§3 Опыты Резерфорда.
Резерфорд зондировал тонкие слои вещества (фольга) α-частицами
В вакуумной камере на иголке помещено радиоактивное вещество, излучающее α-частицы, последние проходят через диафрагму на золотую фольгу (?) и цилиндр фарадея, который можно поворачивать.
α-частицы – двукратно ионизированный атом гелия.
N=f(φ) – число прошедших частиц. Чем меньше угол, тем меньше частиц рассеившихся под этим углом.
1/20 000 частиц : φ = 180
Резерфорд интерпретировал результат следующим образом:
В центре атома находится + заряженное ядро, размер которого Rя=10-15 – 10 -14 м
А вокруг расположены электроны. Ядро составляет ~ 1/100 000 всего атома
Атом можно представить как сферу с радиусом 1 км, а ядро с копеечную монету.
После этого открытия утвердилась ядерная (планетарная) модель атома:
В центре находится ядро а вокруг электроны. Заряд ядра +Ze, число электронов – Z
На каждый электрон со стороны ядра действует сила кулона
Fкл = Ze2/4Piε0r = kZe2/r2
k=1/4Piε0
В неподвижном состоянии система не может существовать, поэтому должна вращаться.
Fкл – центростремительная сила
Основное условие устойчивости электрона на орбите:
kZe2/r2 = mV2/2
§4 Энергия электрона в атоме.
kZe2/2r2 = mV2/2r
кинетическая энергия в атоме :
T = kZe2/2r
В атоме водорода Z=1 а T=ke2/2r
Потенциальная энергия электрона в атоме
F= - kZe2dr/r2
dU = - dA
dU= kZe2dr/r2
U=(интеграл от бесконечности до r)( kZe2dr/r2) = - kZe2/r
U= - kZe2/r
U= - ke2/r – водород
E = T + U = kZe2/2r - kZe2/r
E = - kZe2/2r
Ближе к ядру энергия убывает
Опыты Резерфорда
1.Установили что в центре атома находится положительный заряженное ядро
2.Дали возможность оценить размер ядра
3.Объяснили физический смысл порядкового номера Z в таблице Менделеева (заряд ядра, число электронов)
4.Доказали справедливость закона Кулона для взаимодействия микрочастиц (α-частиц)
Глава 3. Теория Бора. §1 Несостоятельность классической модели атома.
1.Не объясняет долговечность атома
По классической модели излучение атома происходит непрерывно, электрон движется с ускорением a=V2/r
Атом (?) излучает электромагнитные волны, а значит атом должен терять энергию
E = - kZe2/2r
В таком случае радиус орбиты должен непрерывно убывать, в конце концов электрон должен упасть а атом прекратить своё существование.
Однако атомы живут долго, за исключением некоторых изотопов.
2.Объяснение спектра излучения
Орбита уменьшается, частота ω увеличивается
Спектр должен быть сплошным (радуга, а.ч.т)
А эксперимент показывает, что спектр линейчатый.
§2 Постулаты Бора. (1913)
Бор отказался от классического подхода к излучению.
Он ввел постулаты без теоретического обоснования.
1.Постулат о стационарных состояниях.
В стационарном состоянии атом не излучает энергию
E стационарного состояния представляет дискретный ряд значений E1, E2, E3… En (именно такие, а не промежуточные).
Энергия электрона в атоме квантуется (принимает только дискретные значения)
2.Правило частот Бора.
Излучение атома происходит только при переходе с одного стационарного состояния в другое
Отсюда υ = (Ej - Ei)/h
Добавление:
3.Правило квантования круговых орбит.
Стационарная орбита – та, у которой момент импульса равен произведению n и h с чертой
mVr = nћ для водорода и водородоподобных атомов (атомов у кот. Удалены все электроны)
ћ = h/2Pi = 1,05 * 10 -34 Дж с n = 1,2,3…
mV – импульс электрона
mVr – момент импульса