1-дәріс Ведение. Квантование энергии и строение атома (3 часа)
Альфа-бөлшектердің таралуы бойынша Резерфордтың тәжірибесі. Атомның ядролық моделі
жүктеу/скачать 306,5 Kb.
|
1 дәріс атом.физ от24.10.13
| Альфа-бөлшектердің таралуы бойынша Резерфордтың тәжірибесі. Атомның ядролық моделі.
Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц. Ядерная модель атома. Атомның құрылымы туралы түсініктердің дамуында ағылшын физигінің Э. Резерфордтың (1871—1937) заттағы -бөлшектердің таралуы бойынша жасаған тәжірибесінің мәні зор. Альфа-бөлшектер радиоактивті айналулар кезінде пайда болады; олар массасы электрон массасынан 7300 есе үлкен және заряды 2е болатын оң зарядталған бөлшектер болып табылады. -бөлшектер шоқтары жоғары монохроматтылығымен ерекшеленеді (айналудың бұл түрі бір жылдамдыққа ие болады (шамамен 107 м/с)). Резерфорд заттағы (қалыңдығы шамамен 1 мкм болатын алтын фольга арқылы) -бөлшектердің өтуін зерттей келе, олардың негізгі бөлігі қандай да бір аз ауытқуларға ұшырайтынын көрсеткен, бірақ -бөлшектердің кейбіреулері (20 000 ішінен біреуі) бастапқы бағыттарынан күрт ауытқиды (ауытқу бұрыштары 180° дейін жеткен). Электрондар -бөлшектерге қарағанда ауыр және жылдам бөлшектердің қозғалысын айтарлықтай өзгерте алмайтындықтан, Резерфорд -бөлшектің ауытқуы оның үлкен массалы оң зарядпен өзара әсерлесуіне байланысты деген қорытынды шығарды. Бірақ үлкен ауытқуға тек аздаған -бөлшектер ғана ұшырайды, демек, олардың кейбіреулері ғана оң заряд жанынан өтеді. Бұл дегеніміз, атомның оң заряды атом көлеміне қарағанда өте аз көлемде жинақталған. Өзінің зерттеулері негізінде Резерфорд 1911 ж. атомның ядролық (планетарлық) моделін ұсынды. Бұл модельге сәйкес, заряды Zе (Z — Менделеев жүйесіндегі элементтің реттік нөмірі , е — элементар заряд), өлшемі 10–15—10–14 м және массасы шамамен атом массасына тең болатын оң зарядталған ядроның айналасында, шамамен сызықтық өлшемдері 10–10 м аймақта тұйық орбиталар бойынша атомның электрондық қабықшасын құрайтын электрондар қозғалады. Атомдар нейтрал болғандықтан, ядроның заряды электрондардың зарядтарының қосындысына тең, яғни ядроның айналасында Z электрондар айналып жүруі қажет. Түсінуге жеңілірек болу үшін, электрон ядро айналасында радиусы r дөңгелек орбита бойымен қозғалады деп есептелік. Сонымен қатар ядро мен электрон арасындағы өзара әсерлесудің кулондық күші ықпалынан электрон центрге тартқыш үдеу ие болады. Кулон күшінің әсерінен щеңбер бойымен қозғалатын электрон үші Ньютонның екінші заңы былай жазылады: (1) мұндағы тe, және v — радиусы r болатын орбитадағы электронның массасы мен жылдамдығы, 0 — электрлік тұрақты. теңдеуде екі белгісіз шама бар: r және v. Демек, осы теңдеуді қанағаттандыратын радиустың және оған сәйкес келетін жылдамдықтың (сонымен қатар энергияның) көптеген мәндері бар. Сондықтан r, v (сонымен қатар Е) шамалары үздіксіз өзгеруі мүмкін, яғни энергияның белгілі бір порциясы ғана емес, кез келгені сәуле шығаруы мүмкін. Онда атомдар спектрлері тұтас болуыс тиіс. Шындығында, тәжірибенің көрсетілуі бойынша атомдар сызықтық спектрлерге ие. (1) өрнектен шығатыны, r10–10 м кезінде электрондардың қозғалыс жылдамдығы v = 106 м/с, ал үдеуі v2/r =1022 м/с2. Классикалық электродинамикаға сәйкес, үдемелі қозғалатын электрондар электромагниттік толқындар шығарулары керек және сондықтан энергияны үздіксіз жоғалтады. Нәтижесінде электрондар ядроға жақындай түсіп, ең ақырында тіпті оған құлайды. Осылайша, Резерфорд атомы орнықсыз жүйе болып шығады, бұл шындыққа қарама-қайшы келеді. Классикалық физика аймағында атомның моделін құру әрекетері жетістікке әкелген жоқ: Томсон моделі Резерфорд тәжірибелерімен терістелді, ядролық моделі электродинамикалық орнықсыз болды және тәжірибелік мәліметтерге қарама қайшы келді. Осылай туындаған қиындықтарды жеңу атомның сапалық жаңа – кванттық теориясы пайда болуына әкелді. жүктеу/скачать 306,5 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
|