Дәріс тақырыбы: Физика тарихы курсына кіріспе
жүктеу/скачать 1,58 Mb.
|
| Дәріс тақырыбы: Бор Резерфорд Атомы
Дәріс жоспары 1. Бор Резерфорд Атомы. 2. Рентгеннің Ашылуы. 3. Радиоактивтіліктің ашылуы. П. Және М. Кюри. Резерфорд-Бор атомы Радиактивтік сәуле мен кванттық теорияны зерттеудің дамуы Резерфорд-Бор атомының кванттық моделін жасауға алып келді. Алайда бұл модельді жасаудан бұрын классикалық электродинамика мен механиканың түсініктері негізінде атом моделін құру әрекеттері жасалды. 1904 жылы біреуі жапондық физик Хантаро Нагаокаға, екіншісі ағылшын физигі Д.Д.Томсонға тиесілі атом құрылымы туралы мақалалар пайда болды. Жапон ғалымы Сатурн сақиналарының тұрақтылығы туралы Максвельдің зерттеулерін басшылыққа алды және атом құүрылымын күн жүйесінің құрылымына ұқсас дегін ойды алға тартты: Күн атомның оң зарядталған орталық бөлігі, атомның айналасында белгіленген сақина тәріздес орбиталар бойынша «планеталар» - электрондар қозғалып отырады. Электрондар сәл араласқанда электромагниттік толқындар қозады, қозу кезеңдері кейбір элементтердің спектралдық желілерінің жиілігі тәрізді тәртіпте. Томсон атомында оң электр тогы электрондар бекітілген сала «майланған». Сутегінің қарапайым атомында электрон оң зарядталған саланың ортасында болады. Ортадан қозғалтқан кезде электронға электростатистикалық тартылысындағы квазосерпінді күш әсер етіп, салдарынан электрон тербеліс жасайды. Осы тербелістердің жиілігі сфераның радиусымен, электронның зарядымен және массасымен анықталады. 1905 жылы В.Вин неміс жаратылыстану сынаушылары мен дәрігерлерінің Мюнхендегі съездінде электрондар туралы баяндамасын оқыды. Бұл жерде ол атомның сызықтық спектрлерін электрондық теория тұрғысынан түсіндіру қиын екенін айтты. Ол «Әрбір атомды оң зарядталған центрден тұратын, айналасында электрондар планеталар тәрізді айналып жүретін балама жүйе ретінде түсінген дұрыс болар еді. Алайда мұндай жүйе электрондармен шағылысатын энергияның салдарынан тұрақты бола алмайды. Сондықтан да біз электрондар салыстырмалы түрде тыныш тұратын немесе төмен жылдамдықта болатын жүйеге жүгінуге мәжбүрміз, дегенмен мұндай түсінік көптеген күдіктен тұрады»,-деген ойын айтты. Мұндай статистикалық модель Кельвин-Томсонның атомы болды. Бұл модель Вин айтқан себептерге байланысты жалпы қабылданға модель болды. Планеталық жүйенің атом моделі ретінде көптеген адамдарды ойландырды. Ол туралы Л.Пуанкаре жазды, Вин, Перрен айтты. Ол нобельдік баяндамасында өзін атомның планеталық моделінің жақтаушысына жатқызды. Алайда кейін жаңа тәжірибелік деректер Томсон моделін жоққа шығарды және планеталық модельді жақтады. Бұл деректерді Резерфорд ашты. Эрнесте Резерфорд 1871 жылы 30 тамызда жаңазеландтық фермердің отбасында дүниеге келді. Ол Ховелокта мектепті бітіріп, Нельсон провинциясының колледжіне білімін жалғастыруға стипендия алып, 1887 жылы колледжге түсті. Екі жылдан кейін ол Кентерберий колледжіне емтихант тапсырып, оны 1893 жылы үздік бітіріп шықты. Физика және математика магистстрі дәрежесін алды. Бұл уақытта Резерфорд электромагниттік толқындардың магниттік әсерін зерттеумен айналысты. 