Thomson recebeu o Prêmio Nobel de Física. Nesse ano também realizou experimentos com átomos de neônio, que forneceram o primeiro indício de que um elemento podia apresentar isótopos, o que seria depois confirmado por um dos seus alunos.

Joseph John Thomson – Físico

Joseph John Thomson
Joseph John Thomson

Físico britânico nascido em Manchester em 1856 e falecido em Cambridge em 1940.

Inaugura a Química moderna com a descoberta do elétron em 1897. A partir daí, todo o desenvolvimento da Teoria Química está centrado nas investigações sobre como o comportamento dos elétrons dos diferentes átomos determina a formação das substâncias. Nasce em Chettham Hill e estuda em Manchester e em Cambridge.

Trabalha durante 42 anos como professor de Física experimental e pesquisador no laboratório Cavendish, em Cambridge. Neste período, transforma o laboratório num dos mais importantes centros científicos da Europa e ajuda a formar vários cientistas.

Dedica-se ao estudo da Eletricidade, tema de grande interesse para os cientistas da época.

Em 1906, ganha o Prêmio Nobel de Física por suas descobertas sobre a condução elétrica através dos gases.

Seu filho, o físico George Paget Thomson, aprofunda os estudos sobre o elétron.

Joseph John Thomson – Biografia

Joseph John Thomson
Joseph John Thomson criança, cerca de 1861

Joseph John Thomson nasceu em Manchester em 18 de dezembro de 1856. Estudou e se formou, no Trinity College, Cambridge, e se tornou membro dessa instituição pelo resto de sua vida. Foi aí Professor de Física Experimental, de 1884 a 1918, tendo dado grande desenvolvimento ao laboratório Cavendish. Foi também Professor Honorário de Física da Royal Institution e membro da Royal Society em 1884 da qual foi presidente entre 1916 e 1920.

Seus primeiros trabalhos científicos seguiram na trilha aberta por Maxwell, que havia unificado a eletricidade e o magnetismo. Thomson produziu muitos resultados originais nesta direção, além de ter publicado livros didáticos importantes. Após ser nomeado professor de física experimental em Cambridge, em 1884, dedicou-se a estudar as descargas elétricas em gases a baixas pressões. Como resultado de conferências realizadas em Princeton, em 1896, publicou o livro Descarga de Eletricidade através dos Gases (1897). Após essa viagem, desenvolveu seus brilhantes trabalhos sobre os raios catódicos que levaram à descoberta e identificação do elétron.

Depois de 1903, Thomson se dedicou novamente a analisar a estrutura do átomo e fez um modelo de estrutura atômica, estudado já nas aulas de física e química do segundo grau e denominado modelo de Thomson (ou do “bolo de nozes”: o átomo seria constituído de uma carga positiva espalhada (o bolo) e as cargas negativas (os elétrons) seriam as nozes ali espalhadas. Este modelo, embora incorreto, foi um ponto de partida importante para os trabalhos experimentais de Ernest Rutherford que mostraram que a carga positiva está concentrada em um núcleo muito pequeno em relação ao tamanho do átomo e, posteriormente, para o modelo de Bohr.

Thomson esteve sempre ligado a uma visão mecanicista da natureza, dentro da tradição britânica do século XIX, que tinha na construção de modelos mecânicos uma das características de sua abordagem física. Seu o objetivo último, ao longo das primeiras décadas do século XX, era a criação de um quadro unificador dos fenômenos físicos, que englobasse a matéria, o éter, a energia e o eletromagnetismo. Publicou vários livros sobre a estrutura da luz, as propriedades da matéria e sobre o elétron na química. Após 1913, contudo, sua influência científica junto aos físicos, que tinha sido muito grande, ficou bastante diminuída em função de teorias que passou a construir e defender, diferentes das geralmente aceitas. Assim, contrapôs ao modelo atômico de Rutherford-Bohr um modelo no qual os elétrons estavam em equilíbrio com as cargas positivas devido a forças eletrostáticas de atração e repulsão. Entre os químicos, especialmente na Grã-Bretanha e nos Estados Unidos, suas idéias continuaram influentes até o final da década de 20. Neste período, foi também um dos opositores do conceito de fóton, não chegando a aceitar tendo aceitado as novas e “estranhas” idéias da física quântica. Esta resistência às idéias novas por parte de velhos cientistas não é incomum, pelo contrário. Segundo outro grande revolucionário da física deste século, Max Planck, as novas idéias só se afirmam realmente quando a velha geração desaparece.

