EUGEN GOLDSTEIN: DÉCOUVERTES ET CONTRIBUTIONS - PHYSIQUE - 2025

Eugen Goldstein était un physicien allemand de premier plan, né dans la Pologne actuelle en 1850. Son travail scientifique comprend des expériences sur les phénomènes électriques dans les gaz et les rayons cathodiques.

Goldstein a identifié l'existence de protons comme des charges égales et opposées aux électrons. Cette découverte a été faite par l'expérimentation de tubes cathodiques, en 1886.

Le faisceau d'électrons est dirigé de la cathode vers l'anode.

L'un de ses héritages les plus remarquables a consisté à découvrir ce que l'on appelle aujourd'hui les protons, ainsi que les rayons canal, également appelés rayons anodiques ou positifs.

Y avait-il un modèle atomique de Goldstein?

Godlstein n'a pas proposé de modèle atomique, bien que ses découvertes aient permis le développement du modèle atomique de Thomson.

D'autre part, il est parfois crédité comme le découvreur du proton, qu'il a observé dans les tubes à vide où il a observé les rayons cathodiques. Cependant, Ernest Rutherford est considéré comme le découvreur de la communauté scientifique.

Expériences de rayons cathodiques

Tubes de Crookes

Goldstein a commencé ses expériences avec les tubes de Crookes dans les années 1970. Ensuite, il a apporté des modifications à la structure développée par William Crookes au 19ème siècle.

La structure de base du tube de Crookes consiste en un tube vide en verre, à l'intérieur duquel circulent des gaz. La pression des gaz à l'intérieur du tube est régulée en modérant l'évacuation de l'air à l'intérieur.

L'appareil comporte deux parties métalliques, une à chaque extrémité, qui agissent comme des électrodes, et les deux extrémités sont connectées à des sources de tension externes.

En électrifiant le tube, l'air s'ionise et devient conducteur d'électricité. Par conséquent, les gaz deviennent fluorescents lorsque le circuit entre les deux extrémités du tube est fermé.

Crookes a conclu que ce phénomène était dû à l'existence de rayons cathodiques, c'est-à-dire à un flux d'électrons. Avec cette expérience, l'existence de particules élémentaires avec une charge négative dans les atomes a été démontrée.

Modification des tubes de Crookes

Goldstein a modifié la structure du tube de Crookes en ajoutant plusieurs perforations à l'une des cathodes métalliques du tube.

De plus, il a répété l'expérience avec la modification du tube de Crookes, augmentant la tension entre les extrémités du tube à plusieurs milliers de volts.

Sous cette nouvelle configuration, Goldstein a découvert que le tube émettait une nouvelle lueur de l'extrémité du tube qui avait été percé.

Cependant, le point culminant est que ces rayons se déplaçaient dans la direction opposée aux rayons cathodiques et étaient appelés rayons de canal.

Goldstein a conclu que, en plus des rayons cathodiques, qui voyageaient de la cathode (charge négative) vers l'anode (charge positive), il y avait un autre rayon qui voyageait dans la direction opposée, c'est-à-dire de l'anode vers la cathode du tube modifié.

De plus, le comportement des particules vis-à-vis de leur champ électrique et magnétique, était totalement opposé à celui des rayons cathodiques.

Ce nouveau flux a été baptisé par Goldstein sous le nom de rayons de canal. Parce que les rayons du canal se déplaçaient dans la direction opposée aux rayons cathodiques, Goldstein a déduit que la nature de leur charge électrique devait également être inverse. Autrement dit, les rayons du canal étaient chargés positivement.

Rayons de canal

Les rayons de canal se produisent lorsque les rayons cathodiques entrent en collision avec des atomes dans le gaz confiné dans le tube à essai.

Les particules également chargées se repoussent. A partir de cette base, les électrons du rayon cathodique repoussent les électrons des atomes de gaz, et ces derniers sont libérés de leur formation d'origine.

Les atomes de gaz perdent leur charge négative et deviennent chargés positivement. Ces cations sont attirés vers l'électrode négative du tube, étant donné l'attraction naturelle entre des charges électriques opposées.

Goldstein a nommé ces rayons "Kanalstrahlen" pour désigner la contrepartie des rayons cathodiques. Les ions chargés positivement qui composent les rayons du canal se déplacent vers la cathode perforée jusqu'à ce qu'ils la traversent, étant donné la nature de l'expérience.

Par conséquent, ce type de phénomène est connu dans le monde scientifique sous le nom de rayons de canal, car ils traversent la perforation existante dans la cathode du tube d'étude.

Modification des tubes cathodiques

De même, les essais d'Eugen Godlstein ont également contribué de manière significative à l'approfondissement des notions techniques sur les rayons cathodiques.

Grâce à des expériences dans des tubes sous vide, Goldstein a découvert que les rayons cathodiques pouvaient projeter des ombres nettes d'émission perpendiculaires à la zone couverte par la cathode.

Cette découverte a été très utile pour modifier la conception des tubes cathodiques utilisés à ce jour et pour placer des cathodes concaves dans leurs coins, pour produire des rayons focalisés qui seraient utilisés dans une variété d'applications à l'avenir.

Les rayons de canal, également appelés rayons anodiques ou rayons positifs, dépendent directement des caractéristiques physico-chimiques du gaz contenu dans le tube.

Par conséquent, la relation entre la charge électrique et la masse des particules sera différente selon la nature du gaz utilisé lors de l'expérience.

Avec cette conclusion, le fait que les particules sortaient de l'intérieur du gaz, et non de l'anode du tube électrifié, a été clarifié.

Contributions de Goldstein

Premiers pas dans la découverte du proton

Partant de la certitude que la charge électrique des atomes est neutre, Goldstein a pris les premières mesures pour vérifier l'existence de particules fondamentales chargées positivement.

Fondements de la physique moderne

Les travaux de recherche de Goldstein ont apporté avec eux les fondements de la physique moderne, puisque la démonstration de l'existence de rayons de canal a permis de formaliser l'idée que les atomes se déplaçaient rapidement et avec un modèle de mouvement spécifique.

Ce type de notion était essentiel dans ce que l'on appelle maintenant la physique atomique, c'est-à-dire le domaine de la physique qui étudie le comportement et les propriétés des atomes dans leur intégralité.

Etude isotopique

Ainsi, les analyses de Goldstein ont donné lieu à l'étude des isotopes, par exemple, parmi de nombreuses autres applications scientifiques qui sont aujourd'hui en pleine vigueur.

Cependant, la communauté scientifique attribue la découverte du proton au chimiste et physicien néo-zélandais Ernest Rutherford à la mi-1918.

La découverte du proton, en tant que contrepartie de l'électron, a jeté les bases de la construction du modèle atomique que nous connaissons aujourd'hui.

Références

1. Expérience des rayons du canal (2016). Récupéré de: byjus.com
2. L'atome et les modèles atomiques (nd). Récupéré de: recursostic.educacion.es
3. Eugen Goldstein (1998). Encyclopædia Britannica, Inc. Récupéré de: britannica.com
4. Eugen Goldstein (nd). Récupéré de: chemed.chem.purdue.edu
5. Proton (sf). La Havane Cuba. Récupéré de: ecured.cu
6. Wikipédia, l'encyclopédie libre (2018). Eugen Goldstein. Récupéré de: es.wikipedia.org
7. Wikipédia, l'encyclopédie libre (2018). Tube de Crookes. Récupéré de: es.wikipedia.org