عنصر پراکندگی و تجربه ذرات. آزمایش پراکندگی ذرات آلفای رادرفورد (به طور خلاصه)

معرفی

اتم ها که در ابتدا تصور می شد غیرقابل تقسیم هستند، سیستم های پیچیده ای هستند. آنها دارای یک هسته عظیم از پروتون ها و نوترون ها هستند که الکترون ها در فضای خالی به دور آن حرکت می کنند. اتم ها بسیار کوچک هستند - ابعاد آنها حدود 10-10-10-9 متر است و ابعاد هسته هنوز حدود 100000 برابر کوچکتر است (10-15-10-14 متر). بنابراین، اتم‌ها را فقط می‌توان به‌طور غیرمستقیم، در تصویری با بزرگ‌نمایی بسیار بالا (مثلاً با استفاده از یک پروژکتور نشر میدانی) «دیده» کرد. اما حتی در این مورد، اتم ها را نمی توان با جزئیات دید. دانش ما از ساختار داخلی آنها مبتنی بر حجم عظیمی از داده های تجربی است که به طور غیرمستقیم اما قانع کننده از موارد فوق پشتیبانی می کند. ایده ها در مورد ساختار اتم در قرن بیستم به شدت تغییر کرد. تحت تأثیر ایده های نظری جدید و داده های تجربی. هنوز سوالات حل نشده ای در توصیف ساختار داخلی هسته اتم وجود دارد که موضوع تحقیقات فشرده است. بخش های بعدی تاریخچه توسعه ایده ها در مورد ساختار اتم به عنوان یک کل را شرح می دهد. یک مقاله جداگانه به ساختار هسته (ساختار هسته اتمی) اختصاص داده شده است، زیرا این ایده ها تا حد زیادی به طور مستقل توسعه یافته اند. انرژی مورد نیاز برای مطالعه پوسته بیرونی یک اتم نسبتاً کم است، به ترتیب انرژی حرارتی یا شیمیایی. به همین دلیل، الکترون ها مدت ها قبل از کشف هسته به صورت تجربی کشف شدند. هسته، با وجود اندازه کوچکش، بسیار قوی است، بنابراین می توان آن را تنها با کمک نیروهایی که میلیون ها بار شدیدتر از نیروهایی که بین اتم ها وارد می کنند، از بین برد و مطالعه کرد. پیشرفت سریع در درک ساختار داخلی هسته تنها با ظهور شتاب دهنده های ذرات آغاز شد. این تفاوت عظیم در اندازه و انرژی اتصال است که به ما امکان می دهد ساختار اتم را به عنوان یک کل جدا از ساختار هسته در نظر بگیریم. برای دریافت ایده ای از اندازه یک اتم و فضای خالی آن، اتم هایی را در نظر بگیرید که یک قطره آب به قطر 1 میلی متر را تشکیل می دهند. اگر از نظر ذهنی این قطره را به اندازه زمین بزرگ کنید، اتم های هیدروژن و اکسیژن موجود در مولکول آب قطری بین 1 تا 2 متر خواهند داشت. بخش عمده جرم هر اتم در هسته آن متمرکز می شود، قطر آن است. که تنها 0.01 میلی متر بود.

بخش اصلی

من. تکامل ایده ها در مورد ساختار اتم ها

کشف ساختار پیچیده اتم مهمترین مرحله در توسعه فیزیک مدرن است. در فرآیند ایجاد یک نظریه کمی ساختار اتمی، که امکان توضیح سیستم های اتمی را فراهم کرد، ایده های جدیدی در مورد خواص ریزذرات شکل گرفت که توسط مکانیک کوانتومی توصیف می شود.

ایده اتم ها به عنوان کوچکترین ذرات غیرقابل تقسیم مواد، همانطور که در بالا ذکر شد، در زمان های قدیم بوجود آمد (دموکریتوس، اپیکور، لوکرتیوس). در قرون وسطی، آموزه اتم ها، به عنوان مادی گرایانه، به رسمیت شناخته نشد. تا آغاز قرن 18. نظریه اتمی در حال افزایش محبوبیت است. در این زمان، آثار شیمیدان فرانسوی A. Lavoisier (1743-1794)، دانشمند بزرگ روسی M.V. لومونوسوف و شیمیدان و فیزیکدان انگلیسی D. Dalton (1766-1844) واقعیت وجود اتم ها را اثبات کردند. با این حال، در این زمان، سؤال ساختار داخلی اتم ها حتی مطرح نشد، زیرا اتم ها تقسیم ناپذیر در نظر گرفته می شدند.