Thomson faleceu em 1940, tendo deixado uma interessante autobiografia Recordações e Reflexões, escrita em 1936. Ao longo de sua vida recebeu inúmeros prêmios científicos e condecorações, entre os quais o Prêmio Nobel, em 1906.

Em 1908 foi ungido cavalheiro pelo governo inglês e tornou-se Sir J. J. Thomson.

Foi agraciado com o título de doutor honoris causa por muitas universidades de todo o mundo, entre as quais Oxford, Columbia, Göttingen, Edinburgh, Sorbonne e Princeton.

Mas certamente a grande glória e o imenso prestígio que desfrutou em vida e sua glória após a morte estará para sempre ligada à esta partícula extremamente pequena: o elétron.

Cronologia

1856: Nasce em Cheetam Hill, próximo de Manchester, Inglaterra, em 18 de dezembro.
1880:
Forma-se no Trinity College, Cambridge, onde ingressara em 1876. Foi o segundo colocado no exame triplos de 1880, secundando Joseph Larmor, o primeiro colocado. Logo depois ingressa como fellow no Trinity.
1881:
Analisa o efeitos elétricos e magnéticos produzidos pelo movimento de corpos eletrificados. Como Crookes, acredita que os raios catódicos são partículas de matéria carregada que se movem com grande velocidade. Introduz o conceito de massa de origem eletromagnética, possuída pelos corpos eletrificados em razão de suas cargas.
1883:
Publica seu primeiro livro, o “Tratado sobre o Movimento dos Anéis dos Vórtices”, contendo o trabalho premiado, em 1882, com o Prêmio Adams. Volta a estudar as descargas elétricas em gases, usando como analogia a eletrólise.
1884:
É escolhido como professor de Física Experimental (da cadeira Cavendish), em Cambridge, substituindo a Lord Rayleigh. Torna-se membro da Royal Society.
1886:
Publica “Aplicação da Dinâmica à Física e à Química”. Desenvolve a noção de que a eletricidade flui nos metais de maneira similar ao que ocorre nos eletrólitos.
1892
: Escreve o livro “Notas sobre Pesquisas Recentes em Eletricidade e Magnetismo”, que viria a ser conhecido como o terceiro volume de Maxwell. Publicou posteriormente, juntamente com J. H. Poynting, o livro-texto, em quatro volumes, “Propriedades da Matéria”.
1895:
Produziu o influente “Elementos da Teoria Matemática da Eletricidade e do Magnetismo” que teve várias reedições.
1896:
Viaja aos EUA, onde faz conferências sobre a descarga elétrica em gases.
1897:
Como resultado de conferências realizadas em Princeton, escreve o livro “Descarga de Eletricidade através dos Gases”. Faz seus trabalhos mais importantes sobre a identificação do elétron e a medida da sua razão carga-massa.
1897-1899:
Realiza várias experiências com os raios catódicos, onde mede a carga (média) individual dos corpúsculos e conclui definitivamente que sua massa é muito menor que a do átomo de hidrogênio. Identifica o corpúsculo constituivo dos raios catódicos com a carga elétrica elementar (o elétron) e analisa vários outros fenômenos onde eles aparecem.
1903:
Seu livro “Condução de Eletricidade através dos Gases” é publicado; ele seria reescrito posteriomente (1928 e 1933) em colaboração com seu filho George Paget Thomson.
1904:
Publica”Eletricidade e Matéria”. Introduz o modelo do átomo que recebeu o seu nome.
1905:
Torna-se professor de Filosofia Natural da Royal Institution.
1906:
Recebe o Prêmio Nobel de Física por seus trabalhos sobre a descoberta do elétron.
1907:
Escreve os livros “A Teoria Corpuscular da Matéria “e “A Estrutura da Luz”.
1908:
É ungido cavalheiro, recebendo o título de Sir.
1909:
Começa a estudar a natureza da eletricidade positiva, seu último grande trabalho experimental que se estenderia por vários anos.
1912:
Recebe a Ordem do Mérito.
1913:
Publica “Raios de Eletricidade Positiva e suas Aplicações à Análise Química”.
1915:
É eleito Presidente da Royal Society.
1918:
Torna-se Master de seu antigo Trinity College.
1919:
Renuncia a sua cátedra em Cambridge, sendo substituído por Ernest Rutherford.
1923:
Escreve”O Elétron na Química”, que influencia muitos químicos, em particular os norte-americanos. Propõe alternativas ao modelo atômico de Bohr e às idéias quânticas.
1936:
Publica sua autobiografia “Recordações e Reflexões”.
1940:
Falece no dia 30 de agosto, em Cambridge, Inglaterra.

