Раздел V. Атомная и ядерная физика. Глава 1. Строение атома.
1. Ядерная модель атома. Опыты Резерфорда.
Ядро атома имеет размеры rя 10-12 см, в нем
сосредоточена почти вся масса атома, состоит из
протонов и нейтронов. mp≈mn≈1,67*10-24г
qp=e, qn=0
Вокруг ядра вращаются электроны, me=0,91*10-27 г, qe= -e. Атом электрически нейтрален, число протонов в ядре равно числу электронов. Радиусы орбит электронов re ~ 10-8 см.
В этом разделе будет использоваться гауссова система единиц: см, г , с, e = 4,8*10-10сгсэq ; закон Кулона
F | q1 || q2 | ; потенциальная энергия взаимодействия
r2
точечных зарядов U q1q2 .
r
Основной вклад в развитие ядерной модели атома внесли опыты Резерфорда по рассеянию - частиц (ядра атома гелия 24He) на металлических фольгах
1911-1913 гг.
Оказалось, что некоторые - частицы рассеиваются в обратном направлении 180 => Это возможно, только если рассеяние происходит на
тяжелых, положительных, точечных ядрах. Экспериментально была проверена формула:
ctg |
|
m V 2 |
b |
||
|
|
|
|||
2 |
zЯ z e2 |
||||
|
|
|
|||
Рассеяние - частиц позволило получить оценку сверху размеров ядра:
m V 2 |
|
z |
Я |
z |
|
e2 |
|
10 12 см |
||
|
|
|
|
|
|
r r |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
2 |
|
|
|
rmin |
|
Я |
min |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
С точки зрения классической электродинамики атом Резерфорда нестабилен, так как электрон , вращаясь вокруг ядра, должен излучать электромагнитные волны => терять энергию => упасть на ядро.
2. Атом Бора 1913 г.
Постулаты Бора:
а) Электроны вращаются по дискретным (стационарным) орбитам, для которых выполняется условие квантования момента количества движения:
mvr n n=1, 2, 3…
б) Излучение или поглощение кванта света происходит при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую
En Em
Если считать движение электрона классическим, то из
II закона Ньютона |
mv2 |
|
ze2 |
и условия квантования |
|
r |
r2 |
||||
|
|
|
момента количества движения радиусы орбит равны:
|
|
2n2 |
|
r |
rБ =0,5·10-8 см - радиус Бора |
||
r |
|
|
|
|
Б |
n2 |
|
ze |
2m |
|
|
||||
n |
|
|
z |
|
|||
Энергии электронов в стационарных орбитах равны:
E |
|
|
z |
2 |
e |
4 |
m |
Ry |
z |
2 |
|
Ry=13,6 эВ - Ридберг |
n |
2 2n2 |
n2 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
||||||||
3. Излучение атома водорода.
Огромным успехом теории Бора было объяснение спектра атома водорода
|
1 |
|
1 |
m, n 1, 2, 3… |
|||
Ry |
|
|
|
|
|
|
m<n |
|
2 |
n |
2 |
||||
m |
|
|
|
|
|
||
Серия Лаймана (ультрафиолет)
Серия Бальмера (видимый)
Серия Пашена (инфракрасный)
Вопросы.
1.Ядерная модель атома.
2.Опыты Резерфорда.
3.Постулаты Бора.
4.Спектр излучения водорода.