جوزف جان تامسون
متولد	۱۸ دسامبر ۱۸۵۶(1856-12-18)
مرگ	منچستر ۳۰ اوت ۱۹۴۰ (۸۳ سال)
محل زندگی	کمبریج
ملیت	انگلیسی
رشته فعالیت	فیزیک
دلیل شهرت	کار بر روی خواص الکتریکی گازها
جوایز	جایزه نوبل فیزیک (۱۹۰۶)
امضا

جوزف جان تامسون فیزیکدان انگلیسی بود که در سال ۱۹۰۶ جایزه نوبل فیزیک را به خاطر کار بر روی خواص الکتریکی گازها به دست آورد.

وی همچنین پدر جرج پاجت تامسون بود که او هم در سال ۱۹۳۷ نوبل فیزیک را گرفت.

آزمایش تامسون (محاسبه نسبت بار به جرم الکترون)

در آزمایش تامسون از اثر میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی استفاده شده‌است. دستگاهی که در این آزمایش مورد استفاده قرار گرفته‌است از قسمتهای زیر تشکیل شده‌است:

الف ) اطاق یونش که در حقیقت چشمه تهیه الکترون با سرعت معین می‌باشد بین کاتد و آند قرار گرفته‌است. در این قسمت در اثر تخلیه الکتریکی درون گاز ذرات کاتدی ( الکترون ) بوجود آمده بطرف قطب مثبت حرکت می‌کنند و با سرعت معینی از منفذی که روی آند تعبیه شده گذشته وارد قسمت دوم می‌شود. اگر بار الکتریکی کیو تحت تاثیر یک میدان الکتریکی بشدت ای قرار گیرد، نیروییکه از طرف میدان بر این بار الکتریکی وارد می‌شود برابر است با:

F= q.E

در آزمایش تامسون چون ذرات الکترون می‌باشند کیو مساوی منفی ای بنابراین:

F= -eE

از طرف دیگر چون شدت میدان ای در جهت پتانسیلهای نزولی یعنی از قطب مثبت بطرف قطب منفی است بنابراین جهت نیروی اف در خلاف جهت یعنی از قطب منفی بطرف قطب مثبت می‌باشد. اگرایکس فاصله بین آند و کاتد باشد کار نیروی اف در این فاصله برابر است با تغییرات انرژی جنبشی ذرات . از آنجاییکه کار انجام شده در این فاصله برابراست با مقدار بار ذره در اختلاف پتانسیل موجود بین کاتد وآند بنابراین خواهیم داشت

ev۰ =½m۰v۲

که در آن وی اختلاف پتانسیل بین کاتد و آند ای بار الکترون وی سرعت الکترون و m۰ جرم آن می‌باشد. بدیهی است اگر v۰ زیاد نباشد یعنی تا حدود هزار ولت رابطه فوق صدق می‌کند یعنی سرعت الکترون مقداری خواهد بود که می‌توان از تغییرات جرم آن صرفنظ نمود . بنابراین سرعت الکترون در لحظه عبور از آند بسمت قسمت دوم دستگاه برابر است با:

v = √(۲e v۰/ m۰)

ب) قسمت دوم دستگاه که پرتو الکترونی با سرعت v وارد آن می‌شود شامل قسمتهای زیر است :

۱- یک خازن مسطح که از دو جوشن A وB تشکیل شده‌است اختلاف پتانسیل بین دو جوشن حدود دویست تا سیصد ولت می‌باشد اگر پتانسیل بین دو جوشن را به v۱ و فاصله دو جوشن را به d نمایش دهیم شدت میدان الکتریکی درون این خازن E = v۱/d خواهد بود که در جهت پتانسیلهای نزولی است.

۲- یک آهنربا که در دو طرف حباب شیشه‌ای قرار گرفته و در داخل دو جوشن خازن: یک میدان مغناطیسی با شدت B ایجاد می‌نماید . آهنربا را طوری قرار دهید که میدان مغناطیسی حاصل بر امتداد ox امتداد سرعت - و امتداد oy امتداد میدان الکتریکی - عمود باشد.

پ) قسمت سوم دستگاه سطح درونی آن به روی سولفید آغشته شده که محل برخورد الکترونها را مشخص می‌کند.

وقتی الکترو از آند گذشت و وارد قسمت دوم شد اگر دو میدان الکتریکی و مغناطیسی تاثیر ننمایند نیرویی بر آنها وارد نمی‌شود لذا مسیر ذرات یعنی پرتو الکترونی مستقیم و در امتداد ox امتداد سرعت ) خواهد بود و در مرکز پرده حساس p یعنی نقطه p۰ اثر نورانی ظاهر می‌سازد.

اگر بین دو جوشن خازن اختلاف پتانسیلv۱ را برقرار کنیم شدت میدان الکتریکی دارای مقدار معین E خواهد بود و نیروی وارد از طرف چنین می‌دانی بر الکترون برابر است با FE = e E این نیرو در امتداد oy و در خلاف جهت میدان یعنی از بالا به پایین است.