نقش عمده ای در توسعه نظریه اتمی توسط شیمیدان برجسته روسی D.I. مندلیف، که در سال 1869 سیستم تناوبی عناصر را توسعه داد، که در آن برای اولین بار مسئله ماهیت یکپارچه اتم ها بر مبنای علمی مطرح شد. در نیمه دوم قرن نوزدهم. به طور تجربی ثابت شده است که الکترون یکی از اجزای اصلی هر ماده است. این نتایج و همچنین داده های تجربی متعدد منجر به این واقعیت شد که در آغاز قرن بیستم. سوال ساختار اتم به طور جدی مطرح شد.

وجود یک ارتباط طبیعی بین همه عناصر شیمیایی، که به وضوح در سیستم تناوبی مندلیف بیان شده است، نشان می دهد که ساختار همه اتم ها بر اساس یک ویژگی مشترک است: همه آنها به یکدیگر مرتبط هستند.

با این حال، تا پایان قرن نوزدهم. در شیمی، این اعتقاد متافیزیکی حاکم بود که اتم کوچکترین ذره ماده ساده، حد نهایی تقسیم پذیری ماده است. در طول تمام دگرگونی های شیمیایی، تنها مولکول ها از بین می روند و دوباره ایجاد می شوند، در حالی که اتم ها بدون تغییر باقی می مانند و نمی توانند به قطعات کوچکتر تقسیم شوند.

برای مدت طولانی، فرضیات مختلف در مورد ساختار اتم توسط هیچ داده تجربی تأیید نشد. فقط در پایان قرن نوزدهم. اکتشافاتی انجام شد که پیچیدگی ساختار اتم و امکان تبدیل برخی اتم ها به اتم های دیگر تحت شرایط خاص را نشان می داد. بر اساس این اکتشافات، دکترین ساختار اتم به سرعت شروع به توسعه کرد.

اولین شواهد غیرمستقیم از ساختار پیچیده اتم ها از مطالعه پرتوهای کاتدی تولید شده در طی تخلیه الکتریکی در گازهای بسیار کمیاب به دست آمد. بررسی خواص این پرتوها به این نتیجه رسید که آنها جریانی از ذرات ریز هستند که حامل بار الکتریکی منفی هستند و با سرعتی نزدیک به سرعت نور پرواز می کنند. با استفاده از تکنیک های خاص، می توان جرم ذرات کاتد و مقدار بار آنها را تعیین کرد و متوجه شد که آنها نه به ماهیت گاز باقی مانده در لوله و نه به ماده ای که الکترودها از آن وارد می شوند، بستگی ندارند. ساخته شده اند یا در شرایط آزمایشی دیگر. علاوه بر این، ذرات کاتد فقط در حالت باردار شناخته می شوند و نمی توان آنها را از بارهای خود جدا کرد و به ذرات خنثی الکتریکی تبدیل کرد: بار الکتریکی جوهر ماهیت آنها است. این ذرات که الکترون نام دارند در سال 1897 توسط فیزیکدان انگلیسی جی تامسون کشف شد.

پس از مشخص شدن ماهیت پرتوهای کاتدی به عنوان جریانی از الکترون ها و تعیین بار و جرم الکترون، مطالعه ساختار اتم عملاً در سال های 1897-1898 آغاز شد. تامسون اولین مدل اتم را ارائه کرد که اتم را به صورت توده ای از ماده با بار الکتریکی مثبت ارائه کرد که در آن الکترون های زیادی در هم قرار گرفته اند که آن را به شکل الکتریکی خنثی تبدیل می کند. در این مدل، فرض بر این بود که، تحت تأثیر تأثیرات خارجی، الکترون‌ها می‌توانند نوسان کنند، یعنی با سرعتی شتاب‌دار حرکت کنند. به نظر می رسد که این امکان پاسخگویی به سؤالات مربوط به انتشار نور توسط اتم های ماده و پرتوهای گاما توسط اتم های مواد رادیواکتیو را فراهم می کند.

مدل تامسون از اتم، ذرات باردار مثبت درون یک اتم را فرض نمی کرد. اما چگونه می توانیم انتشار ذرات آلفا با بار مثبت توسط مواد رادیواکتیو را توضیح دهیم؟ مدل اتمی تامسون به برخی سوالات دیگر پاسخی نداد.

