Модель - резерфорд - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Модель - резерфорд

Cтраница 1

Модель Резерфорда непонятна с точки зрения классической электродинамики: во время вращения в электрическом поле ядра электрон должен быстро терять энергию излучением, отчего его орбита должна уменьшаться до тех пор, пока он не упадет на ядро. Между тем атомы очень стабильны. [1]

Схема экспериментальной установки Резерфорда для исследования рассеяния а-частиц очень тонкой металлической фольгой. Источником а-частиц служил радиоактивный полоний, помещенный в свинцовый блок, который защищал все окружающее от радиации и пропускал только узкий пучок а-частиц. Золотая фольга имела толщину около 6 10 - 5 Большая часть а-частиц проходила сквозь золотой листок без отклонения или с очень небольшими отклонениями ( а. Небольшая часть а-частиц отклонялась на значительные углы ( в, и отдельные частицы даже рикошетировали от фольги ( с и обнаруживались по свечению люминесцентного экрана или счетчика, находившегося с той же стороны от фольги, что и источник.| Ожидаемые результаты эксперимента Резерфорда по рассеянию а-частиц, основанные на модели атома, предложенной Томсоном ( а, и модели атома, к которой пришел Резер-форд ( б. Согласно модели Томсона, масса атома распределена по всему его объему и отрицательно заряженные электроны однородно разбросаны внутри положительно заряженной части атома. такая модель предполагает, что пучок положительно заряженных а-частиц должен претер. [2]

Согласно модели Резерфорда, весь положительный заряд и практически вся масса атома сконцентрированы в его крошечном ядре. Большая часть а-частиц проходит сквозь фольгу, не претерпевая отклонений. Но, проходя вблизи ядра, а-частица резко сворачивает со своего пути, а лобовое столкновение с ядром заставляет ос-частицу повернуть в противоположном направлении. [3]

Используя модель Резерфорда, классическая физика дошла до пределов своих возможностей в объяснении свойств атома. Трудности, рассмотренные в конце предыдущей главы, ясно показали, что продвинуть нас в этом вперед могут только принципиально новые идеи, относящиеся к основам физики. Но трудности, вскрытые моделью Резерфорда, отнюдь не явились первым указанием на то, что в физике необходимы коренные изменения. В конце истекшего столетия успехи классической волновой теории света были омрачены затруднениями, сходными с теми, с которыми встретилась модель Резерфорда в отношении законов динамики. [4]

Согласно модели Резерфорда, электроны движутся вокруг атомного ядра с большим центростремительным ускорением. Ускоренно движущийся заряд по законам электродинамики, установленным Максвеллом, должен непрерывно излучать электромагнитные волны. При этом частота излучения атомных электронов должна быть равна частоте их обращения вокруг ядра. [5]

Однако модель Резерфорда, уподобившего атом солнечной системе, не сразу была принята физиками, так как она противоречила электромагнитной теории Максвелла. Эта теория утверждала, что вращающиеся электроны должны непрерывно испускать свет, терять при этом свою кинетическую энергию и рано или поздно упасть на ядро. [6]

Видимый спектр атомарного водорода 10. [8]

Согласно модели Резерфорда, энергия атома должна уменьшаться непрерывно за счет излучения, образующего сплошной спектр. Однако экспериментально установлено, что все атомные спектры имеют дискретный ( линейчатый) характер. Спектр служит одной из важнейших характеристик атома и отражает его внутреннее строение. На рис. 1.1 приведен линейчатый спектр водорода. В видимой области спектра атома водорода имеются только четыре линии, они обозначаются Н, Нр, Нт, HJ. В прилегающей к видимой ультрафиолетовой области имеется еще несколько линий, которые вместе с указанными четырьмя образуют серию линий. [9]

Достоверность модели Резерфорда была подтверждена дальнейшими исследованиями. Вокруг ядра имеется ровно столько электронов, чтобы они компенсировали заряд ядра. [10]

Анализируя затруднения модели Резерфорда, ученые обратили внимание на еще один непонятный факт. Электроны, вращающиеся вокруг ядра, должны излучать с частотой, равной частоте их обращения. Но при падении электрона на ядро радиус орбиты электронов уменьшается, частота вращения возрастает, следовательно, спектр излучения резерфордовского атома должен был бы быть непрерывным. Этот своеобразный паспорт атомов составляет основу для химического анализа различных веществ. [11]

Все положения модели Резерфорда, кроме последне - го - шестого, современная наука считает правильными. [12]

Структура атома по модели Резерфорда подобна строению планетной системы: в центре атома находится ядро, вокруг которого по замкнутым траекториям движутся электроны. Но электрический заряд не излучает электромагнитной энергии лишь в состоянии покоя или инерциалыюго движения. Движущийся с огромным центростремительным ускорением электрон в атоме Резерфорда должен интенсивно излучать, а так как запас его потенциальной энергии в поле ядра при этом быстро убывает и не пополняется, он будет двигаться по спирали и упадет на ядро. [13]

Бор, используя модель Резерфорда и теорию Планка, предложил модель строения атома водорода, согласно которой электроны двигаются вокруг ядра не по любым, а лишь по разрешенным орбитам, на которых электрон обладает определенными энергиями. При переходе электрона с одной орбиты на другую атом поглощает или испускает энергию в виде квантов. [14]

Нужно было подправить модель Резерфорда, и сделал это Нильс Бор2 в 1913 г. Электронам в модели Бора разрешается вращаться только по определенным орбитам, где они обладают строго заданными энергиями. Изменять эту энергию электроны могут только скачком, излучая и поглощая кванты при переходе с одной орбиты на другую. Такое квантовое поведение электронов в атоме позволяет объяснить многое - в частности, устойчивость атома и атомные спектры. Эту модель порой и сейчас используют для упрощенного объяснения квантовых явлений. Но она противоречит соотношению неопределенностей. Ведь при движении даже по квантовой орбите импульс и координата могут быть определены одновременно, а в микромире, как мы теперь знаем, такого быть не может. [15]

Страницы: 1 2 3 4