میدان مغناطیسی B را طوری قرار می‌دهند که برسرعت v عمود باشد . الکترون در عین حال در میدان مغناطیسی هم قرار می‌گیرد و نیرویی از طرف این میدان بر آن وارد می‌شود که عمود بر سرعت و بر میدان خواهد بود . اگر این نیرو را بصورت حاصلضرب برداری نشان دهیم برابر است با:

FM = q.(VXB) در اینجا q = e پس:

FM = q.(VXB)

و مقدار عددی این نیرو مساوی است با F = e v B زیرا میدان B بر سرعت v عمود است یعنی زاویه بین آنها ۹۰ درجه و سینوس آن برابر واحد است. اگر میدان B عمود بر صفحه تصویر و جهت آن بجلوی صفحه تصویر باشد امتداد و جهت نیروی FM در جهت oy یعنی در خلاف جهت FE خواهد بود. حال میدان مغناطیسی B را طوری تنظیم می‌نمایند کهFE = FM گردد و این دو نیرو همدیگر را خنثی نمایند. این حالت وقتی دست می‌دهد که اثر پرتو الکترونی روی پرده بی تغییر بماند پس در این صورت خواهیم داشت:

FM = FE

       e.v.B = e E

       v = E/ B 

چون مقدار E و B معلوم است لذا از این رابطه مقدار سرعت الکترون در لحظه ورودی به خازن بدست می‌اید . حال که سرعت الکترون بدست آمد میدان مغناطیسی B را حذف می‌کنیم تا میدان الکتریکی به تنهای بر الکترون تاثیر نماید . از آنجاییکه در جهت ox نیرویی بر الکترون وارد نمی‌شود و فقط نیروی FE بطور دائم آنرا بطرف پایین می‌کشد لذا حرکت الکترون در داخل خازن مشابه حرکت پرتابی یک گلوله در امتداد افقی می‌باشد و چون سرعت الکترون را نسبتا کوچک در نظر می‌گیریم معادلات حرکت الکترون ( پرتو الکترونی ) در دو جهت ox و oy معادلات دیفرانسیل بوده و عبارت خواهد بود از

m۰(d۲x /dt۲)/span>=۰ در امتداox

 m0d2y /dt2)=e. E      در امتداoy 

با توجه به اینکه مبدا حرکت را نقطه ورود به خازن فرض می‌کنیم اگر از معادلات فوق انتگرال بگیریم خواهیم داشت:

y=(۱/۲)(e.E)t۲/m۰

x=v.t

معادلات فوق نشان می‌دهد که مسیر حرکت یک سهمی است و مقدار انحراف پرتو الکترونی از امتداد اولیه (ox ) در نقطه خروج از خازن مقدار y در این لحظه خواهد بود . اگرطول خازن را به L نمایش دهیم x = L زمان لازم برای سیدن به انتهای خازن عبارت خواهد بود از t = L / v اگر این مقدار t را در معادله y قرار دهیم مقدار انحراف در لحظه خروج از خازن به دست می‌آید:

Y = ½ e( E/m۰) ( L/ v )۲

    e/ m۰ = ( ۲y/ E ) ( v/ L )۲

که در آن v سرعت الکترون که قبلا بدست آمده‌است. L و E بترتیب طول خازن و شدت میدان الکتریکی که هر دو معلوم است پس اگر مقدار y را اندازه بگیریم بار ویژه یا e/m۰ محاسبه می‌شود.

پس از خروج الکترون از خازن دیگر هیچ نیرویی بر آن وارد نمی‌شود بنابراین از آن لحظه به بعد حرکت ذره مستقیم الخط خواهد بود و مسیر آن مماس بر سهمی در نقطه خروج از خازن است . اگر a فاصله پرده از خازن یعنی D P۰ باشد می‌توانیم بنویسیم:

P۰P۱ = y + DP۰ tgθ

tgθعبارتست از ضریب زاویه مماس بر منحنی مسیر در نقطه خروج از خازن و بنابراین مقدار یست معلوم پس باید با اندازه گرفتن فاصله اثر روی پرده( P۰ P۱)به مقدار y رسید و در نتیجه می‌توانیم e/ m۰ را محاسبه نماییم.

مقداری که در آزمایشات اولیه بدست آمده بود ۱۰۸×۷/۱ کولن بر گرم بود مقداریکه امروزه مورد قبول است و دقیقتر از مقدار قبلی است برابر ۱۰۸×۷۵۸۹/۱ کولن بر گرم است.

علاوه بر تامسون، میلیکان نیز از سال ۱۹۰۶ تا ۱۹۱۳ به مدت هفت سال با روشی متفاوت به اندازه گیری بار الکترون پرداخت.

برندگان جایزه ی نول فیزیک (۱۹۰۱ـ ۱۹۲۵)

ویلهلم کنراد رونتگن (۱۹۰۱) · هندریک لورنتز / پیتر زیمان (۱۹۰۲) · هانری بکرل / پیر کوری / ماری کوری (۱۹۰۳) · جان استرات (۱۹۰۴) · فیلیپ لنارت (۱۹۰۵) · جوزف جان تامسون (۱۹۰۶) · آلبرت آبراهام مایکلسون (۱۹۰۷) · گابریل لیپمن (۱۹۰۸) · گولیلمو مارکونی / کارل فردیناند برون (۱۹۰۹) · یوهان دیدریک وان در والس (۱۹۱۰) · ویلهلم وین (۱۹۱۱) · گوستاف دالن (۱۹۱۲) · هایک کامرلینگ اونس (۱۹۱۳) · ماکس فون لائو (۱۹۱۴) · ویلیام لورنس براگ / ویلیام هنری براگ (۱۹۱۵) · چارلز گلوور بارکلا (۱۹۱۷) · ماکس پلانک (۱۹۱۸) · یوهان اشتارک (۱۹۱۹) · شارل ادوارد گیوم (۱۹۲۰) · آلبرت اینشتین (۱۹۲۱) · نیلز بور (۱۹۲۲) · رابرت میلیکان (۱۹۲۳) · کارل مان گیورگ سیگبن (۱۹۲۴) · جیمز فرانک / گوستاو هرتز (۱۹۲۵)