در سال 1911، E. Rutherford، فیزیکدان انگلیسی، هنگام مطالعه حرکت ذرات آلفا در گازها و سایر مواد، بخشی از اتم را با بار مثبت کشف کرد. مطالعات دقیق‌تر بیشتر نشان داد که وقتی پرتوی از پرتوهای موازی از لایه‌های گاز یا یک صفحه فلزی نازک عبور می‌کند، دیگر پرتوهای موازی ظاهر نمی‌شوند، بلکه تا حدودی واگرا هستند: ذرات آلفا پراکنده می‌شوند، یعنی از مسیر اصلی منحرف می‌شوند. زوایای انحراف کوچک هستند، اما همیشه تعداد کمی از ذرات (حدود یک در چند هزار) وجود دارد که به شدت منحرف می شوند. برخی از ذرات طوری به عقب پرتاب می شوند که گویی با مانعی غیر قابل نفوذ مواجه شده اند. اینها الکترون نیستند - جرم آنها بسیار کمتر از جرم ذرات آلفا است. انحراف می تواند هنگام برخورد با ذرات مثبتی که جرم آنها هم تراز جرم ذرات آلفا است رخ دهد. بر اساس این ملاحظات، رادرفورد نمودار زیر را از ساختار اتم پیشنهاد کرد.

در مرکز اتم یک هسته با بار مثبت وجود دارد که الکترون ها در مدارهای مختلف به دور آن می چرخند. نیروی گریز از مرکز که در طول چرخش آنها به وجود می آید با جاذبه بین هسته و الکترون ها متعادل می شود و در نتیجه آنها در فواصل معینی از هسته باقی می مانند. از آنجایی که جرم یک الکترون ناچیز است، تقریباً کل جرم یک اتم در هسته آن متمرکز است. سهم هسته و الکترون ها، که تعداد آنها نسبتاً کم است، تنها بخش ناچیزی از کل فضای اشغال شده توسط سیستم اتمی را تشکیل می دهد.

نمودار ساختار اتم که توسط رادرفورد پیشنهاد شده است، یا همانطور که معمولاً می گویند مدل سیاره ای اتم، به راحتی پدیده انحراف ذرات آلفا را توضیح می دهد. در واقع، اندازه هسته و الکترون‌ها در مقایسه با اندازه کل اتم بسیار کوچک است، که توسط مدارهای الکترون‌هایی که دورتر از هسته قرار دارند تعیین می‌شود، بنابراین بیشتر ذرات آلفا بدون انحراف محسوس از میان اتم‌ها عبور می‌کنند. تنها در مواردی که ذره آلفا به هسته بسیار نزدیک می شود، دافعه الکتریکی باعث انحراف شدید آن از مسیر اصلی خود می شود. بنابراین، مطالعه پراکندگی ذرات آلفا پایه و اساس نظریه هسته ای اتم را ایجاد کرد.

II. فرضیه های بور

مدل سیاره ای اتم توضیح نتایج آزمایشات در مورد پراکندگی ذرات آلفا ماده را ممکن کرد، اما مشکلات اساسی در توجیه پایداری اتم ها به وجود آمد. اولین تلاش برای ساختن یک نظریه کیفی جدید - کوانتومی - اتم در سال 1913 توسط نیلز بور انجام شد. او هدف خود را پیوند دادن قوانین تجربی طیف های خطی، مدل هسته ای رادرفورد از اتم و ماهیت کوانتومی گسیل و جذب نور در یک کل واحد قرار داد. بور نظریه خود را بر اساس مدل هسته ای رادرفورد استوار کرد. او پیشنهاد کرد که الکترون ها در مدارهای دایره ای به دور هسته حرکت کنند. حرکت دایره ای، حتی با سرعت ثابت، شتاب دارد. این حرکت شتاب دار بار معادل جریان متناوب است که یک میدان الکترومغناطیسی متناوب در فضا ایجاد می کند. برای ایجاد این میدان انرژی مصرف می شود. انرژی میدان می تواند به دلیل انرژی برهمکنش کولنی الکترون با هسته ایجاد شود. در نتیجه، الکترون باید به صورت مارپیچی حرکت کند و روی هسته بیفتد. با این حال، تجربه نشان می دهد که اتم ها تشکیلات بسیار پایداری هستند. از این نتیجه می شود که نتایج الکترودینامیک کلاسیک، بر اساس معادلات ماکسول، برای فرآیندهای درون اتمی قابل اجرا نیست. یافتن الگوهای جدید ضروری است. بور نظریه خود در مورد اتم را بر اساس فرضیه های زیر استوار کرد.

فرض اول بور(اصل حالت های ساکن): در یک اتم حالت های ایستا (با زمان تغییر نمی کند) وجود دارد که در آن انرژی از خود ساطع نمی کند. حالت های ساکن یک اتم مربوط به مدارهای ثابتی است که الکترون ها در امتداد آن حرکت می کنند. حرکت الکترون ها در مدارهای ثابت با انتشار امواج الکترومغناطیسی همراه نیست.این فرضیه در تضاد با نظریه کلاسیک است. در حالت ساکن یک اتم، یک الکترون که در یک مدار دایره ای حرکت می کند، باید مقادیر کوانتومی گسسته تکانه زاویه ای داشته باشد.