1994 жылы оның бірінші баспалық жұмысы «Жиілігі жоғары зарядты магнитті емес темір» атауымен шықты. Англияға келіп, Резерфорд Д.Д.Томсоннан Кембридждегі Кавендиш зертханасына жұмыс жасауға шақыру алды. Резерфордтың ғылыми жолы осылай басталды. Резерфордты Томсонның газдардың электроөткізгіші туралы зерттеулері қызықтырды. 1896 жылы Томсон мен Резерфордтың бірлескен жұмыстары пайда болды. 1897 жылы Резерфордтың қорытынды еңбегі шықты. Бұдан кейін Резерфорд өзінің барлық жігерін газдық разрядты зерттеуге жұмылдырды. Дәл осы жылы рентгендік сәулелердің әсеріне ұшыраған гахздардың электрленуі не арналған жаңа мақаласы шықты. Радиоактивтіліктің ашылуы резерфордтың ғылыми жолын ашты. 1898 жылы ол урандық сәуле қасиеттерін мұқият зерттеуге кірісті. Зерттеудің нәтижесі «Уран сәулеленуі және олардын жасалған электроөткізгіштік» деген үлкен мақаламен жарыққа шықты. Ол 1899 жылы Резерфорд Канаданың Монреал қаласындағы Мак-гилл теориялық физика университетінің профессоры болған кезде жарыққа шықты. Монреалда Резерфорд 1908 жылға дейін болды. Бұл жерде ол фундаменталды жаңалығын ашты, «Радиоактивтілік» кітабын жазды, а-бөлшектердің заттар арқылы өтуінің табиғатын мұқият зерттеуді бастады. Монреалдағы ғылыми жұмысының нәтижелері Резерфордқа бірінші санаттағы зертеуші атағын берді. Ол Манчестердегі кафедраны басқаруға шақыру алды. 1907 жылы Резерфорд Еуропаға оралды. Өмірінің жаңа кезеңі басталды. Манчестерде Резерфорд әлемнің әртүрлі елдерінінен келген жас ғалымдарын қайнаған ғылыми қызметке тартты. Оның қызметкер әріптесінің бірі Ганс Гейгер болатын – элементарлық бөлшектердің бірінші есептегішін жасаушы. Осындай ұйымдық ғылыми шығармашылық атмосферада Резерфордтың ірі ғылыми жетістіктері туындады. Манчестерде кванттық және ядролық физикаға бастау қойылды. 1907 жылы Резерфордқа химия бойынша Нобель сыйлығы берілді. Манчестердегі резерфордтық топтың жемісті еңбегін соғыс үзді. Соғыс тату ұжымды соғысып жатқан әртүрлі елдерге таратып жіберді. Резерфордтың өзі де әскери зерттеулерге жұмылдырылды. Мозгли өлтірілді, Чедвик неміс тылына түсті. Соғыс аяқталған соң ғана Резерфорд өз зерттеулерін басқа жерде жаңарта алды. 1917 жылдан бастап, 1937 жылың 19 қазаны, өмірінің соңғы күніне дейін Резерфорд Кембридждегі Кавендиш зертханасында директор қызметін атқарды. Бұл жұмысын ол элементтердің жасанды түрленін ашып сенсациялық жаңалықпен бастады.Бұл жаңалық ядролық физиканың дамуын ерекше ынталандырды. Ол өз зерттеулерінде массасы сутегінің ядросына тең бейтарап бөлшектердің болатынын болжады. Мұндай бөлшекті 1932 жылы оның шәкірті, әрі әріптесі чедвик анықтады. Кембриджде Ф.Астон бірінші асс-спектографты құрастырып изотоптарды ашты. Кембридж әлемнің әртүрлі елдеріннен зерттеушілерді қайтадан жинады және әртүрлі елдерге білікті физик ғалымдарды дайындады. Осында жаңа кеңес ғалымы П.Л.Капица келді және Резерфордтың әріптесіне және досына айналды. Капица отанына келіп КСРО Ғылым Академиясының бірінші санаттағы ғылыми институт – ғылыми мәселелер институтын құрды. Капицаның бастамасы бойынша, 1971 жылы Кеңес одағында Резерфодтың 100 жылдығы аталып өтті. Резерфорд еңбектерінің жинағы басылып, мерейтойлық медаль шығарылды. 