ÉPOCA

Joseph John Thomson
Os estudantes de pesquisa do Laboratório Cavendish, em Junho de 1897.
Thomson é a quarta a partir da esquerda na linha da frente, Rutherford está na extremidade direita da linha,
e CTR Wilson, o inventor da câmara de nuvem, é o segundo a partir da esquerda na fileira de trás

A descoberta do elétron resultou de uma série de experimentos e de concepções sobre a estrutura da matéria geradas, nas últimas décadas do século XIX.

Sua história é um exemplo da complexidade e da riqueza das descobertas científicas. Embora se possam destacar datas e personalidades importantes, como as contribuições de Thomson em 1897, a descoberta do elétron é um processo longo e tortuoso no qual se envolveram cientistas de vários países. A identificação do elétron surgiu principalmente dos trabalhos experimentais sobre as descargas elétricas em gases e da tentativa teórica de se descrever o comportamento dessas descargas e da corrente elétrica, em geral.

O grande cientista inglês Michael Faraday havia já observado, a partir de 1835, o comportamento das descargas elétricas luminosas em gases rarefeitos, dentro de um recipiente de vidro, produzidas por dois eletrodos com cargas opostas. Notou que manchas fosforescentes eram produzidas nas paredes do recipiente.

Em 1858, o físico alemão Julius Plücker, ao aproximar um ímã de um recipiente similar, viu as manchas fosforescentes se deslocarem nas paredes do vidro. Seu aluno Johann Hittorf, em 1869, observando a sombra projetada sobre a parede de vidro por um objeto colocado diante do catodo, mostrou que as emissões dele emanadas se deslocavam em linha reta; nasciam os “raios catódicos”.

Esses trabalhos tornaram-se possíveis devido a um avanço técnico importante: a construção de bombas de vácuo (que tornam o espaço dentro do tubo rarefeito) cada vez mais eficientes. Um dos que mais contribuíram nesta direção foi um construtor de instrumentos, o alemão Heinrich Geissler, que, em 1855, utilizou uma coluna de mercúrio como êmbolo em sua bomba.

Em 1879, o inglês William Crookes faz muitas experiências, mais precisas do que as anteriores, com um tubo aperfeiçoado por ele e com alto vácuo em seu interior. Quatro anos depois, o físico alemão Heinrich Hertz – que havia feito a extraordinária descoberta experimental das ondas eletromagnéticas, acompanhando os trabalhos teóricos do escocês James Clerk Maxwell – fez experimentos em um tubo com evacuação insuficiente e concluiu erradamente que os raios catódicos não possuíam carga elétrica. Surge, nesta época, uma curiosa controvérsia que ganhou tons nacionalistas, o que mostra que fatores de várias ordens estão presentes na criação e no desenvolvimento da ciência, uma atividade humana coletiva e socialmente condicionada. Hertz e a maioria dos físicos alemães viam os raios catódicos como ondas (perturbações que se propagavam no éter); já os físicos ingleses, como Crookes e Thomson atribuíam uma natureza de partícula aos mesmo raios.