فرض دوم بور(قانون فرکانس): هنگامی که یک الکترون از یک مدار ثابت به مدار دیگر حرکت می کند، یک فوتون با انرژی گسیل می شود (جذب می شود)

برابر با تفاوت بین انرژی های حالت های ساکن متناظر (En و Em به ترتیب انرژی های حالت های ساکن اتم قبل و بعد از تابش/جذب هستند).انتقال یک الکترون از یک مدار ثابت عدد m به یک عدد مدار ثابت nمربوط به انتقال یک اتم از حالتی با انرژی است Emبه حالتی با انرژی En (شکل 1).

عکس. 1. برای توضیح فرضیه های بور

گسیل فوتون рEn>Em (انتقال یک اتم از حالتی با انرژی بالاتر به حالتی با انرژی کمتر، به عنوان مثال، انتقال یک الکترون از مداری دورتر از هسته به مداری نزدیکتر) در En رخ می دهد.<Еm – его поглощение (переход атома в состояние с большей энергией, т. е, переход электрона на более удаленную от ядра орбиту). Набор возможных дискретных частот انتقال کوانتومی و تعیین طیف خط یک اتم. تئوری بور به طرز درخشانی طیف خطی هیدروژن را که بصورت تجربی مشاهده شده است توضیح داد. موفقیت های نظریه اتم هیدروژن به قیمت کنار گذاشتن اصول بنیادی مکانیک کلاسیک به دست آمد که بیش از 200 سال بدون قید و شرط معتبر باقی مانده است. بنابراین، اثبات تجربی مستقیم اعتبار فرضیه های بور، به ویژه فرض اول - در مورد وجود حالت های ساکن - از اهمیت زیادی برخوردار بود. فرض دوم را می توان نتیجه قانون بقای انرژی و فرضیه وجود فوتون دانست. فیزیکدانان آلمانی D. Frank و G. Hertz، با مطالعه برخورد الکترون ها با اتم های گاز با استفاده از روش پتانسیل تاخیر (1913)، به طور تجربی وجود حالت های ساکن و گسسته بودن مقادیر انرژی اتمی را تایید کردند. علیرغم موفقیت بی‌تردید مفهوم بور در رابطه با اتم هیدروژن، که برای آن امکان ساخت یک نظریه کمی طیف وجود دارد، امکان ایجاد نظریه مشابهی برای اتم هلیوم در کنار هیدروژن وجود نداشت. از ایده های بور در مورد اتم هلیوم و اتم های پیچیده تر، نظریه بور به ما اجازه داد که فقط نتایج کیفی (البته بسیار مهم) بگیریم. ایده مدارهای خاصی که در امتداد آنها یک الکترون در اتم بور حرکت می کند بسیار مشروط بود. در واقع حرکت الکترون ها در یک اتم شباهت کمی با حرکت سیارات در مدار دارد. در حال حاضر با کمک مکانیک کوانتومی می توان به سوالات زیادی در مورد ساختار و خواص اتم های هر عنصر پاسخ داد.

III. ساختار هسته اتم

ساختار هسته اتم

سطح نوکلئون

حدود 20 سال پس از اینکه رادرفورد هسته خود را در اعماق یک اتم "کشف" کرد، نوترون کشف شد - ذره ای با تمام خواصش مانند هسته اتم هیدروژن - یک پروتون، اما فقط بدون بار الکتریکی. معلوم شد که نوترون برای کاوش درون هسته ها بسیار راحت است. از آنجایی که از نظر الکتریکی خنثی است، میدان الکتریکی هسته آن را دفع نمی کند - بر این اساس، حتی نوترون های کند می توانند به راحتی در فواصل زمانی که نیروهای هسته ای شروع به نشان دادن خود می کنند به هسته نزدیک شوند. پس از کشف نوترون، فیزیک ریزجهان با جهش به جلو حرکت کرد.

اندکی پس از کشف نوترون، دو فیزیکدان نظری - ورنر هایزنبرگ آلمانی و دیمیتری ایواننکو شوروی - این فرضیه را مطرح کردند که هسته اتم از نوترون ها و پروتون ها تشکیل شده است. درک مدرن از ساختار هسته بر اساس آن است.

پروتون ها و نوترون ها با کلمه نوکلئون ترکیب می شوند. پروتون ها ذرات بنیادی هستند که هسته اتم های سبک ترین عنصر شیمیایی - هیدروژن هستند. تعداد پروتون های هسته برابر با عدد اتمی عنصر در جدول تناوبی است و به آن Z (تعداد نوترون ها - N) می گویند. یک پروتون دارای بار الکتریکی مثبت است که در مقدار مطلق برابر با بار الکتریکی اولیه است. تقریباً 1836 بار سنگین تر از یک الکترون است. یک پروتون از دو کوارک بالا با بار Q = + 2/3 و یک کوارک d با Q = - 1/3 تشکیل شده است که توسط یک میدان گلوئون به هم متصل شده اند. ابعاد نهایی آن حدود 10-15 متر است، اگرچه نمی توان آن را به عنوان یک توپ جامد تصور کرد، بلکه بیشتر شبیه یک ابر با مرزی مبهم است که از ذرات مجازی ایجاد شده و نابود شده تشکیل شده است.