1971 жылы Мәскеуде өткен ғылымдарт тарихы жөніндегі ХІІІ конгресте Резерфордтың естелігіне арнайы отырыс арналды және оған Англиядан, АҚШ-тан, Канададан келген Резерфордатың шәкірттері естелік сөздерін айтты. Отырысқа П.Л.Капицаның өзі төрағалық етіп, баяндамашылардың барлығына Резерфордтың естелік медалі мен орыс тілінде жарық көрген еңбектерінің томын берді. Атомдық ядроның ашылуы. Резерфордтың фундаментальды жаңалықтарының бірін нақтырақ қарастырамыз – атомдық ядро мен атомның планеталық моделінің ашылуы. 1904 жылы планеталық модельді бекітуге алып келген зерттеклер басталды. Австралияның ғалымы Вильям Брег α-бөлшектердің заттар арқылы өтуін зерттей келе, бөлшектерді заттар өзіне жұтып алатындығын анықтады. Резерфорд алға тартқан жаңалықтардың бірі – а-бөлшектердің орын ауыстыруы. Ол Гейгер мен Марсденге жүктелді. Бұл зерттеушілердің пайдаланған әдіс келесіге саяды: көзден шығатын – α -бөлшектер саңылаумен диафрагмаланып, күкірті мырыш экранға түсті. Экранда тар жолақ түріндегі саңылаудың бейнесі шықты. Сосын саңылау мен экранның арасына жіңішке металл пластинка орнатты. Гейгер мен Марсденнің 1909 жылы ашқан үлкен шашырау бұрыштарының болуы біршама таңқаларлық болды. α -бөлшектердің кейбір аздаған бөлігі түзуден үлкен бұрышқа сейіледі және де қайт адан шыққан көзіне қайтады. Жіңішке пластинка үлкен жылдамдықпен ұшатын бөлшектерді лақтырды. 1909 жылы Резерфорд пен Ройдс α -бөлшектер гелийдің ек рет иондалған атомдары екендігін дәлелдеген болатын. Осындай ауыр қозғалатын бөлшектер үшін түзуден үлкен бұрыштарға сейілу аса мүмкін емес болатын. Резерфорд бұл оқ папирус қағаздың бетінен секіріп өтетендей мүмкін емес деп айтқан болатын. Томсон моделін бпсшылққа ала отырып, Резерфорд бұл бөлшектермен көп рет соғысып қалатын күннің өзінде үлкен ауытқулар беруі мүмкін деп санады. Бұл жерде Резерфорд планеталық модельге жүгінді. α -бөлшектер зарядталған ядроның жанынан өткенде ол ядро зарядына және а-бөлшектің зарядына пропорционалды және олардың арасындағы қашықтың квадратына кері пропорционалды кулондық күштің әсерінен ол гипербола бойынша қозғалады, сөйтіп ядроның жанын өтіп кеткен соң гиперболаның тармақтарында жойылады. 1911 жылы наурыз айында Резерфорд Манчестердегі философиялық одақта «α және β сәулелердің сейілуі және атом құрылымы» деген баяндама жасады. Резерфорд теориясының маңызды салдары атомдық ортаның зарядын көрсету болды, ол Резерфорд бойынша ±Ṇе. Ядроның заряды атомның маңызды сипаттамасы болып шықты. Бор 1912-1913 жылдары «бүкіл манчестерлік топтың назарында атом ядросын ашудың көптеген салдарын зерттеу болғандығын » есіне түсірді. 1913 жылы Ван ден Брук ядроның заряды Менделеев кестесіндегі элемент нөмірімен сәйкес келетіндігін көрсетті. Сол жылы Ф.Содди, К.Фаянс орын ауыстыру заңына тоқталды: α -құлдырау кезінде радиактивтік өнім менделев кестесінде екі нөірге жоғары орын ауыстырады, ал β-құлдырау кезінде –бір нөмірге төмен орын ауыстырады. 