Атом Бора. Вернемся в 1911 год. К этому времени дискретность микромира проявилась наиболее ярко в атомных спектрах

Вернемся в 1911 год. К этому времени дискретность микромира проявилась наиболее ярко в атомных спектрах. Оказалось, что атомы поглощают и испускают свет только определенной длины волны, причем спектральные линии группируются в так называемые серии (рис. 3.1).

Рис. 3.1. Длины волн, излучаемые атомом водорода: спектр состоит из серий (показаны три первые) - последовательностей линий, сгущающихся к некоторому (своему для каждой серии) предельному минимальному значению l_n,MIN; серия Бальмера лежит в видимом диапазоне света

Для спектра водорода, простейшего из атомов, была установлена (не выведена, а угадана!) несложная формула

(3.1)

Здесь l - длина волны излучения атома водорода, п и k>п - целые числа, a Rу- так называемая постоянная Ридберга. Оказалось, что серия Лаймана описывается при значениях п=1, k>2, серия Бальмера - при п=2, k>3, серия Пашена - при п=3, k>4 и т. д. Предельные (минимальные) значения для длин волн получаются из (3.1):

Кроме того, в результате изучения свойств газов к тому времени было известно, что размеры атомов приблизительно равны 10^{-10 м}. Поэтому теория, объясняющая спектр и размеры атомов, должна была включать в себя какой-то параметр, позволяющий построить величину размерности длины (постоянных е и т - заряда и массы электрона - для этого недостаточно). Такого параметра в классической теории не было. Им могла бы стать постоянная Ридберга, но ее происхождение было темно и загадочно.

Опыты Э. Резерфорда 1911 г. по отклонению a -частиц при падении их на металлическую фольгу показали наличие внутри атома положительного заряда, сконцентрированного в области диаметром не более 10^{-14 м}.

Схема опытов Резерфорда представлена на рис. 3.2.

Рис. 3.2. Схема опыта Резерфорда по рассеянию a-частиц

От радиоактивного источника К, заключенного в свинцовый контейнер, a -частицы направлялись на тонкую фольгу Ф из исследуемого металла. Рассеянные частицы попадали на экран Э, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа М. Наблюдения рассеянных a -частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами q к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что большинство a -частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие a -частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°. Очевидно, что a -частица может быть отброшена назад, если положительный заряд атома и его масса сосредоточены в очень малом объеме внутри атома. Таким образом, было открыто атомное ядро - тело малых по сравнению атомом размеров, в котором сосредоточен весь положительный заряд и практически вся его масса.

Возникла планетарная модель атома водорода: протон с электроном на орбите. Физики любят единые модели, а здесь так красиво в малом повторялось большое, в атоме - Солнечная система.

Проблема состояла в том, что электрон должен упасть на ядро. Почему планеты не падают на Солнце? Важны начальные условия (положение и скорость), а дальше происходит вращение по стационарной орбите. Но электрон заряжен и при ускорении должен испускать электромагнитное излучение, то есть стационарное вращение невозможно. Классическая электродинамика предсказывает, что, быстро потеряв свою энергию, электрон должен упасть на ядро примерно за 510^-11 с. Свет за это время проходит около 1.5 см (получается, что мы видим лишь «мертвые» атомы, но это не так!). Резерфорд понимал проблему, но сознательно концентрировался на изучении ядра, полагая, что вопрос об устойчивости атома будет решен при исследовании поведения атомных электронов. Это суждено было сделать в 1913 г. Н. Бору, предложившему новую теорию атома.

Поиск по сайту: