Бор ұсынған атом теориясының қайшылықтары мен кемшiлiктерi.
Бор постулаттары. Атомның энергия деңгейлерiнiң диаграммасы. Аталған қарама-қайшылықтарды шешу үшін жаңа түсінiктер қажет болды. Н.Бор (1913) алғаш болып атомның планетарлық моделiн ендi ғана жаңадан пайда бола бастаған кванттық теориямен (Планк гипотезасы) байланыстыру керектiгiн алғашқы болып түсіндi. Сонымен Бор атомның кванттық теориясын жасауға бiрiншi болып ұмтылыс жасады. Бұл теория ескiргенiне қарамастан, жеткiлiктi қарапайым, бiрталай құбылыстарды көрнекi түсіндiруге мүмкіндiк бередi. Сондықтан да қазiргi уақытта да мәселен, стационарлықкүйлер ұғымын енгiзгенде, қолданылады.
Бор теориясының негiзiне екi постулат алынған.
1-постулат(стационарлықкүйлер постулаты: атомды нақты дискреттiк энергия мәндерiмен сипатталатын стационарлық уақытқа байланысты өзгермейтiн күйлер болады, бұл күйлерде ол энергия шығармайды. Атомның стационарлықкүйлерiне стационарлық орбиталар сәйкес келедi; осы орбиталар бойынша электрондар қозғалады. Электрондар стационарлық орбиталар бойымен қозғалғанда электромагниттiк толқындар шығармайды.
Атомның стационарлықкүйiндегi дөңгелек орбита бойынша қозғалатын электронның импульс моментi
(6.6)
шартын
қанағаттандыратын дискреттi квантталған
мәндер қабылдауы тиiс; мұндағы me-электрон
массасы, n-радиусы
rnn-i
орбитадағы оның жылдамдығы;
.
2-постулат(жиiлiктер ережесi): атом бiр стационарлық күйден басқасына ауысқан жағдайда энергиясы тиiстi стационарлық күйлер энергияларының айырымына тең
(6.7)
фотон шығарылады (жұтылады).
болған
жағдайда фотон шығарылады,
болғанда фотон жұтылады. Мүмкін болатын
кванттық ауысуларға сәйкес келетiн
дискреттiк
жиiлiктер жиыны атомның сызықтық спектрiн анықтайды.
Бор постулаттары классикалық физика түсінiктерiмен қарама-қайшы келедi. Бiрақ атом дүниесiн бейнелеуде дәл түсінiктерден бас тарту және Планк тұрақтысының енгiзiлуi революциялық физикалық идеялардың ұсынылуына және қазiргi кванттық теорияның жасалуына алып келдi.
Бiрiншi постулат орнықты атомның болатындығын растайды. Ал екiншi постулат тiкелей комбинациялық принциппен байланысқан. Шынында да, (6.7) формуладан (6.4) формуланы пайдаланғанда мына формула шығады
(6.8)
Осыдан n-күйдегi атом энергиясы T(n) терммен мына қатынаспен байланысқандығы көрiнедi
(6.9)
Сыртқы фотоэффект құбылысын қалай түсінесіз? Фотоэффекттің “қызыл шекарасы” деген не? Фотоэффект заңдарына сипаттама жасаңыз. Эйнштейн теңдеуі негізінде фотоэффекттің екінші және үшінші заңдарын қорыту.
Сыртқы фотоэффект деп заттың электромагниттік сәуле (жарық) әсерінен электрондарды шығаруын айтады. Фотоэффекті 1887ж. Г. Герц ашты, кейіннен орыс ғалымы А.Г.Столетов зерттеді.
Катодқа толқын ұзындығы әр түрлі жарық түсіріп, сәулелеу арқылы фотоэффектің мынадай негізгі заңдылықтары тағайындалған:
Қанығу фототогы түскен (спектрлік құрамы бірдей) жарық ағынына пропорционал. Ол деген сөз, жарықтың әрекетінен секунд сайын жұлынып шығатын электрондар саны, жарық интенсивтігіне тура пропорционал (А. Г. Столетов заңы).
Әрбір металл үшін электрондарды жұлып шығарудыңең кішіνminжиілігі (немесеең үлкен толқын ұзындығыλmax) болады. Егер фотоэффектінің қызыл шекарасы деп аталатын осы λmaxшекарадан толқын ұзындығы асып кетсе, (немесе жиілігі νminтолқын жиілігінен аз болса), онда жарықтың интенсивтілігі жоғары болғанына қарамастан фотоэлектрондар бөлініп шықпайды. (Ф. Ленард, 1889).
Фотоэлектрондардың ең үлкен (max) кинетикалық энергиясы түсетін жарықтың интенсивтігіне тәуелді емес, ол сәуле жиілігі өскенде сызықты артады(Ф. Ленард, 1889).
Егер фотоэффекті Эйнштейннің жарық кванттары туралы гипотезасы негізінде қарастырса, барлық қиындықтар жойылады. Осы гипотеза бойынша, түскен монохромат сәуле, ε энергиясы ν жиілікпен мына қатынас:
, (1.1)
арқылы байланысқан, жарық кванттарының – фотондардың ағыны ретінде қарастырылады.
Фотон жұтылғанда оның εэнергиясы толығымен бір электронға беріледі. Осы энергия электронның металлдан шығуына, яғни, Ашығу жұмысына және оған кинетикалық энергия беруіне жұмсалады. Осы процесс үшін энергияның сақталу заңы мына түрде жазылады
(1.2)
Бұл фотоэффект үшін Эйнштейн теңдеуі: Жұтылған фотонның энергиясы электронның шығу жұмысына және кинетикалық энергия алуына жұмсалады.
Эйнштейн теңдеуі фотоэффект заңдарын түсіндіруге көмектесті. Сонымен, ең үлкен кинетикалық энергиясы
теңдеуімен анықталады.
Берілген металл үшін шығу жұмысы тұрақты болғандықтан, (А = const), ең үлкен кинетикалық энергия түскен жарықтың жиілігіне пропорционал:
(2) теңдеуден, фотоэффект құбылысы һνфотон энергиясыА шығу жұмысынан аз болмаған жағдайда орындалады:
Фотоэффект мүмкін болатын ең кіші жиілік, мына формуламен
, (1.3)
алең үлкен толқын ұзындығы – мына формуламен
(1.4)
анықталады.
Бұл фотоэффекті қызыл (ұзын толқынды) шекарасы. (1.4) теңдеуден λmaxтек шығу жұмысына, яғни металдың табиғатына ғана тәуелді екені шығады.