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物理学家——威尔逊

科普小知识2022-07-13 14:32:09
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查尔斯·托马森·里斯·威尔逊于1869年2月14日出生在英格兰爱丁堡附近的嘉能可。他的父亲在苏格兰以他在牧羊场的实验而闻名。威尔逊于1892年毕业于剑桥大学悉尼苏塞克斯学院,后来在剑桥大学医学系担任实验研究员和实验演示者。

当时,卢瑟福和其他一些年轻科学家是剑桥大学卡文迪许实验室的研究生。威尔逊经常和他们一起参加餐后讨论。1894年,威尔逊在英国第一座山峰——苏格兰本内维斯峰的天文台呆了几个星期。在那里,他看到了阳光照射在云朵上的美妙景象,这让他想在实验室里复制它们,这让他走上了发明云室的道路。

1895年,他设计了一套设备来凝结水蒸气形成云。当时,人们认为要凝结水蒸气,每个雾滴必须有一个灰尘为核心。威尔逊小心翼翼地清除了仪器上的灰尘,发现不需要灰尘。当X射线照射到云室时,云立即出现,这证明以离子为中心发生了凝结。经过四年的研究,他得出结论,当无尘空气的体积膨胀比为1.25时,负离子开始成为凝结核。当膨胀率为1.28时,负离子都变成凝结核。对于正离子,当膨胀率为1.31时,它们开始成为凝聚核,当膨胀率为1.35时,它们都成为凝聚核。另一方面,他还指出,离子的电荷对水蒸气分子产生作用力,这有助于雾滴的膨胀。1912年,威尔逊向云室添加了捕捉带电粒子轨迹的摄影设备,使其成为研究射线的重要工具。云室用于捕捉α粒子的图像。

1927年,威尔逊因发明云室与康普顿分享了诺贝尔物理学奖。

威尔逊还开发了一种灵敏的静电计,它利用系留气球上升到不同的高度来测量大气中的电场。人们发现,在晴朗的天空中,总有一个指向地面的电场,电位梯度为100伏/米至200伏/米。整个地球的总负电荷约为5× 105摄氏度。威尔逊从他的云室研究中得知,聚集在负电荷核心的水滴很大。他认为雨云必须在顶部带正电,在底部带负电,所以雨云落下给地球带负电。

1959年11月15日,威尔逊在苏格兰的卡罗佩斯去世,享年90岁。1956年,当他87岁的时候,他是英国皇家学会最老的成员,也向该学会提交了他的最后一篇论文,“雨和云电的原理”。