Em 1895, o francês Jean Perrin mostra que os raios catódicos têm carga elétrica negativa e infere que são jatos de partículas. Dois anos depois, Thomson, com vários experimentos engenhosos, confirma a natureza corpuscular desses raios e mede a razão entre a carga elétrica e a massa da partículas. Fez isto através do estudo da deflexão destes raios por campos elétricos e magnéticos e deduziu que esses corpúsculos tinham uma massa muito menor que a do átomo de hidrogênio. Faz também a hipótese de que eles são constituintes elementares de todos os átomos. Entre 1897 e 1899, mede também a carga dessas partículas e as identifica com o elétron, a unidade elementar de carga que havia sido proposta pelo alemão Hermann von Helmholtz e pelo irlandês George Johnstone Stoney.

OBRA

Joseph John Thomson
Thomson dando uma demonstração palestra em 1909.
O tubo de descarga de vidro à direita foi apresentado a Thomson por CF Braun, o inventor do tubo de raios catódicos

1883 – Tratado sobre o movimento dos anéis dos vórtices.
1886 – “Aplicação da Dinâmica à Física e à Química”.
1892 – “Notas sobre Pesquisas Recentes em Eletricidade e Magnetismo”. Também publica os quatro volumes de “Propriedades da Matéria”.
1895 – “Elementos da Teoria Matemática da Eletricidade e do Magentismo”.
1897 – “Descarga de Eletricidade e do Magnetismo”.
1903 – “Condução de Eletricidade através dos Gases”.
1904 – “Eletricidade e matéria”.
1907 – “A Teoria Corpuscular da Matéria”. Também publica o livro “A Estrutura da Luz”.
1913 – “Raios de Eletricidade Positiva e suas Aplicações à Análise Química”.
1923 – “O Elétron na Química”.
1936 – “Recordações e Reflexões” (autobiografia).

Na época de Thomson, os físicos estavam fascinados pelos raios catódicos e trabalhavam arduamente para entender sua natureza.

Alguns pensavam que os raios deveriam ser uma forma de luz por que eles tinham várias das propriedades da luz: eles viajavam em linha reta, produziam alterações químicas e brilho fluorescente exatamente como faz a luz. Assim, os raios catódicos seriam ondas eletromagnéticas de freqüências maiores ou menores do que as da luz visível.

Entretanto, campos magnéticos não desviam a luz como o fazem com os raios catódicos. Como um magneto defletia os raios catódicos da mesma forma como defletia cargas negativas, alguns físicos acreditavam que os raios catódicos consistiam em partícula carregadas negativamente.

A controvérsia sobre a natureza ondulatória ou corpuscular dos raios durou 25 anos. Finalmente, em 1897, J.J. Thomson fez uma série de experimentos que convenceram os físicos de que os raios catódicos eram partículas carregadas negativamente.

Sabia-se que as trajetórias de partículas carregadas eram afetadas tanto por campos magnéticos como por campos elétricos. Assumindo que os raios catódicos eram partículas carregadas negativamente, Thomson pôde prever o que aconteceria aos raios catódicos quando eles passassem através de tais campos. Por exemplo, a deflexão por um campo magnético poderia ser exatamente balanceada por um campo elétrico com dada direção e magnitude. Essas predições foram verificadas e Thomson pôde concluir que os raios catódicos realmente agiam como partículas carregadas. Eles, então, pôde calcular, a partir de dados experimentais, a razão de carga de uma partícula por sua massa. Essa razão é denotada por q/m (onde q é a sua carga e m é a sua massa). Para aqueles que estiverem interessados em detalhes do experimento e dos cálculos de Thomson, clique aqui.

Thomson encontrou que os raios vindos de catodos feitos de materiais diferentes tinham o mesmo valor de q/m. Esse valor era cerca de 1800 vezes maior do que os valor de q/m para os íons de hidrogênio, que já havia sido medido em experimentos de eletrólise. Assim, Thomson concluiu que as partículas dos raios catódicos ou tinham uma carga muito maior ou tinham um tamanho muito menor do que os íons de hidrogênio.

