18.Экспериментальные основания квантовой механики.

Реальные опыты : равновесное излучение, опыты Франка-Герца,

Штерна-Герлаха, Комптона, Девиссона-Джермера. Дуализм

волна-частица. Волны де Бройля. Мысленные опыты : измерение

координаты с помощью микроскопа, с помощью щели, измерение импульса

по рассеянию рентгеновских лучей, эксперимент с полупрозрачным

зеркалом.

После открытия первой элементарной частицы-электрона в 1897 г.,были предложены модели строения атомов. В 1901 г. Томсон предложил такую модель: атом представляет собой положительно заряженное облако, внутри которого вкраплены электроны. Так как атом в нормальном состоянии нейтрален, то суммарный заряд электронов должен равняться заряду положительно заряженного облака.

В 1911 г. Резерфорд предложил новую модель внутреннего строения атома, позволившая ему объяснить парадоксальные результаты его опытов. Свою модель он назвал “планетарной “, так как она напоминала ему солнечную систему планет: в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором практически сосредоточена вся масса атома, вокруг ядра вращаются (как планеты вокруг Солнца) электроны.Эта модель была дополнена и испавлена Бором.

19. Опыты по рассеянию α-частиц

Большие успехи в исследовании строения атомов были достигнуты в опытах английского ученого Эрнеста Резерфорда по рассеянию -частиц при прохождении через тонкие слои вещества. В этих опытах узкий пучок -частиц, испускаемых радиоактивным веществом, направлялся на тонкую золотую фольгу. За фольгой помещался экран, способный светиться под ударами быстрых частиц. Было обнаружено, что болынинство -частиц отклоняется от прямолинейного распространения после прохождения фольги, т. е. рассеивается, а некоторые -частицы вообще отбрасываются назад. Рассеяние -частиц Резерфорд объяснил тем, что положительный заряд не распределен равномерно в шаре радиусом 10-10 м, как предполагали ранее, а сосредоточен в центральной части атома — атомном ядре. При прохождении около ядра -частица, имеющая положительный заряд, отталкивается от него, а при попадании в ядро — отбрасывается в противоположном направлении. Так ведут себя частицы, имеющие одинаковый заряд, следовательно, существует центральная положительно зараженная часть атома, в которой сосредоточена значительная масса атома.После этого он создал свою модель атома.

20. Опыт Франка — Герца.

Существование дискретных энергетических уровней атома подтверждается опытом Франка и Герца. В опытах использовалась трубка, заполненная парами ртути при давлении р ≈ 1 мм рт. ст. и три электрода: катод, сетка и анод.Электроны ускорялись разностью потенциалов U между катодом и сеткой. Эту разность потенциалов можно было изменять с помощью потенциометра П. Между сеткой и анодом тормозящее поле 0,5 В.Определялась зависимость тока через гальванометр Г от разности потенциалов между катодом и сеткой U. В эксперименте была получена зависимость, изображенная на рис. 6.10. ЗдесьU = 4,86 В – соответствует первому потенциалу возбуждения. Из опыта следует, что при увеличении ускоряющего потенциала вплоть до 4,86 В анодный ток возрастает монотонно, его значение проходит через максимум (4,86 В), затем резко уменьшается и возрастает вновь.   Ближайшим к основному, невозбужденному состоянию атома ртути является возбужденное состояние, отстоящее по шкале энергий на 4,86 В. Пока разность потенциалов между катодом и сеткой меньше 4,86 В, электроны, встречая на своем пути атомы ртути, испытывают с ними только упругие соударения. При  = 4,86 эВ энергия электрона становится достаточной, чтобы вызвать неупругий удар, при котором электрон отдает атому ртути всю кинетическую энергию, возбуждая переход одного из электронов атома из нормального состояния в возбужденное. Электроны, потерявшие свою кинетическую энергию, уже не смогут преодолеть тормозящий потенциал и достигнуть анода.

В итоге, опыт показал, что электроны передают свою энергию атомам ртути порциями, причем 4,86 эВ – наименьшая возможная порция, которая может быть поглощена атомом ртути в основном энергетическом состоянии.