12. Атом Резерфорда-Бора

Планетарная модель атома Бора-Резерфорда. В 1911 году [10] Эрнест Резерфорд, проделав ряд экспериментов, пришёл к выводу, что атом представляет собой подобие планетной системы, в которой электроны движутся по орбитам вокруг расположенного в центре атома тяжёлого положительно заряженного ядра («модель атома Резерфорда»). Однако такое описание атома вошло в противоречие с классической электродинамикой. Дело в том, что, согласно классической электродинамике, электрон при движении с центростремительным ускорением должен излучать электромагнитные волны, а, следовательно, терять энергию. Расчеты показывали, что время, за которое электрон в таком атоме упадёт на ядро, совершенно ничтожно. Для объяснения стабильности атомов Нильсу Бору пришлось ввести постулаты, которые сводились к тому, что электрон в атоме, находясь в некоторых специальных энергетических состояниях, не излучает энергию («модель атома Бора-Резерфорда»). Постулаты Бора показали, что для описания атома классическая механика неприменима. Дальнейшее изучение излучения атома привело к созданию квантовой механики, которая позволила объяснить подавляющее большинство наблюдаемых фактов. 1-й постулат Бора. В устойчивом атоме электрон может двигаться лишь по стационарным орбитам, не излучая энергии. 2-й постулат Бора: излучение света атомом происходит при его переходе из стационарного состояния с большей энергией Еk в стационарное состояние с меньшей энергией Еn: hkn = Ek – En. Для того чтобы излучить фотон, атом должен обладать избыточной энергией по сравнению с энергией основного состояния, т.е. быть возбуждённым. Переход атома в возбуждённое состояние возможен при сообщении ему энергии извне. Различают несколько видов излучения. Тепловое излучение – наиболее обычный вид, генерируется при возбуждении связанной системы атомов за счёт нагревания тела, т.е. за счёт внутренней энергии. Люминесценция – вид холодного свечения, который отличается от теплового излучения тем, что не зависит от температуры излучающего тела (люминофора) и может быть достаточно интенсивным, даже если тело холодное. Люминесцентное свечение может возбуждаться энергией любого вида и имеет характеристический спектр, т.е. набор частот излучаемых волн зависит от химического состава излучающего тела. Люминесценция обладает конечным временем затухания: свечение прекращается не сразу после прекращения действия вызвавшей его причины, а продолжается ещё некоторое время (послесвечение). Другая характерная особенность: между моментом получения телом энергии и моментом начала излучения проходит некоторое время (задержка). Яркость люминесцентного свечения больше яркости абсолютно чёрного тела той же температуры. Триболюминесценция – вид люминесценции, который возбуждается трением, ударом, т.е. за счёт механической энергии (например, сахар светится при раскалывании в темноте). Хемилюминесценция – люминесцентное свечение, происходящее при химических и биологических процессах: свечение фoсфора при его окислении, свечение живых организмов (светлячков, планктона в море, тухлой рыбы), трухлявых пней.

Электролюминесценция – свечение разреженных газов при пропускании через них электрического тока: полярное сияние, порождаемое потоком заряженных частиц, испускаемых Солнцем, газосветные трубки, лампы дневного света. Фотолюминесценция – свечение тела под действием света. В 1852 г. Стокс сформулировал один из основных законов фотолюминесценции: длина волны люминесценции всегда больше длины волны возбуждающего света. Ультрафиолетовые (УФ) лучи могут вызвать синее свечение, синие – зелёное свечение, зелёные – красное. Этот закон можно объяснить с точки зрения теории квантов. Энергия возбуждающего кванта h частично превращается и в другие виды энергии. Поэтому энергия h излучаемого кванта должна быть меньше: h 0 < h , – следовательно, 0 < , или где 0 – длина волны люминесценции, – длина волны возбуждающего света. Например, невидимые УФ-лучи могут превратиться в видимый свет. На этом эффекте работают люминесцентные лампы – экономичные источники света, испускающие излучение, приближающееся по своему составу к солнечному.