45. Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц веществом. Ядерная модель атома.

Опыты по рассеянию альфа-частиц

Большие успехи в исследовании структуры атомов были достигнуты в опытах Резерфорда по изучению рассеяния быстрых заряженных частиц при прохождении через тонкие слои вещества.

Опыт заключался в следующем: Свинцовый контейнер содержал радиоактивный элемент, излучающий α-частицы. В то время было уже известно, что α-частица имеет положительный заряд, равный удвоенному элементарному заряду, и что при потере этого заряда (при присоединении двух электронов) α-частица превращается в атом гелия. Суть опыта: Исследование распределения α-частиц после прохождения золотой плёнки (толщина плёнки 10^-6÷ 10^-7м). Анализируется, сколько α-частиц попало в каждую точку сферического экрана в трёхмерном пространстве.

Результаты опыта: – подавляющее количество α-частиц прошло через плёнку металла и попадало на экран непосредственно по ходу α-частиц; – однако, в любых других точках экрана также регистрировались α-частицы вплоть до 180° отражения.

Анализ привёл к следующему представлению модели атома:

1. атом по Резерфорду очень рыхл;

2. атом имеет ядро – малое по сравнению с размерами атома (R_ядра≈ 10^-15м, R_атома≈ 10^-10м);

3. в ядре сосредоточены положительные заряды;

4. окружение ядра составляет электроны, так как атом в целом нейтрален;

5. вся масса атома сосредоточена в ядре ( ∑ m_e≈ 10^-4m_ядра).

Представленная Резерфордом модель атома была названа планетарной моделью.

Недостаток: Атомы по Резерфорду неустойчивы. Со временем, в результате Кулоновского взаимодействия электроны должны были упасть на ядро.

Неустойчивость атома Резерфорда (Ядерная модель атома)

Опыты по рассеянию α-частиц при прохождении их через тонкие металличаские слои показали, что некоторое количество α-частиц рассеивается на очень большие углы (почти до 180°). Основываясь на результатах этих опытов, Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель атома.

В центре атома находится положительно заряженное ядро с зарялом +Ze, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Размеры ядра намного меньше размеров атома. Вокруг ядра под действием кулоновских сил движутся легкие электроны, так что 

где Ze — заряд ядра, e — заряд электрона, взятый по модулю, υ — скорость электрона, m — его масса, r — радиус орбиты, ε_o — электрическая постоянная, равная 8,85*10^-12Φ/м.

Как известно, любое ускореннное движение электрических зарядов сопровождается излучением электромагнитных волн. Движеие по окружности является ускоренным движением, поэтому электрон в атоме должен излучать электромагнитные волны с частотой, равной частоте его обращения вокруг ядра. Это должно приводить к уменьшению энергии электрона, постепенному его приближению к атомному ядру и, наконец, падению на ядро. Таким образом, атом, состоящий из атомного ядра и обращающихся вокруг него электронов, согласно законам классической физики неустойчив. Он может существовать лишь короткое время, за которое электроны израсходуют всю свою энергию на излучение и упадут на ядро. Но в действительности атоммы устойчивы.