6.2.2. Теория водородоподобных атомов

Для объяснения стабильности атома и дискретности атомных спектров Н.Бор предложил теорию, в основе которой лежат два постулата.

Первый постулат Бора. Существуют такие стационарные состояния атома, находясь в которых он не излучает энергию. Стационарным состояниям атома соответствуют определенные орбиты, по которым движутся электроны. При движении по стационарным орбитам электроны не излучают энергию, хотя их движение является ускоренным. Дискретному набору разрешенных орбит соответствует дискретный набор разрешенных значений энергии .

Второй постулат Бора. При переходе атома из одного стационарного состояния в другое атом испускает или поглощает световой квант, частота которого равна

, (6.3)

где – постоянная Планка, ( энергии стационарных состояний атома).

Правило квантования орбит. В стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь квантованные значения момента импульса, удовлетворяющие условию

, (6.4)

n – называется главным квантовым числом, .

Правило квантования орбит (6.4) позволяет найти значение энергии электрона, движущегося по стационарной орбите с определенным значением главного квантового числа. По второму закону Ньютона для электрона, движущегося по круговой орбите радиуса .

. (6.5)

Рассматривая уравнение движения (6.5) совместно с условием квантования (6.4), находим радиусы стационарных орбит.

, где  5,310^–11 м – есть радиус первой боровской орбиты.

Энергия электрона, движущегося по круговой орбите радиуса , есть сумма его кинетической энергии и потенциальной энергии электростатического взаимодействия . Полная энергия электрона равна

. (6.6)

Выражение (6.6) есть формула Бора для уровней энергии атома водорода на n-ой стационарной орбите. Эта формула описывает уровни энергии стационарных состояний электрона в водородоподобных системах и объясняет закономерности в спектре водородоподобных атомов.

Несмотря на некоторые успехи в описании атома водорода, теория Бора не может считаться серьёзной теорией. Она просто неверна. Однако она дала мощный толчок развитию квантовой механики.

Квантовая теория позволяет точно описать все свойства атомов и веществ. Для этого необходимо составить уравнение Шредингера для электрона в атоме, решив его найти волновую функцию, а с её помощью найти все характеристики атома или другой системы.

6.3. Элементы физики атомного ядра

При изучении ядра и элементарных частиц были открыты фундаментальные законы природы и созданы теории, открывшие путь для создания единого взгляда на природу от микромира до космоса. Это позволило получить новые виды энергии (деление ядер, синтез ядер). Ядерная энергетика, развиваясь, занимает всё большее место в энергетическом балансе мира.

Теория атомного ядра базируется на результатах экспериментов, а также на других разделах физики, таких как теория относительности, квантовая механика.