Билет № 20 Опыты Резерфорда по рассеянию α - частиц. Ядерная модель атома. Квантовые постулаты Бора. Лазеры.

Понятие об атоме как о наименьшей неделимой части материи было впервые сформулировано древнегреческими философами. Однако в конце XIX — начале XX века физиками были открыты частицы, из которых состоит атом, и стало ясно, что атом в действительности не является «неделимым». Простейшую модель атома предложил английский учёный Томсон. Томсон предположил, что атомы состоят из положительно заряженной сферы, в которую вкраплены электроны. Эта модель атома получила среди ученых прозвище "кекс с изюмом", (где "изюминки" - это электроны), а положительный заряд равномерно распределён по всему объёму. В 1911г. английский учёный Резерфорд провёл опыты по зондированию атомов α -частицами (ядра атомов гелия).

Если на пути α -частиц не было фольги, то все частицы оказывались в центре экрана. Если на пути α -частиц поставить тонкую золотую фольгу, то подавляющая часть α - частиц проходила сквозь фольгу практически без отклонения или с отклонением на малые углы, но небольшая часть α -частиц отклонялась на значительные углы, достигающие почти 180°. Резерфорд пришёл к выводу, что полученное в эксперименте распределение α -частиц возможно только в том случае, если внутри атома имеется чрезвычайно сильное электрическое поле, которое создаётся положительным зарядом, связанным с большой массой и сконцентрированным в очень малом объёме. И он решил, что атом устроен наподобие планетной системы: в центре находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома; и отрицательные электроны, обращающиеся вокруг ядра по замкнутым орбитам. Между ядром и электронами – пустота. Частицы, которые отклонились на большие углы, попали в ядро. Частицы, которые не изменили траекторию движения, пролетели в пустоте между ядром и электроном. В результате опытов были проведены измерения размеров ядра: 10^–13 -10^–14 м (т. е. ядро в 10000 раз меньше атома).

Электроны, вращаясь вокруг ядра, теряют энергию на излучение и должны упасть на ядро. Но атом устойчив! В 1913г датский физик Бор выдвинул два постулата (утверждения):

1. В атоме существуют некоторые стационарные состояния, не изменяющиеся во времени без внешних воздействий. В этих состояниях атом не излучает электромагнитные волны

2.При переходе атома из одного стационарного состояния в другое им излучается или поглощается один квант энергии.

Оказалось возможным использовать вынужденное излучение для усиления электромагнитных волн в устройствах – лазерах.

Лазер, источник электромагнитного излучения видимого, инфракрасного и ультрафиолетового диапазонов, основанный на вынужденном излучении атомов и молекул. Слово "лазер" составлено из начальных букв (аббревиатура) слов английской фразы, означающей "усиление света в результате вынужденного излучения". В советской литературе употребляется также термин "оптический квантовый генератор". Создание лазеров (1960) и несколько ранее мазеров (1955) послужило основой развития нового направления в физике и технике, называется квантовой электроникой. В 1964г. советским физикам Н. Г. Басову, А. М. Прохорову и американскому физику Ч. Таунсу за работы в области квантовой электроники присуждена Нобелевская премия по физике. Лазер - источник света. По сравнению с другими источниками света лазер обладает рядом уникальных свойств, связанных с высокой направленностью его излучения. Лазеры применяют для космической связи, для испарения материалов в вакууме, в медицине при проведении хирургических операций, для воспроизведения голографических изображений, с помощью лазеров измеряют расстояния до предметов очень точно.