As partículas carregadas negativamente de Thomson foram mais tarde chamadas de elétrons. Ele também fez medidas das cargas dessas partículas com outros métodos que não os que envolviam deflexões por campos elétricos e magnéticos. Embora esses experimentos fossem imprecisos, eles eram bons o suficiente para indicar que a carga de uma partícula do raio catódico não era muito diferente da carga do íon de hidrogênio na eletrólise. Portanto, ele pôde concluir que os raios catódicos eram compostos por partículas de massa muito menor do que a dos íons de hidrogênio.

O nome elétron já havia sido proposto anteriormente por J. Stoney, como uma unidade de carga elétrica, pois não se sabia, antes de Thomson, que havia uma partícula com essa carga. A descoberta do elétron por Thomson foi fundamental, pois a partir daí começaram realmente a se desenvolver nossos conhecimentos da estrutura atômica. Esse trabalho de Thomson foi reconhecido através do Prêmio Nobel que recebeu em 1906.

IMPACTO

A descoberta do elétron foi anunciada, cem anos atrás, em uma conferência feita pelo físico inglês Joseph John Thomson, na Royal Institution, no dia 30 de abril de 1897. O elétron, como um dos constituintes básicos de todos os átomos, tem presença universal em quase todos os fenômenos materiais; sua descoberta foi um passo decisivo no desenvolvimento da física, da química e da biologia modernas. Além disso, muito da tecnologia moderna que permeia nossos ambientes de trabalho e nossas casas, como a TV e os computadores, teve suas raízes plantadas nos extraordinários desenvolvimentos da ciência ocorridos no final do século passado e no início deste século.

Em 1905, o húngaro Philipp von Lenard, discípulo de Hertz, recebeu o Prêmio Nobel pelos seus trabalhos anteriores sobre a natureza dos raios catódicos, onde estudou, entre outras coisas, o comportamento dos raios catódicos fora do tubo, quando penetravam no ar ou quando incidiam sobre lâminas sólidas. Nesse intervalo, o físico holandês Hendrik Lorentz havia já estendido a teoria eletromagnética de Maxwell para incorporar a idéia da carga elétrica descontínua, o elétron. O Prêmio Nobel de 1906 foi concedido a Thomson “pelas suas pesquisas teóricas e experimentais sobre a descarga da eletricidade através dos gases”. Thomson chamava as partículas de carga negativa que identificou de corpúsculos e continuou a fazê-lo por mais vinte anos. O termo elétron se tornou de uso geral após 1910; ele havia sido proposto por Stoney, em 1891.

Em 1913, o dinamarquês Niels Bohr, baseado em experimentos do australiano Ernest Rutherford, introduziu o seu modelo revolucionário do átomo, que aprimorava um modelo de átomo proposto dez anos antes por Thomson. Com o desenvolvimento posterior da mecânica quântica, em 1925/26, o elétron passou a ser reconhecido definitivamente como um dos constituintes básicos do átomo e seu papel essencial nas ligações químicas ficou estabelecido. Para se ter uma idéia das dimensões de um átomo basta dizer que na pequena quantidade de tinta que constitui o ponto final desta frase estão contidos cerca de 3 bilhões de átomos.

O elétron foi a primeira partícula elementar constituinte do átomo a ser identificada. Entre 1911 e 1920, consolidou-se a idéia da existência do próton, partícula de carga positiva que tem uma massa muito maior que a do elétron (cerca de 1800 vezes maior) e que existe no núcleo de todos os átomos. O nêutron, partícula de carga nula e com massa próxima da massa do próton e que, como ele, existe no núcleo dos átomos, foi identificado em 1932, por James Chadwick. Neste mesmo ano, confirmando uma previsão do físico inglês Paul Dirac, o pósitron (ou anti-elétron) é detectado e a espantosa existência da antimatéria – que se aniquila ao encontrar com seu equivalente material, produzindo energia – ficou estabelecida. De lá para cá, muitas outras partículas elementares foram identificadas. Um exemplo de destaque, e que nós brasileiro devemos recordar com orgulho e admiração, foi a descoberta experimental de uma outra partícula elementar, o méson p (pi), feita exatamente, há cinquenta anos atrás, pelos cientistas César Lattes (brasileiro), Cecil Powell (inglês) e Giuseppe Occhialini (italiano). Nas últimas décadas, um modelo padrão para as partículas elementares se impôs por seus sucessos preditivos e sua elegância matemática; nele os prótons e os nêutrons, por exemplo, são constituídos da partículas ainda mais elementares, os quarks. Já o elétron continua a ser, até agora, elementar, no sentido quântico do termo.

