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Joseph John Thomson der Entdecker des Elektrons

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Joseph John Thomson der Entdecker des Elektrons

Vor 150 Jahren wurde Joseph John Thomson geboren. Er entdeckte 1897 das Elektron und erhielt dafür den Nobelpreis für Physik. Er stellte das erste Atommodell auf, das später durch Ernest Rutherford wiederlegt wurde.

Thomson wurde am 18. Dezember 1856 in England nahe Manchester geboren. Seine Eltern waren Schotten gewesen. Über seine Kindheit ist nichts bekannt. Am Owens College studierte er Ingenieurswissenschaften, wechselte nach Cambridge und wurde am Trinity-College Professor für Physik.
1897 wies er nach, dass Kathodenstrahlen aus geladenen Teilchen bestehen. Durch ein stark verbessertes Vakuum konnte er das Verhältnis von Ladung zu Masse bestimmen. Den Begriff Elektronen prägte aber nicht Thomson, sondern sein Physiker-Kollege George J. Stoney.

Was ist ein Elektron?

Alle Stoffe dieser Welt bestehen aus unglaublich winzigen Teilchen, die man Atome nennt. Dieses Atom besteht aus einem inneren Teil, den so genannten Kern, der aus Protonen und Neutronen zusammengesetzt ist, und eben jenen Elektronen, die diesen Kern mit rasender Geschwindigkeit umkreisen. Je größer die Anzahl der Teilchen ist, desto schwerer ist das Atom. Es gibt Atome, die mehrere hundert Elektronen haben. Das Wasserstoffatom ist das leichteste, denn es besteht aus nur einem Proton, das von einem einzigen Elektron umkreist wird.

Das Thomsonsche Atommodell

Motiviert durch seine Entdeckung der Elektronen, entwickelte Thomson das so genannte Rosinenkuchenmodell, wonach die sehr kleinen Elektronen im Inneren der Atome eingebettet seien wie Rosinen in einem Kuchenteig. Er ging davon aus, dass das Atom aus gleichmäßig verteilter Masse und positiver Ladung besteht, in denen sich die Elektronen bewegen. Damit hatte er schon 1903 ein Atommodell aufgestellt, das den Atomen eine innere Struktur zuschrieb. Schon sechs Jahre später wurde es durch Ernest Rutherford, einen Schüler Thomsons, wiederlegt.

Das Rutherfordsche Atommodell

Hans Geiger, Ernest Marsden und Ernest Rutherford führten 1909 den rutherfordschen Streuversuch durch, der zeigte, dass die positive Ladung in einem Atomkern vereinigt ist.
Dabei wurde die Streuung von Alpha-Teilchen an Gold-Atomkernen untersucht. Die Verteilung der gestreuten Teilchen lässt auf die Struktur des Streuzentrums rückschließen. Die Teilchenbahnen sind Hyperbeln, ähnlich den Kometenbahnen. Dies führte zur Erkenntnis, dass die positive Ladung in den Atomen sich auf einen kleinen Raum im Atomzentrum konzentriert.
Damit widerlegten sie das Thomsonsche Atommodell, das die positive Ladung des Atoms homogen in einer Kugel verteilt sah.
1911 löste das Rutherfordsche Atommodell Thomsons Bild ab: Hier liegen die positive Ladung und fast die gesamte Masse des Atoms in einem kleinen Atomkern. Die Hülle des Atoms bestand bei Rutherford aus einzelnen, homogen verteilten, negativen Ladungen. Der Betrag der Summe dieser negativen Ladungen ist gleich dem Betrag der positiven Ladung des im Zentrum des Atoms liegenden Kerns. Die Gesamtladung des Atoms ist damit neutral.
Dieses Atommodell wurde später von Niels Bohr weiterentwickelt, der die Elektronen um den Kern kreisen lies und das so genannte Planetenmodell entwickelte. Mehr darüber erfährst du, wenn du den untenstehenden Link anklickst.

Nobelpreis für Physik

Den Nobelpreis erhielt Joseph John Thomson im Jahr 1906 allerdings nicht für die Entdeckung des Elektrons, sondern für seine Forschungen über die elektrische Leitfähigkeit von Gasen.
1908 wurde Thomson zum Ritter geschlagen, 1912 verlieh man ihm der Order of Merit. Von 1918 bis zu seinem Tod im Jahr 1940 war er Leiter des Trinity College.

Forscherfamilie

Auch in Thomsons Privatleben hatte die Forschung eine große Rolle gespielt. 1890 heiratete er die Forscherin Rose Elizabeth Paget. Sie hatten zwei Kinder, Joan Paget Thomson und George Paget Thomson, der sich sehr für die Arbeiten seines Vaters interessierte und als Physiker ebenfalls die Elektronen erforschte. 1937 erhielt auch er zusammen mit Clinton Joseph Davisson den Physik-Nobelpreis für die Entdeckung der Elektronenbeugung am Kristallgitter.

Mehr über Elektronik findest du im WAS IST WAS Band 47.

Text: RR, 18. 12. 2006

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