7 Опыт Резерфорда. Строение атома по Резерфорду. Объяснение электризации тел на основе модели атома Резерфорда.

Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных (1903 г.) принадлежит Дж. Томсону. - атом это электронейтральная система шарообразной формы радиусом 10^–10 м.

Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а электроны находятся внутри него. Томсон пытался определить расположение электронов в атоме и рассчитать частоты их колебаний около положений равновесия. Однако эти попытки не увенчались успехом. Через несколько лет в опытах английского физика Э. Резерфорда было доказано, что модель Томсона неверна.

Эксперимент - Резерфорд зондировал атома с помощью α –частиц («+»), которые возникают при радиоактивном распаде радия. Масса α-частиц приблизительно в 7300 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду. В своих опытах Резерфорд использовал α-частицы со скоростью 10⁷ м/с. α-частицы – это полностью ионизированные атомы гелия. Поток α-частиц направлялся на пластину (золото, серебро, медь и др.). Электроны, входящие в состав атомов вещества пластины, из-за малой массы не могут заметно изменить траекторию α-частицы. Изменение направления движения α-частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома

Схема опыта Резерфорда по рассеянию α-частиц. K – свинцовый контейнер с радиоактивным веществом, Э – экран, покрытый сернистым цинком, Ф – золотая фольга, M – микроскоп

От радиоактивного источника, в свинцовом контейнере, α-частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, который светится под ударами α-частиц.

Вспышки на экране наблюдались через микроскоп. Наблюдения рассеянных α-частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами φ к первоначальному направлению пучка. Оказалось, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически без отклонения. Небольшая часть частиц отклоняется на углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.

В атоме Томпсона      α-частица, проходя через атом с распределенным положительным зарядом, просто отклонялась бы на определенную траекторию (рис а).

Резерфорд предположил, что отражение α-частицы обусловлено их отталкиванием от положительно заряженных частиц, обладающих массами, соизмеримыми с массой α-частицы. А частицы, которые не отклонились – прошли как бы через пустое место или рядом с электронами, масса которых очень мала и не повлияла на траекторию. α - частицы, траектория которых изменилась на определенный угол – прошли вблизи положительных частиц соизмеримой массы.

Вывод

- в центре атома находится плотное «+» ядро, диаметром –10^–15 м. Это ядро занимает только 10^–12 часть полного объема атома, но содержит весь «+» заряд и не менее 99% его массы. ( колоссальная плотность порядка ρ ≈ 10¹⁵ г/см³.)

- заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, входящих в состав атом (заряд ядра равен номеру данного элемента в таблице Менделеева).

Резерфорд предложил планетарную модель атома -в центре «+» ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, под действием кулоновских сил со стороны ядра вращаются электроны. Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро.

Атом, потерявший один или несколько электронов, уже не нейтрален, а имеет «+» заряд - положительный ион. Если лишний электрон присоединяется к нейтральному атому. В этом случае атом приобретает «-» заряд и становится отрицательным ионом.

При трении тел "трутся" именно электронные облака атомов, из которых эти тела состоят. А так как электроны слабо связаны с ядрами своих атомов, то они могут "отрываться" от атомов и переходить на другое тело. В результате на нем возникает избыток электронов (и тело приобретает «-» заряд), а на первом теле – недостаток электронов («+» заряженным). Есть вещества, электроны которых так слабо связаны со своими атомами, что могут отделяться и без трения. Достаточно простого соприкосновения тел, и они становятся заряженными. Итак, электризация трущихся тел объясняется переходом части электронов от одного тела к другому, в результате чего тела заряжаются разноименно. Именно поэтому тела, наэлектризованные трением друг о друга, всегда притягиваются.