Curiosamente a controvérsia acirrada sobre a natureza corpuscular ou ondulatória do elétron, protagonizada por físicos alemães e ingleses, e na qual Thomson aparentemente tinha lançado uma pá de cal, retornou na década de 20 sob nova forma. O físico francês Louis de Broglie, escorado nas idéias de Einstein sobre relatividade e sobre o fóton, fez, em 1924, a hipótese revolucionária de que a matéria deveria apresentar também propriedades ondulatórias. Ou seja, o elétron poderia apresentar-se como onda, com um comprimento de onda muito mais curto que a da luz visível, por exemplo, e isto poderia ser detectado experimentalmente. Três anos depois, como ironia da história, é o filho de J. J. Thomson, Sir George Paget Thomson, que irá mostrar, através de experimentos de difração de elétrons que esses podem realmente apresentar comportamento ondulatório. Experimentos similares foram feitos independentemente por Carl Davisson. Tanto George Thomson quanto Davisson receberam o prêmio Nobel por estes trabalhos.

Nos dias de hoje este comportamento ondulatório do elétron abriu caminho para a construção de microscópios eletrônicos que, devido ao comprimento de onda muito curto do elétron, conseguem atingir dimensões muito menores que os microscópios usuais com luz visível. De acordo com os experimentos modernos e dentro do contexto atual da mecânica quântica, que é a teoria básica para a descrição da matéria, as partículas elementares, como o elétron ou o fóton, têm um comportamento que não pode ser representado unicamente por nossos modelos de partículas e ondas, que são provenientes de nossa experiência macroscópica. Uma analogia superficial talvez torne isto mais claro. Tal como o ornitorrinco, descrito pelos europeus que chegaram pela primeira vez à Austrália como uma mistura de coelho e de pato – uma analogia mais próxima de nós seria dada pelo peixe-boi, uma “mistura de boi e peixe” apontada pelos primeiros exploradores -, sem ser realmente nenhum dos dois, o elétron (e as outras partículas elementares) tem, de fato, propriedades ondulatórias e propriedades corpusculares. Mereceriam, como pensam muitos físicos, até um novo nome – quanton tem sido o sugerido – que tornasse claro que não são nem onda nem partícula, embora possam apresentar as propriedades de ambas, dependendo do tipo de experiência a que são submetidos, mas um objeto quântico mais complexo.

Atualmente quase todo cidadão do mundo, em algum momento de sua vida, estará diante do tubo de uma TV ou de um computador ou dependerá, para sua saúde e segurança, de aparatos similares em osciloscópios, radares ou sonares. Neles, certamente bem mais aperfeiçoados que os tubos originais, um feixe de elétrons será acelerado e, após ser defletido por campos eletromagnéticos, formará as figuras observadas na tela. O fato dessas imagens serem interessantes, instrutivas e prazeirosas ou idiotas, violentas e desabonadoras da inteligência e da ética humanas dependerá de muitos outros fatores associados à cultura, à organização social e aos interesses econômicos. Mas a mera existência de tal possibilidade escorou-se nos trabalhos científicos de homens como Faraday, Geissler, Crookes, Hertz, Perrin e Thomson. O país que não compreender a ligação da pesquisa científica com a tecnologia e com o desenvolvimento econômico e social, exemplificada neste processo, estará destinado a não comemorar jamais o centenário de descobertas científicas significativas para a humanidade feita por seus filhos.

Fonte: www.biography.com/universocdz.sites.uol.com.br/br.geocities.com/www.phy.cam.ac.uk

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