1913 жылдың елеулі оқиғасы Бордың танымал үш «Атомдар мен молекулалардың құрылымы туралы» танымал мақалаларының шығуы болды. Нильс Бор 1885 жылы Копенгаген университетенің физологияя профессоры Христиан бордың отбасында дүниеге келді. Студенттік жылдардың өзінде-ақ Бор беттік тартылыс жөніндегі конкурстықжұмысын орындап жүрді. Бұл жұмысы Дания ғылым Академиясының алтын медальіне ие болды. 1909 жылы бұл жұмыс лондон Корольдік одағының еңбектерінде жарияланды. 1911 жылдың көктемінде Бор «Металдың электрондық теориясын талдау» тақырыбындағы докторлық диссертациясын қорғады. 1912 жылдың сәуір айында Бор Манчестерге келді. Атомның кваннттық моделін жасап шығарушы Бор алғашқыда атомның бірінші моделінің авторымен жұмыс жасап, содан кейін планеталық модельдің авторына келді, осы модель негізінде Резерфорд-Бор атом теориясын жасау үшін. Бордың аталған теорияның негіздері қаланған танымал мақаласы Резерфорд пен Томсонның осы модельді көрсетуінен және олардың ерекшеліктері мен айырмашылықтарын талқылаудан басталды. Негізінен Бор бүкіл ғұмыр бойы идеяларын нақыталай және дамыта отырып, микроәлем физикасының теориялық-танымдық негіздерін әзірледі, оның бастаулары 1913 жылғы мақалаларында орын алды. 1916 жылға қарай Бордың теориясымен көптеген физикатер жұмыс жасай бастады. 1913 жылы ашылған Зееман әсерінің кванттық теориясы құрылды; Штарк электр өрісінің спектрлерге ықпал ету әсерін жасады 1922 жылы Борға физика бойынша Нобельдік сыйлық ұсынылды. 1922 жылы желтоқсанда Стокгольм қаласындағы нобельдік баяндамасында Бор осы замандағы атомдық теорияның жағдайының бейнесін жайып салыд. Теорияның маңызды жетістіктерінің бірі элементтердің периодтық жүйесінің кілті табылғандығы еді. Ол атомдар ядросын қоршап тұрған электрондық қабықтардың болуымен түсіндірілді. 1927 жылы қыркүйек айында Вольттың көз жұмғанына 100 жыл толуына орай оның отаны Италияда физиктьердің Халықаралық конгресі болып өтті. Бұл конгресте бор «Кванттық постулат және атомдық теорияның жаңаша дамуы» атты мақаланы оқыды. 1936 жылы Бор «Нейронның ұстасуы және ядроның құрылымы» деген жаңа мақаласын жариялады. Ол мақалада ядроның тамшылық моделі мен нейронның ядромен ұстасу механизмін ұсынды. 1939 жылы екінші дүниежүзілік соғыс басталды. 1940 жылы Данияны гитлерлер басып алды. Осы уақытта бөлінудің тізбектік реакциясын жүзеге асыру жөніндегі жұмыстар басталып кеткен еді. 1942 жылы АҚШ-та Фермидің жетекшілік етуімен бірінші реактор құрылды. Атомдық бомбаны дайындау жөніндегі жұмыстар кең етек ала бастады. Бордың гитлерлермен оккупацияланған Данияға келуі қауіпті болды. 1943 жылы күзде Бор Швецияға кетіп, сол жылдың қазан айында оны ұшақпен Англияға алып барды. Сосын Бор АҚШ-қа кетіп, Лос-Анджелесте Николас Байкер деген есіммен өмір сүріп, атом бомбасының жобасымен жұмыс жасады. Соғыс аяқталған соң 1945 жылдың тамыз айында Бор Данияға қайтты. Әлем ол кезде Хиросимо мен Нагасакиді қиратқан атомдық бомба жайында білетін. Сол кезден бастап, ғұмырының соңына дейін Борды атомдық соғыстың алдын-алу мәселесі қатты толғандырды. Ол атомдық энергияны бейбіт пайдалану жөніндегі Бірінші Женевалық конференцияның жұмысына қатысты. 