Подготовка к вступительным экзаменам в МГУ. Физика - Гомонова А.И.
Скачать (прямая ссылка):
вблизи ядра, испытывают резкие отклонения. В этих опытах была также
подтверждена справедливость закона Кулона для очень малых расстояний
между зарядами.
Электроны атома, чтобы не упасть на ядро под действием кулоновского
притяжения, должны двигаться вокруг ядра по орбитам, подобно планетам,
поскольку кулоновские и гравитационные силы
Определения, понятия и законы
261
одинаково зависят от расстояния. Поэтому модель атома Резерфорда называют
планетарной. Однако вращающиеся вокруг ядра электроны, согласно
классической электродинамике, должны испускать электромагнитные волны,
теряя при этом свою энергию и постепенно приближаясь к ядру, т. е- атом
не может быть устойчивым. Спектр излучаемых частот при этом должен быть
непрерывным.
Еще в середине 19-го века было установлено, что свечение различных газов
(в пламени и в электрическом разряде) содержит участки спектра с четко
выраженными дискретными линиями. Для частот vmn линейчатого спектра
водорода была получена формула Бальмера-Ридберга:
где R = 3,293 • 1015 с-1 - постоянная Ридберга, т и п - целые числа,
причем т - п+ 1, и + 2 и т. д.
Квантовые постулаты Бора. Для объяснения наблюдаемых свойств атомов Нильс
Бор в 1913 г. выдвинул два положения, называемые постулатами Бора:
1) В атоме существуют дискретные стационарные состояния, каждому из
которых соответствует определенная энергия Е". При движении вокруг ядра
электроны атома, находящегося в стационарном состоянии, не излучают
электромагнитных волн.
2) При переходе атома из одного стационарного состояния в другое
испускается или поглощается один фотон. Энергия фотона равна разности
энергий в двух его стационарных состояниях: hvmn =Ет - Еп .
Испускание и поглощение энергии атомом. Если Е," > Е", то
происходит излучение фотона, если же Ет < Е", то - поглощение фотона.
Частота фотона vran , который испускается (поглощается)
(5.1)
262
Атом и атомное ядро
атомом, равна vm(1 = (Ет -En)/h . Атом, находящийся в состоянии с
наименьшей энергией, не может испустить фотон. Такое состояние атома
называется основным, остальные состояния (с большей энергией) называются
возбужденными.
Для определения уровней энергии атома водорода Н. Бор предложил гипотезу
о том, что в планетарной модели стационарными являются лишь те состояния,
при которых момент импульса электрона, движущегося по круговой орбите,
принимает дискретные значения:
mvr = ~z~~ . (5.2)
2.7Z
где v - скорость электрона, г - радиус орбиты, п - натуральное число. Эта
формула называется правилом квантования Бора для круговых орбит.
Найденное с ее помощью выражение для частоты излучения полностью
совпадает с (5.1).
Развитая впоследствии квантовая механика естественным образом объясняет
постулаты Бора и полностью описывает движение микрочастиц.
Непрерывный и линейчатый спектры. Спектральный анализ.
Спектр излучения и поглощения вещества в газообразном состоянии всегда
содержит участок, состоящий из узких дискретных линий, который называется
линейчатым спектром, и участок, где распределение частот непрерывное
(непрерывный спектр). Линейчатый спектр у каждого химического элемента и
у каждого сорта молекул индивидуален и отражает структуру уровней энергии
именно данного вещества. Это обстоятельство используется для определения
качественного и количественного состава вещества, т. е. для так
называемого спектрального анализа. Для получения спектров излучения
вещество возбуждают с помощью искрового, дугового или радиочастотного
разряда, либо облучением светом от дополнительных источников:
газоразрядных ламп, лазеров и т. д. Спектры поглощения получают,
пропуская белый свет через исследуемое вещество. В этом случае на
сплошном спектре появляются
Определения, понятия и законы
263
темные линии, обусловленные поглощением света в данном участке спектра.
Спектральный анализ отличается быстротой получения результатов и высокой
чувствительностью. Использование лазеров позволяет регистрировать даже
единичные атомы или молекулы данного сорта.
Экспериментальные методы регистрации заряженных частиц. Для регистрации
радиоактивных излучений используются приборы, основанные на ионизирующем
или фотохимическом действии этих излучений.
Камера Вильсона - прибор для наблюдения следов (треков) заряженных
частиц. Действие основано на конденсации пересыщенного пара на ионах,
образующихся вдоль траектории заряженной частицы. Пересыщенный пар
получается быстрым сжатием насыщенного пара воды или спирта, находящегося
в стеклянном цилиндре. Частицы могут либо испускаться источником,
помещенным внутри камеры, либо попадать в нее извне. Треки
фотографируются несколькими фотоаппаратами для получения
стереоскопического изображения. Природу и свойства частиц можно
определить по длине ее пробега и импульсу, измеряемому по искривлению
траекторий частиц в магнитном поле, в которое помещается камера Вильсона.
Пузырьковая камера - прибор для регистрации следов (треков) заряженных
