Elektroiaren aurkikuntza
Izpi katodikoak
XIX. mende bukaeran gasen deskarga elektrikoen azterketa nagusitu zen, berari esker, materiaren hipotesi atomikoaren eta elektromagnetismoaren printzipioen arteko harremana ezarri zutelako. Ikusi zuten milaka volt dituen potentzial-diferentzia bat aplikatuz gero gas arrarifikatuaz beteriko deskarga-tutu baten bi elektrodoen artean, argi-distirak sortzen zirela, eta izpien moduan zabaltzen zirela tutuaren elektrodoen artean. Erradiazio horiek izpi katodikoak deitu ziren, beti elektrodo negatibotik (katodo) positibora (anodo) joaten direlako.
Elektroia
Izpi katodikoen propietateak aztertzeko asmoz, Ingalaterrako Joseph John Thomson (1856-1940) fisikoak tresna bat diseinatu zuen: hutsik zegoen tutu baten alboetan bi elektrodo metaliko zeuden eta horiei potentzial-diferentzia handia aplikatu zitzaizkien. Katodotik sortutako izpi katodikoak kolimadore batetik pasatzen ziren argi-sortaren zabalera mugatzeko eta, ondoren plaka metaliko batzuetatik. Bertan eremu elektriko bat aplikatu zuen. Azkenik, izpiak pantaila fluoreszente batean proiektatzen ziren.
Thomson-ek burututako esperimentuaren eskema, elektroia izpi katodikoetan aurkitzeko.
Eskema horrekin, Thomsonek ikusi zuen eremu elektrikoak izpi katodikoak bertikalki desbideratzen zituela plaka positiborantz. Horrek izpi horien karga negatiboa erakusteaz gain, masa bat eta hari zegokion karga ikusgai uzten zituen. Masa horrek plakak aipatutako izpiak xurgatzea saihesten zuen. Beraz, izpi katodikoak osatzen zituen oinarrizko partikula bat egon behar zen, hau da: elektroia.
Thomsonek kargaren e eta elektroiaren masaren m arteko harremana ezarri zuen. Egun honela adierazten da:
Millikanen esperientzia
Thomsonek elektroiaren karga eta masa arteko harremana aurkitu ondoren, magnitude horietako balioa zehaztea besterik ez zitzaien gelditzen, oinarrizko partikula horren funtsezko propietateak ezagutu ahal izateko. Hainbat ikertzaile behin eta berriro saiatu ondoren, Robert A. Millikan estatubatuarrak (1868-1953) arrakasta osoz lortu zuen.
1909. eta 1913. urte bitartean Millikanek esperimentu konplexu bat burutu zuen. Esperimentu hori, batez ere, ideia honetan oinarritzen zen: eremu elektriko handi bat konpentsatzaile baten plaken artean aplikatzen bada, olio-tantatxo bat geldi eta zintzilikatuta mantendu daiteke, berarengan eragiten duten indar grabitatorioen eta elektrostatikoen orekarengatik.
Hainbat esperimentu egin ondoren, Millikanek elektroiaren karga zehaztea lortu zuen, tantaren masaeta aplikatutako eremu elektrikoaren intentsitatea ezagutzearen ondorioz. Egun, karga horren onetsitako balioa zera da: 1,60210 · 10-19 C.
Hori guztia eta Thomsonen harremana abiapuntu hartuta, elektroi baten masa zehaztu daiteke, alegia: 9,1091 · 10-31 kg (gutxi gorabehera atomo arinarena baino 1.836 aldi gutxiago, hidrogenoa, alegia).
Millikanen esperientziari esker, ondorioztatu zuten ere, elektroia karga elektrikoaren oinarrizko unitatea dela.
Millikanen esperimentuaren eskema. Beraren bidez, elektroiaren karga eta masa zehaztu zituen. a: indarrak orekan mantentzen dira eta ondorioz, tanta geldirik mantentzen da. b: tantaren karga negatiboa da.
Protoia eta neutroia
Aipatutakoaz gain, Joseph John Thomson ingelesak , 1910. urtean izpi kanalen edo positiboak ikertu zituen. Izpi horiek deskarga-tutuetan sortzen ziren, anodoaren erregioan eta abiadura handiz katodora joaten ziren. Aipatutako izpiak, bidean zehar ezarritako eremu elektrikoen eta magnetikoen eragina jasotzen zuten, beraz, horrek argi uzten zuen masadun partikulez osaturik zeudela eta karga elektriko positiboa zutela. 1920. urte inguruan, Ernest Rutherfordeek partikula horiek identifikatu zituen, nitrogenoa alfa partikulekin bonbardatu zuenean (helio-muinak). Rutherfordeek protoiak deitu zien. .
Neutroia, atomoen hirugarren partikula, ez zuten aurkitu 1932. urtea arte. James Chadwichk fisiko ingelesak (1891-1974) berilioaren atomoen portaera bereziaz ohartu zen, alfa partikulek bonbardatu zituztenean. Bonbardaketa hori zela medio, atomoek masadun partikulez osaturiko erradiazio bat, (protoiaren masa antzekoa),eta karga elektriko nulua igortzen zuten, eremu elektrikoek ez baitzuten karga desbideratzen.
Elementu ezagunen atomoek elektroi, protoi eta neutroi izeneko partikulak zituztela ezagutzeak aurrerapen handia suposatu zuen materia eta energiaren eremuetan. Horri guztiari esker, fisikak, kimikak eta teknologiak izugarrizko bilakaera izan zuten.Hipotesi atomikoa
Antzinako Grezian materiaren konposaketari buruzko hipotesi atomikoaren hastapenak eman arren, teoria horren ikuspegi modernoa John Dalton britainiarraren eskutik heldu zen. Daltonek teoria hori lau printzipiotan oinarritu zuen: elementu fisikoak atomoak izeneko partikula berdinez osaturik daude; elementu baten atomoak ez du beste elementuetakoen pisu bera; atomoak banandu daitezke eta ezin dira ez egin ez desegin. Hauetako ideia batzuk atzean gelditu dira (atomoak ezin dira banandu eta egin eta desegin daitezke). Beste ideia batzuk berriz, egungo eredu teorikoetan mantentzen dira esaterako, materiaren izaera atomikoaren printzipioa.
Robert Millikan
Fisiko estatubatuarrak (1868-1953) 1923an Fisikako Nobel Saria jaso zuen teoria atomikoa garatzeko egindako ekarpenengatik: elektroiaren karga zehaztu eta efektu fotoelektrikoaren azterketak.
Joseph John Thomson
Joseph John Thomson (1856-1940) zientzialari ingelesa ezaguna da atomoaren egituraren inguruan egindako ikerketengatik. Ikerketa horiek elektroia aurkitzera eraman zuten, fisikaren historian ezagutzen den lehen oinarrizko partikula.
Elektroia aurkitu ondoren, J.J.Thomsonek eredu atomiko bat proposatu zuen: positiboki kargatuak esfera bat elektroiak flotatzen zuten atomoaren ia materia guztiarekin. Eredu hori nahiko bakuna izateagatik baztertua izan arren, ondorengo ikerkuntzen oinarria izan zen. Ikerkuntza horiei esker atomoaren egitura zehaztu zen muin nagusi eta azal elektroniko gisa.