11.1. Модель атома Резерфорда
До 1911 г. не было правильных представлений о строении атома. В 1911 г. Резерфорд и его сотрудники исследовали рассеяние a-частиц при прохождении через тонкие металлические слои (a-частицы испускают радиоактивные элементы.
Они представляют собой ядра атомов гелия с зарядом 2е и массой, приблизительно в 4 раза большей, чем масса атома водорода. Скорость их достигает » 107 м/с). Было установлено, что при облучении листка золота толщиной 6 мкм значительное отклонение от первоначального направления движения испытывала лишь одна из 8000 a-частиц. Результат получился таким же неожиданным для того времени, как если бы при обстреле кирпичами кирпичной стены толщиной в несколько тысяч кирпичей почти все кирпичи проходили бы сквозь стену и лишь некоторые отскакивали бы от стены.На основании своих исследований Резерфорд предложил ядерную модель атома. Согласно этой модели атом состоит из положительного ядра, имеющего заряд Zе (Z – порядковый номер элемента в таблице Менделеева, е – элементарный заряд), размер 10-5 -10-4 А (1А= 10-10 м) и массу практически равную массе атома. Вокруг ядра по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя электронную оболочку атома. Так как атомы нейтральны, то вокруг ядра должно вращаться Z электронов, суммарный заряд которых – Zе. Размеры атома определяются размерами
внешних орбит электронов и составляют порядка единиц А.
Масса электронов составляет очень малую долю массы ядра (для водорода 0,054%, для остальных элементов менее 0,03%). Понятие “размер электрона” не удается сформулировать непротиворечиво, хотя ro » 10-3 А называют классическим радиусом электрона.
Итак, ядро атома занимает ничтожную часть объема атома и в нем сосредоточена практически вся (»99,95%) масса атома. Если бы ядра атомов располагались вплотную друг к другу, то земной шар имел бы радиус » 200 м а не »6400 км (плотность вещества атомных ядер » 1,8?1017 кг/м3).
Поэтому с точки зрения атомистических представлений всякую среду следует рассматривать как вакуум, в который вкраплены атомные ядра и электроны (или по-другому – как вакуум, слегка испорченный вкрапленными в него атомными ядрами и электронами).Результаты опытов по рассеиванию a-частиц свидетельствуют в пользу ядерной модели атома. Однако ядерная модель оказалась в противоречии с законами классической механики и электродинамики. Покажем это.
Предположим, что электрон движется вокруг ядра по круговой орбите радиуса r. При этом кулоновская сила взаимодействия между электроном и ядром сообщает электрону нормальное (центростремительное) ускорение, определяемое из второго закона Ньютона.
. (1)
При r = 1А из (1) находим, что аn » 1022м/с2. Согласно классической электродинамике, ускоренно движущиеся электроны должны излучать электромагнитные волны (см. параграф 2.4.) и вследствие этого терять энергию. В результате электроны будут приближаться к ядру и, в конце концов, упадут на него, что противоречит действительности.
Выход из создавшего тупика был найден в 1913 г. Нильсом Бором, который сформулировал 2 постулата, противоречащие классическим представлениям.
Еще по теме 11.1. Модель атома Резерфорда:
- Эффект Комптона
- Содержание:
- 33. Ядерная модель атома. Опыт Резерфорда. Неспособность класической физики объяснить устойчивость атомов и излучение атомами элмагнитных волн.
- 35. Квантовые постулаты Бора. Строение атома по Бору. Трудности теории Бора.
- 84. Протонно-нейтронная модель ядра атома. Нуклоны. Изотопы.
- Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц. Ядерная модель атома
- Атом водорода по Бору.
- Список билетов к єкзамену по физике
- Опыты Резерфорда по рассеянию α-частиц. Ядерная модель атома
- 11.1. Модель атома Резерфорда
- 1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ РАЗВИТИЯ ОМП И ЗАЩИТЫ ОТ НЕГО
- Наука и мировоззрение. Понятие научной карты мира.
- Гипотетико-дедуктивнаяконцепция развития теоретических знаний. Роль гипотезы в формировании теоретических схем и законов.
- Процедуры обоснования теоретических схем. Логика открытия и логика оправдания гипотезы.
- Периодический закон д. И. Менделеева и его значение для науки.