3. Модель атома Томсона

У 1903 р. Томсон запропонував модель атома, згідно якій він уявлявся у вигляді сфери, яка рівномірно заповнена позитивним зарядом і всередині якої містяться електрони; електрони утримуються біля положень рівноваги квазіпружною силою , де r - відхилення електрона від положення рівноваги. В цілому атом не має електричного заряду. Напруженість поля в середині рівномірно зарядженої кулі:

,

де е – заряд кулі, R – його радіус. На електрон діє сила:

і він може коливатися з циклічною частотою

З цього співвідношення можна оцінити розмір атому

При (оптичний діапазон)

4. Дослід Резерфорда. Ядерна модель атома

У 1911р. англійський фізик Резерфорд висунув ідею про ядерну будову атома, згідно якої позитивний заряд розміщений в центрі атома, а навколо нього знаходяться електрони.

Питання про те, яка модель відповідає дійсності, могло бути розв’язане тільки експериментально. Відповідь на нього дали досліди Резерфорда по розсіянню -частинок речовиною, які були виконані в 1913 році. Схема досліду зображена на рисунку.. Тут Р – радіоактивний препарат, який випромінює -частинки, що мають електричний заряд +2е; Ф - тонка металева фольга (золото, платина та інші); Э- екран із ZnS (сірчаного цинку), який рухався по колу разом з мікроскопом М навколо точки падіння пучка -частинок на фольгу. При попаданні -частинок на екран виникали сциптиляції. Спостереження в мікроскоп зводилося до визначення кількості сциптиляцій за певний проміжок часу при положенні екрану під різними кутами .

Досліди показали, що при проходженні через фольгу більшість - частинок зазнає дуже незначних відхилень, але є чимала кількість й таких частинок, які зазнають дуже великих відхилень. Одна частинка з 8000 зазнавала відхилення на кут більший за 150^о , тобто заверталася назад. Електрони, маса яких у 7000 разів менша за масу -частинок не могли вплинути на їх рух. Великі відхилення -частинок свідчили про те, що розміри позитивного заряду в атомі значно менші ніж розмір атома.

Якщо вважати що -частинка рухається прямо на позитивний заряд ядра атома, то можна оцінити мінімальну відстань між центрами ядра та -частинки при її повній зупинці, прирівнявши кінетичну енергію останньої і потенціальну енергію взаємодії їх зарядів:

Тоді при

Тобто розміри ядра виявилися менші розмірів атома в ~ 10000 - 100000 разів. Майже вся маса атому зосереджена в його ядрі.

Таким чином, модель атома Томсона була відкинута й замінена ядерною (або планетарною) моделлю Резерфорда.

5. Протиріччя ядерної моделі атома Резерфорда з законами класичної фізики.

Модель атома Резерфорда пояснювала розсіяння -частинок при проходженні металевої фольги, проте з погляду законів класичної фізики вона була неспроможна пояснити:

1. Стійкість атома (його довгоживучість);

2. Закономірностей в лінійчастих спектрах атомів;

3. Факт випромінювання атомом монохроматичного світла;

Суть у тому, що за законами класичної електродинаміки обертання електрона навколо ядра, завдяки доцентровому прискоренню, має супроводжуватися випромінюванням електромагнітних хвиль. В результаті випромінювання, енергія електрона має поступово зменшуватися, як і відстань електрона до ядра. Випромінювання електрона давало б суцільний спектр, а електрон швидко (за 10^-10 с) впав би на ядро. Ці наслідки класичної теорії не відповідали дійсності.