Д.Д. Томсон: Кн. для учащихся - Кудрявцев С.П.
Скачать (прямая ссылка):
И все же модель Томсона не была свободна от недостатков. Главным из них был вопрос о распределении положительного заряда в атоме, размерах положительно заряженной сферы. Томсон знал об этом слабом месте своей модели. В книге «Корпускулярная модель вещества» он писал: «В каком виде положительное электричество пребывает в атоме — это вопрос, относительно которого мы в настоящее время осведомлены весьма мало... За отсутствием определенных сведений о том, в каком виде положительное электричество находится в атоме,
66 мы рассмотрим такое распределение положительного электричества, которое представляет собой случай, наиболее доступный для математического вычисления, именно — когда это электричество представляет собой шар постоянной плотности...» Для простоты Томсон предполагал, что электроны в его модели размещаются в одной плоскости. Эти слабости его модели проявились при объяснении различных физических и химических явлений. Так, томсоновская модель атома позволяла объяснить линейчатый спектр атомов, однако закономерности в спектрах не удалось объяснить. Не удалось полностью объяснить и периодическую систему, хотя, безусловно, модель Томсона обнаруживала сходство с законом Менделеева.
Модели атома Томсона был нанесен удар исследованиями Резерфорда и его учеников по рассеянию атчастиц. Суть этих исследований заключалась в следующем. Поток а-частиц, испускаемых радием, пропускался через маленькое отверстие в трубку с откачанным из нее воздухом. На небольшом расстоянии от отверстия находился сернистоцинковый экран. При ударе о него а-частиц получалось изображение светлого пятна. При закрывании отверстия тонкой металлической пластинкой изображение светлого пятна на экране несколько размывалось, т. е. а-частицы рассеивались веществом металлической пластинки. Изучение рассеяния показало, что небольшое число а-частиц (примерно 1/8000) отклонялось на угол больше 90°. Модель Томсона не допускала таких больших отклонений. Математический расчет показывал, что такие большие отклонения могут происходить, если а-частицы попадают под влияние сильных электрических полей, существующих вокруг зарядов, сконцентрированных в очень малом объеме. Электрическое поле, создаваемое положительно заряженной, размытой по всему объему атома сферой, не могло оказывать такого сильного влияния на а-частицу, и ее столкновение с электроном не могло повлиять на траекторию движения, поскольку масса а-частицы почти в 8000 раз больше массы электрона. Поэтому Резерфорд приходит к выводу, что почти вся масса атома сосредоточена в положительно заряженном ядре. Вокруг него, как планеты вокруг Солнца, вращаются электроны.
Модель атома Резерфорда — это новый этап в развитии физики атома. Однако и она встретилась с трудностями, которые не могла разрешить. Так, согласно классической электродинамике, вращающиеся электроны в атоме Резерфорда должны излучать энергию и в конечном счете упасть на ядро.
Томсон не мог принять4 планетарную модель, противоречащую законам классической физики. В to же время он не мог не признать и бесспорные факты, полученные Резерфордом при исследовании рассеяния а-частиц. И в 1913 г. Томсон, учтя исследования Резерфорда, приходит к новой модели
67 атома. Теперь в его модели имеется ядро малых размеров, вокруг которого располагаются электроны. Сила взаимодействия между ядром и электронами у него уже не кулоновская. В остальйом эта модель походила на первую.
Однако теория атома стала развиваться по другому пути, который наметил в том же 1913 г. замечательный датский физик Нильс Бор (1885 —1962). Он взял за основу модель атома Резерфорда и дополнил ее новыми идеями.
И все же, несмотря на ограниченность, модель атома Томсона сыграла важную роль в развитии атомной теории. Его модель послужила источником многих идей как для ученых — современников Томсона, так и для физиков нашего времени. Безусловно, что многие его идеи были использованы Резерфордом и Бором при построении ими своих моделей атома, в частности идея распределения электронов по кольцам. Нильс Бор писал о модели атома Томсона: «Со времени знаменитой попытки Дж. Дж. Томсона истолковать периодическую систему на основании исследования устойчивости различных электронных конфигураций идея о разделении электронов в атоме на группы стала исходным пунктом и более новых воззрений. Предположение Томсона о распределении положительного заряда в атоме оказалось несовместимым с опытными результатами, полученными на основании изучения радиоактивных веществ. Тем не менее эта работа содержит много оригинальных мыслей и оказала большое влияние на дальнейшее развитие атомной теории».
И в наше время ученые обращаются к модели Томсона и находят ценные идеи для своих работ. Так, в современной модели ядра, так называемой оболочечной модели ядра, мы можем встретиться с кольцами Томсона, с этими первыми моделями оболочек; и пусть эти оболочки начинены в ядре не электронами, все же идея размещения частиц по оболочкам впервые была высказана Дж. Дж. Томсоном.
* ТОМСОН И «НОВАЯ ФИЗИКА»
