Опыт Резерфорда. Ядерная модель атома

Радикальные выводы о строении атома, следовавшие из опытов Резерфорда, заставляли многих ученых сомневаться в их справедливости. Не исключением был и сам Резерфорд, опубликовавший результаты своих исследований только через два года (в 1911 г.) после выполнения первых экспериментов. Опираясь на классические представления о движении микрочастиц, Резерфорд предложил планетарную модель атома. Согласно этой модели, в центре атома располагается положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, вращаются под действием кулоновских сил со стороны ядра электроны (рис.1.4). Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро.

Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, несомненно явилась крупным шагом в развитии знаний о строении атома. Она была совершенно необходимой для объяснения опытов по рассеянию α-частиц. Однако она оказалась неспособной объяснить сам факт длительного существования атома, т. е. его устойчивость. По законам классической электродинамики, движущийся с ускорением заряд должен излучать электромагнитные волны, уносящие энергию. За короткое время (порядка 10–8 с) все электроны в атоме Резерфорда должны растратить всю свою энергию и упасть на ядро. То, что этого не происходит в устойчивых состояниях атома, показывает, что внутренние процессы в атоме не подчиняются классическим законам.

Опыт Резерфорда. Ядерная модель атома

Схема опыта Резерфорда

Атом водорода. Линейчатые спектры

Постулаты Бора

Второй постулат Бора

Диаграмма энергетических уровней атома водорода

Де Бройль предложил, что каждая орбита в атоме водорода соответствует волне, распространяющейся по окружности около ядра атома.

Представление о дискретных состояниях противоречит классической физике

Квантовые постулаты Бора

Второй постулат Бора также противоречит электродинамике Максвелла, так как частота излучения определяется только изменением энергии атома и никак не зависит от характера движения электрона

Полная энергия электрона в атоме водорода складывается из его кинетической энергии и потенциальной энергии в электростатическом поле ядра  

Согласно второму постулату Бора (2), при переходе атома водорода из стационарного состояния п в стационарное состояние m с меньшей энергией испускается фотон

Опыт Франка и Герца

При дальнейшем увеличении разности потенциалов электроны после неупругого столкновения приобретают энергию, достаточную для преодоления задерживающего потенциала, в результате сила тока вновь начинает расти

Гипотеза де-Бройля.

Экспериментальное доказательство волновых свойств вещества Формула де Бройля экспериментально подтвердилась в опытах К. Дэвиссона и Л. Джермера (1927), наблюдавших рассеяние электронов монокристаллом никеля.

Схема опыта Дж. Томсона по наблюдению дифракции электронов при их прохождении сквозь тонкий листок золота

Результаты опытов Дэвиссоиа и Джермера можно объяснить, если привлечь идею де Бройля о волновых свойствах электронов и формулу ().

Интерференция волн де Бройля и корпускулярно-волновой дуализм

Обнаружение волновых свойств частиц привело к открытию фундаментального закона, управляющего всеми явлениями мира микрочастиц,— соотношения неопределенностей.

Волновая функция и ее статистический смысл Условия, налагаемые на волновую функцию.

Общее уравнение Шредингера. Волновая функция — объективная характеристика состояния микрочастиц

Уравнение Шредингера для стационарных состояний (вывод этого уравнения из общего уравнение Шредингера).

Условия регулярности волновых функций. Собственные значения энергии и собственные функции.

Принцип причинности в квантовой механике. Движение свободной частицы. Волновая функция энергия, плотность вероятности.

Свободная частица – частица, движущиеся в отсутствие внешних полей, - наиболее простая физическая система. При свободном движении частицы ее полная энергия совпадает с кинетической, а скорость v=const.

Наиболее последовательное и непротиворечивое описание явлений микромира дает квантовая механика на основе использования волновой функции.

Потенциальная яма – ограниченная область пространства, в которой потенциальная энергия Wп частицы меньше, чем вне этой области. Выясним поведение волновой функции электрона в яме Частица за пределы «ямы» не проникает

Прохождение частиц через потенциальный барьер. Вывод формулы для коэффициента прозрачности потенциального барьера. Отражение и прохождение сквозь прямоугольный потенциальный порог

Уравнение Шредингера для стационарных состояний частицы в поле бесконечно протяженного порога

В области 2 наблюдается только прошедшая волна, распространяющаяся в положительном направлении оси х.

Итак, выводы квантовой механики приводят к заключению, что в случае Е>U0 (в случае низкого прямоугольного потенциального порога) волна частично отражается

Потенциальный барьер конечной ширины. туннельный эффект.

 

Высшая математика Лекции, конспекты, курсовые, примеры решения задач