بار الکتریکی یک نوترون 0 است، جرم آن تقریباً 940 مگا ولت است. یک نوترون از یک کوارک u و دو کوارک d تشکیل شده است. این ذره فقط در ترکیب هسته‌های اتمی پایدار پایدار است؛ یک نوترون آزاد به یک الکترون، یک پروتون و یک پادنوترینوی الکترونی تجزیه می‌شود. نیمه عمر یک نوترون (زمانی که طول می کشد تا نیمی از تعداد اولیه نوترون ها تجزیه شوند) تقریباً 12 دقیقه است. در ماده، نوترون‌ها به دلیل جذب قوی توسط هسته‌ها، مدت زمان کمتری به شکل آزاد وجود دارند. مانند پروتون، نوترون در همه انواع برهمکنش ها از جمله الکترومغناطیسی شرکت می کند: با خنثی بودن کلی، به دلیل ساختار داخلی پیچیده اش، جریان های الکتریکی در آن وجود دارد.

در هسته، نوکلئون ها توسط نیروی خاصی محدود می شوند - هسته ای. یکی از ویژگی های مشخصه آنها کوتاه اثر است: در فواصل حدود 10-15 متر یا کمتر از هر نیروی دیگری تجاوز می کنند، در نتیجه نوکلئون ها تحت تأثیر دافعه الکترواستاتیکی پروتون های دارای بار مشابه از هم جدا نمی شوند. . در فواصل زیاد، نیروهای هسته ای خیلی سریع به صفر می رسند.

مکانیسم عمل نیروهای هسته ای بر اساس همان اصل نیروهای الکترومغناطیسی است - مبادله اجسام در حال تعامل با ذرات مجازی.

ذرات مجازی در تئوری کوانتومی ذراتی هستند که دارای اعداد کوانتومی یکسانی (اسپین، بارهای الکتریکی و باریونی و غیره) با ذرات واقعی مربوطه هستند، اما رابطه معمول بین انرژی، تکانه و جرم برای آنها برقرار نیست.

IV. آزمایشات رادرفورد

در یک میدان مغناطیسی، شار پرتوهای رادیواکتیو به 3 جزء تقسیم می شود: پرتوهای آلفا، پرتوهای بتا و پرتوهای گاما.

پدیده رادیواکتیویته نشان دهنده ساختار پیچیده اتم بود

نتیجه

در پایان، ما به این نتیجه می رسیم که مفهوم رادرفورد-بور در حال حاضر چیزی بیش از ذرات حقیقت مطلق است، اگرچه توسعه بیشتر فیزیک اشتباهات بسیاری را در این مفهوم آشکار کرده است. بخش بزرگ تری از دانش کاملاً صحیح در نظریه مکانیک کوانتومی اتم موجود است.

کشف ساختار پیچیده اتم یک رویداد بزرگ در فیزیک بود، زیرا ایده های فیزیک کلاسیک در مورد اتم ها به عنوان واحدهای ساختاری جامد و غیرقابل تقسیم ماده رد شد.

لیزرها

بر اساس تئوری کوانتومی تابش، مولدهای کوانتومی امواج رادیویی و مولدهای کوانتومی نور مرئی - لیزر - ساخته شدند. لیزرها تشعشعات منسجمی با قدرت بسیار بالا تولید می کنند. تابش لیزر در زمینه های مختلف علم و فناوری بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، به عنوان مثال، برای ارتباطات در فضا، برای ضبط و ذخیره اطلاعات (دیسک های لیزری) و جوشکاری، در پزشکی.

طیف

نظریه بور توضیح وجود طیف های خطی را ممکن کرد.
فرمول (1) یک ایده کیفی از اینکه چرا طیف‌های گسیل و جذب اتمی ردیف شده‌اند به دست می‌دهد. در واقع، یک اتم فقط می تواند امواجی از فرکانس هایی را منتشر کند که با تفاوت در مقادیر انرژی مطابقت دارد. E 1 , E 2 , . . . , E n ,. . به همین دلیل است که طیف انتشار اتم ها از خطوط روشن و تیز به طور جداگانه تشکیل شده است. در عین حال، یک اتم می تواند نه هر فوتون، بلکه فقط یک فوتون را با انرژی جذب کند hνکه دقیقا برابر با تفاوت است E n − اکدو مقدار مجاز انرژی E nو اک. حرکت به حالت انرژی بالاتر E nاتم‌ها دقیقا همان فوتون‌هایی را جذب می‌کنند که می‌توانند در طول انتقال معکوس به حالت اولیه ساطع کنند. اک. به زبان ساده، اتم ها از طیف پیوسته خطوطی را می گیرند که خودشان ساطع می کنند. به همین دلیل است که خطوط تاریک طیف جذبی یک گاز اتمی سرد دقیقاً در مکانهایی قرار دارند که خطوط روشن طیف انتشار همان گاز در حالت گرم قرار دارند.

