1 Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома.

Опыты Резерфорда показали, что α-частицы, прошедшие чрез фольгу, то есть через электронную оболочку атомов фольги, встречая на своем пути электроны, практически на них не рассеиваются, так как масса электронов значительно меньше массы альфа частицы. Только те α-частицы, которые вблизи ядра испытывают резкие отклонения.

1-радиоактивный препарат, например радий, помещался внутрь свинцового цилиндра; 2-пучок α-частиц из канала падал на тонкую фольгу из золота; 3-прозрачный экран, покрытый сульфидом цинка; 4-микроскоп

Резерфорд предложил ядерную (планетарную) модель строения атома.

В центре атома находится положительное ядро, вокруг которого вращаются по определенным орбитам электроны. Основная масса атома сосредоточена в ядре. Атом электрически нейтрален- абсолютное значение суммарного заряда электронов ровно положительному заряду ядра.

2 Сведения об атоме.

Все твердые, жидкие и газообразные вещества состоят из атомов или молекул. строение всех атомов основано на общих закономерностях.

d

Атом

_атома=10^-10 м

d_ядра=10^-15 м

Ядро

Оболочка

Протоны

Нейтрон

Электроны

Заряд, q	+1,6*10-19 Кл	0	-1,6*10-19 Кл
Масса покоя, m0	1836*me	1839 me	9,1*10-31 кг
Обозначение	p	n	e

Число протонов ядра равно числу электронов на оболочке и соответствуют порядковому номеру атома данного химического элемента в периодической таблице Менделеева.

За единицу заряда принят элементарный заряд ℮=1,66*10^-19кл.

За единицу массы принята атомная единица массы (а.е.м.) 1 а.е.м.=1,66*10^-27кг.

За единицу энергии принят 1 эВ=1,6*10^-19Дж.

3. Постулаты Бора.

В 1913 году Бор ввел идеи квантовой теории в ядерную модель Резерфорда и разработал теорию атома водорода. В основе боровской теории атома лежат постулаты:

1. Электроны могут двигаться в атоме только по определенным орбитам, находясь на которых, они несмотря на наличие у них ускорения, не излучают.

Эти орбиты соответствуют стационарным состояниям электронов в атоме и определяются условием:

,где r_n-радиус n_й орбиты; ν_n-скорость электрона на этой орбите; m_e-масса электрона; m_eν_nr_n-момент импульса электрона на этой орбите, n-целое число (n0)

2. Атом излучает или поглощает квант электромагнитной энергии при переходе электрона из одного стационарного состояния в другое.

Энергия кванта равна разности энергий стационарных состояний электрона до (Е₂) и после (Е1) перехода: hν=Е₂-Е₁.

3. Модель атома водорода по Бору.

Условное изображение энергетических уровней и переходов между ними при излучении и поглощении фотона.

Частота излучения света Частота поглощения света

,

R=3.29*10¹⁵с^-1-постоянная Ридберга.

Энергетические уровни: Е₁=-13.55эВ; Е₂=-3,39эВ; Е₃=-1,51эв; Е₄=-0,85эВ…

Излучение и поглощение атомом происходит в результате перехода электрона с одного энергетического уровня на другой.

При каждом переходе электрона с большего энергетического уровня (внешней орбиты) на меньший (внутренний) атом излучает квант энергии. Ему соответствует электромагнитная волна определенной частоты (длины), которая дает в спектре одну линию. По этой причине спектры электромагнитного излучения отдельных атомов являются линейчатыми.

3. Закономерности в атомных спектрах:

А) изолированные атомы в виде разряженных газов или паров металлов испускают спектр, состоящий из отдельных спектральных линий, т. е. имеют линейчатый спектр.

Б) линии в спектрах атомов расположены не беспорядочно, а объединяются в группы или серии.

В) расстояния между спектральными линиями в каждой серии убывают по мере перехода от более длинных волн к более коротким. Число линий в каждой серии имеет определенный предел, который называют границей серии.

Г) каждой частоте (длине волны) соответствует спектральная линия.

6 Явление люминесценции.

Интенсивность теплового излучения тел зависит от их температуры.

Холодное или люминесцентное свечение не зависит от температуры. Оно происходит за счет поглощения любого вида энергии, кроме тепловой. В зависимости от процессов, при которых возникает холодное свечение, различают следующие виды люминесценции: химическую, электролюминесценцию, катодолюминесценцию, фотолюминесценцию.

При поглощении какой-либо энергии частицы люминесцентного вещества переходят в возбужденное состояние, в котором они могут находиться в течении определенного времени. При возвращении в нормальное состояние они испускают люминесцентное излучение.

7. Понятие индуцированного излучения.

В 1917 г. Эйнштейн предсказал возможность индуцированного (возбужденного) излучения света атомами.

Индуцированное излучение-переход атома из высшего энергетического уровня на низший, но не произвольно, как при обычном излучении, а под влиянием внешнего воздействия. Внешними воздействиями на возбужденную систему могут быть тепловые столкновения с соседними частицами или проходящая через систему электромагнитная волна.

Индуцированное излучение – это переход, вызванный электромагнитной волной, причем той же частоты, которая излучается системой при этом переходе. Так как носителем электромагнитного поля является фотон, то из этого определения следует, что при индуцированном излучении внешний фотон стимулирует рождение нового фотона такой же частоты (энергии). Возбужденный атом может отдать свою избыточную энергию, когда вблизи него пролетает фотон. Взаимодействие возбужденного атома и пролетающего фотона носит резонансный характер и приводит к испусканию такого же фотона, летящего в том же направлении. Эти фотоны могут вызвать излучение других возбужденных атомов и т. д.

Вопросы для самопроверки:

1. Что показали опыты Резерфорда?

2. В чем состоит планетарная модель атома?

3. Состав атома.

4. Сформулируйте первый постулат Бора.

5. Сформулируйте второй постулат Бора.

6. В результате чего происходит излучение и поглощение атомом?

7. Когда атом излучает квант энергии?

8. Когда атом поглощает квант энергии?

9. По какой причине спектры электромагнитного излучения отдельных атомов являются линейчатыми.

10. Перечислите закономерности в атомных спектрах.

11. В чем заключается явление люминесценции?

12. Что такое индуцированное излучение?

13. Как происходит индуцированное излучение?

Тема: Радиоактивность. Альфа-, бета-, гамма-излучения. Закономерности радиоактивного распада. Приборы, регистрирующие заряженные частицы. Состав атомных ядер. Открытие позитрона и нейтрона. Ядерные силы. Дефект массы. Энергия связи атомных ядер.

Приступая к изучению физики атомного ядра, необходимо отметить, что в начале 20 века, когда ученые обнаружили сложное строение атома, наступил некоторый разброд в суждениях о строении и свойствах материи. Только на основе диалектического материализма можно правильно познать окружающий нас мир и переделать его.