1957 жылы оған «Атом бейбітшілік үшін» алғашқы сыйлығы берілді.1961 жылы Бор Кеңестер Одағына келді. Ол Дубндағы ядролық зерттеулердің Бірлескен институтына, Мскеудегі ғылым А кадемиясының Фижикалық институтына, Мәскеу және Тбилисси университеттеріне ат басын бұрды. Бұл оның кеңестік ғалымдармен өткізген соңғы кездесуі болатын. 1962 жылдың 18 қарашасында Бор кенеттен көз жұмды. Бор атомы. Бордың атомдардың құрылым туралы еңбектеріне қайта ораламыз. Бор да Томсон сияқты электрондардың атомдағы оның физикалывқ және химиялық қасиеттерін сипаттайтында орналасуын іздейді. Бор ол кездеь Резерфордтың моделін біледі және соны басшылыққа алады. Ол ядроның заряды мен ондағы заряд бірліктерінің санына тең электрондар саны элементтердің периодтық жүйесіндегі элементтің санымен анықталады. Бұл элементтің физико-химиялық қасиеттерін түсінудегі маңызды қадам болды. Алайда екі нәрсе түсініксіз болып қалады: атомдардың ерекше тұрақсыздығы, оны электрондардың тұйық орбитадағы қозғалысы туралы түсінікпен ұйқасқа келмейді, және де белгілі сызықтардан тұратын спектрлердің пайда болуы. Спектрдің мұндай анықтығы, оның айшықты дербестігі атомның құрылымен қандай-да байланысы бар екені сөзсіз. Осылардың барлығын электронның біргейлігімен ұйқастыру қиын, электронның массасы мен ядросы атомдардың периодына тәуелді емес. Атомдардың тұрақтылығы тұтасымен алғанда электродинамиканың заңына қарама-қайшы келеді, заңға сәйкес, электрондар периодтық қозғалыстар жасай отырып энергияны үздіксіз сәулелендіруі керек және энергияны жоғалтып, «ядроға» түсуі керек. Оның үстіне электродинамиканың заңдарымен түсіндірілетін элетронның қозғалу сипаты шындығында байқалатын сызықтық сызықтық спектрге әкелмейді. Спектрдің сызықтарысерияларға топтасады және серияның «қысқа толқындық» құйрығында қоюланады. Тиісті сериялар сызығының жиілігі қызықты арифметикалық заңдарға бағынған. Бор спектроскопияның негізгі заңын түсіндіре алды және электронның заряды мен массасы, жарық жылдамдығы мен Планк тұрақтысы сияқты фундаментальды шамалардан Ридберг тұрақтысын есептеп шығарды. Бірақ ол үшін Бор атом физикасына физиканың жіктеулерінен алабөтен түсініктерді ендіруіне тура келді. Бұл ең алдымен атомдардың стационарлық жағдайлары туралы түсінктер. Атом стацонарлық жағдайды тұрып, сеулелендірмейді, дей тұрғанмен шеңбер орбита бойынша периодтық қозғалыстар жасайды. Мұндай жағдайлар үшін имкульс кезеңі һ/2π-дың дүркіндігіне тең. Электрон бір орбитадан екінші орбитаға өткен кезде квантқа тең энергияны сәулелендіреді, жұтады. Сонымен, 1917 жылы Бордың идеялары Бордың өз еңбектінде де, басқа авторлардың да еңбектерінде жан-жақты дамыды. Олар тәжирибелік тұрғыдан расталып, жалпыға бірдей қабылданды. Теория көпэлектрондық атомдарды қарастыру эрекеттерінде бетпе-бет келген көптеген қиындықтар, Зееманның аномальды әсері және көптеген басқалар Бордың теориясы қаншалықты табысты болғанымен, бірқатар кемшілктер бар екендігін көрсетті. Қиындықт ар мен қарама-қайшылықтар жинақталып қалды және одан шығар жолды іздеу керек еді. Алайда, Бор теориясының қиындықтары қалай жойылғандығын жүктеу/скачать 1,58 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|