طیف پیوسته گسیل هیدروژن طیف جذب هیدروژن

کلمه "اتم" ترجمه شده از یونانی به معنای "تقسیم ناپذیر" است. برای مدت طولانی، تا آغاز قرن بیستم، اتم به معنای کوچکترین ذرات غیرقابل تقسیم ماده بود. با آغاز قرن بیستم. علم حقایق زیادی را جمع آوری کرده است که نشان دهنده ساختار پیچیده اتم ها است.

پیشرفت زیادی در مطالعه ساختار اتم ها در آزمایش های دانشمند انگلیسی ارنست رادرفورد در مورد پراکندگی ذرات آلفا هنگام عبور از لایه های نازک ماده حاصل شد. در این آزمایش‌ها، پرتو باریکی از ذرات α که توسط یک ماده رادیواکتیو ساطع می‌شد به سمت ورق طلای نازک هدایت شد. صفحه‌ای در پشت فویل قرار داده شده بود که می‌توانست تحت تأثیر ذرات سریع بدرخشد. مشخص شد که اکثر ذرات α پس از عبور از فویل از انتشار خط مستقیم منحرف می شوند، یعنی پراکنده می شوند و برخی از ذرات α عموما به عقب پرتاب می شوند. رادرفورد پراکندگی ذرات α را با این واقعیت توضیح داد که بار مثبت به طور یکنواخت در یک توپ با شعاع 10-10 متر، همانطور که قبلاً فرض شد، توزیع نمی شود، اما در قسمت مرکزی اتم - هسته اتم متمرکز شده است. هنگام عبور از نزدیکی هسته، یک ذره a دارای بار مثبت از آن دفع می شود و هنگامی که به هسته برخورد می کند، در جهت مخالف به عقب پرتاب می شود. ذراتی که بار یکسانی دارند اینگونه رفتار می کنند، بنابراین، یک بخش مرکزی با بار مثبت از اتم وجود دارد که در آن جرم قابل توجهی از اتم متمرکز شده است. محاسبات نشان داد که برای توضیح آزمایشات باید شعاع هسته اتم را تقریباً 15-10 متر در نظر گرفت.

رادرفورد پیشنهاد کرد که ساختار اتم مانند یک منظومه سیاره ای است. ماهیت مدل رادرفورد از ساختار اتم به شرح زیر است: در مرکز اتم یک هسته با بار مثبت وجود دارد که تمام جرم در آن متمرکز است؛ الکترون ها در مدارهای دایره ای در فواصل زیاد (مانند سیارات) به دور هسته می چرخند. اطراف خورشید). بار هسته با تعداد عنصر شیمیایی جدول تناوبی منطبق است.

h ثابت پلانک است.

1. کلمه "اتم" ترجمه شده از یونانی به معنای "تقسیم ناپذیر" است. برای مدت طولانی، تا آغاز قرن بیستم، اتم به معنای کوچکترین ذرات غیرقابل تقسیم ماده بود. با آغاز قرن بیستم. علم حقایق زیادی را جمع آوری کرده است که نشان دهنده ساختار پیچیده اتم ها است.

پیشرفت های بزرگی در مطالعه ساختار اتم ها در آزمایش های دانشمند انگلیسی ارنست رادرفورد در مورد پراکندگی ذرات آلفا هنگام عبور از لایه های نازک ماده به دست آمد. در این آزمایش‌ها، پرتو باریکی از ذرات آلفا که از یک ماده رادیواکتیو ساطع می‌شد به سمت ورق طلای نازک هدایت می‌شد. صفحه‌ای در پشت فویل قرار داده شده بود که می‌توانست تحت تأثیر ذرات سریع بدرخشد. مشخص شد که اکثر ذرات α پس از عبور از فویل از انتشار خط مستقیم منحرف می‌شوند، یعنی پراکنده می‌شوند و برخی از ذرات α عموماً به عقب پرتاب می‌شوند. رادرفورد پراکندگی ذرات آلفا را با این واقعیت توضیح داد که بار مثبت در یک توپ با شعاع 10 ~ 10 متر، همانطور که قبلاً فرض شد، به طور یکنواخت توزیع نمی شود، اما در قسمت مرکزی اتم - هسته اتم متمرکز شده است. هنگام عبور از نزدیکی هسته، یک ذره a دارای بار مثبت از آن دفع می شود و هنگامی که به هسته برخورد می کند، در جهت مخالف به عقب پرتاب می شود. ذراتی که بار یکسانی دارند اینگونه رفتار می کنند، بنابراین، یک بخش مرکزی با بار مثبت از اتم وجود دارد که در آن جرم قابل توجهی از اتم متمرکز شده است. محاسبات نشان داد که برای توضیح آزمایشات، لازم است شعاع هسته اتم را تقریباً 10^~15 متر در نظر بگیریم.

مدل سیاره ای رادرفورد از ساختار اتم نمی تواند تعدادی از حقایق شناخته شده را توضیح دهد: یک الکترون دارای بار باید به دلیل نیروهای جاذبه کولن روی هسته بیفتد، و یک اتم یک سیستم پایدار است. هنگامی که در یک مدار دایره ای حرکت می کند و به هسته نزدیک می شود، یک الکترون در یک اتم باید امواج الکترومغناطیسی با تمام فرکانس های ممکن ساطع کند، یعنی نور ساطع شده باید طیف پیوسته داشته باشد، اما در عمل نتیجه متفاوت است: الکترون های اتم ها نور ساطع می کنند. که طیف خطی دارد. فیزیکدان دانمارکی نیلیر بور اولین کسی بود که سعی کرد تناقضات موجود در مدل هسته ای سیاره ای ساختار اتمی را حل کند.

بور نظریه خود را بر دو اصل استوار کرد. فرض اول: یک سیستم اتمی فقط می تواند در حالت های ثابت یا کوانتومی خاصی باشد که هر کدام انرژی خاص خود را دارند. در حالت ساکن، اتم ساطع نمی‌کند. این بدان معناست که یک الکترون (مثلاً در یک اتم هیدروژن) می‌تواند در چندین مدار کاملاً مشخص قرار گیرد. هر مدار الکترون مربوط به انرژی بسیار خاصی است.

فرض دوم: در حین انتقال از یک حالت ساکن به حالت دیگر، کوانتومی از تابش الکترومغناطیسی ساطع یا جذب می شود. انرژی یک فوتون برابر است با تفاوت بین انرژی های یک اتم در دو حالت:

h ثابت پلانک است.

هنگامی که یک الکترون از مدار نزدیک به مداری دورتر حرکت می کند، یک سیستم اتمی مقداری انرژی را جذب می کند. هنگامی که یک الکترون از مداری دورتر به مدار نزدیکتر نسبت به هسته حرکت می کند، سیستم اتمی یک کوانتوم انرژی ساطع می کند.

در علم، برای مدت بسیار طولانی اعتقاد بر این بود که اتم کوچکترین ذره غیرقابل تقسیم ماده است.

1. اولین کسی که این عقاید را نقض کرد تامسون بود: او معتقد بود که اتم نوعی ماده مثبت است که در آن الکترون‌ها «مثل کشمش در یک کیک کوچک» پراکنده شده‌اند. اهمیت این نظریه در این است که اتم دیگر به عنوان غیرقابل تقسیم شناخته نمی شد
2. رادرفورد آزمایشی بر روی پراکندگی ذرات آلفا انجام داد. عناصر سنگین (ورقه طلا) با مواد رادیواکتیو بمباران شدند. رادرفورد انتظار داشت دایره های درخشانی را ببیند، اما حلقه های درخشانی را دید.
توضیح رادرفورد: مرکز اتم شامل تمام بار مثبت است و الکترون ها هیچ تاثیری بر جریان ذرات آلفا ندارند.
3. مدل سیاره ای اتم هیدروژن بر اساس BORU	یک اتم با انتشار بخشی از انرژی (قابل مشاهده) تنها مجموعه ای از طول موج های خود را می دهد - یک طیف. انواع طیف: 1. طیف تشعشع (گسیل): (ارائه شده توسط اجسام در حالت گرم) الف) جامد - همه اتم ها را در گازهای جامد، مایع یا متراکم می دهد ب) خط دار - اتم ها را در حالت گازی می دهد 1. طیف جذبی: اگر نور از یک ماده عبور کند، این ماده دقیقاً آن امواجی را که در حالت گرم از خود ساطع می کند جذب می کند (نوارهای تیره در طیف پیوسته ظاهر می شوند) تحلیل طیفیروشی برای تعیین ترکیب شیمیایی یک ماده از طیف گسیل یا جذب آن است. این روش مبتنی بر این واقعیت است که هر عنصر شیمیایی مجموعه ای از طول موج های خاص خود را دارد. کاربرد آنالیز طیفی:در جرم شناسی، پزشکی، اخترفیزیک. طیف نگار وسیله ای برای انجام آنالیز طیفی است. تفاوت طیف‌سنجی با طیف‌نگار در این است که می‌توان از آن نه تنها برای مشاهده طیف‌ها، بلکه برای گرفتن عکس از طیف استفاده کرد. بلیط شماره 21 1. رویکرد ترمودینامیکی برای مطالعه پدیده های فیزیکی. انرژی درونی و راه های تغییر آن قانون اول ترمودینامیک کاربرد قانون اول ترمودینامیک در فرآیندهای همدما، ایزوکوریک و آدیاباتیک. 2. مدل های ساختار هسته اتم. نیروهای هسته ای؛ مدل نوکلئونی هسته; انرژی اتصال هسته ای؛ واکنش های هسته ای 1. هر جسمی ساختار بسیار خاصی دارد؛ از ذراتی تشکیل شده است که به طور آشفته حرکت می کنند و با یکدیگر تعامل دارند، بنابراین هر جسمی دارای انرژی درونی است. انرژی داخلی مقداری است که وضعیت بدن را مشخص می کند، یعنی انرژی حرکت آشفته (حرارتی) ریزذرات سیستم. (مولکول ها، اتم ها، الکترون ها، هسته ها و ...) و انرژی برهم کنش این ذرات. انرژی داخلی یک گاز ایده آل تک اتمی با فرمول U = 3/2 t/M RT تعیین می شود. انرژی درونی یک جسم تنها در نتیجه تعامل آن با سایر اجسام می تواند تغییر کند. دو راه برای تغییر انرژی داخلی وجود دارد: انتقال حرارت و کار مکانیکی (به عنوان مثال، گرمایش در هنگام اصطکاک یا فشرده سازی، خنک شدن در هنگام انبساط). انتقال حرارت تغییر در انرژی داخلی بدون انجام کار است: انرژی از اجسام گرمتر به اجسام با گرمای کمتر منتقل می شود. انتقال حرارت سه نوع است: رسانایی حرارتی (تبادل مستقیم انرژی بین ذرات متحرک اجسام متقابل یا بخشهایی از همان بدن). همرفت (انتقال انرژی توسط جریان مایع یا گاز) و تابش (انتقال انرژی توسط امواج الکترومغناطیسی). اندازه گیری انرژی منتقل شده در طول انتقال حرارت، مقدار گرما (Q) است. این روش ها به طور کمی در قانون بقای انرژی ترکیب می شوند که برای فرآیندهای حرارتی به شرح زیر است: تغییر انرژی داخلی یک سیستم بسته برابر است با مجموع مقدار گرمای منتقل شده به سیستم و کار خارجی. نیروهای اعمال شده بر روی سیستم ، جایی که تغییر انرژی داخلی است، Q مقدار گرمای منتقل شده به سیستم، A کار نیروهای خارجی است. اگر خود سیستم کار را انجام دهد، به طور معمول A* نامیده می شود. سپس قانون بقای انرژی برای فرآیندهای حرارتی که قانون اول ترمودینامیک نامیده می شود را می توان به صورت زیر نوشت: , i.e. مقدار گرمای منتقل شده به سیستم به سمت انجام کار توسط سیستم و تغییر انرژی داخلی آن می رود. در طول گرمایش ایزوباریک، گاز بر روی نیروهای خارجی کار می کند، که در آن V1 و V2 حجم اولیه و نهایی گاز هستند. اگر فرآیند همسان نباشد، مقدار کار را می توان با مساحت شکل ABCD محصور در بین خط بیانگر وابستگی p(V) و حجم اولیه و نهایی گاز V تعیین کرد. اجازه دهید کاربرد قانون اول ترمودینامیک را در فرآیندهای ایزوفرایندی که با گاز ایده آل رخ می دهند را در نظر بگیریم. در یک فرآیند همدما، دما ثابت است، بنابراین، انرژی داخلی تغییر نمی کند. سپس معادله قانون اول ترمودینامیک به شکل زیر در می آید: یعنی مقدار گرمای منتقل شده به سیستم برای انجام کار در حین انبساط همدما می رود و به همین دلیل دما تغییر نمی کند. در یک فرآیند ایزوباریک گاز منبسط می شود و مقدار گرمای منتقل شده به گاز برای افزایش انرژی داخلی آن و انجام کار می رود: . در طی یک فرآیند ایزوکوریک، گاز حجم خود را تغییر نمی دهد، بنابراین هیچ کاری از آن انجام نمی شود، یعنی A = 0، و معادله قانون اول به شکل است، یعنی مقدار گرمای منتقل شده به سمت افزایش داخلی می رود. انرژی گاز آدیاباتیک فرآیندی است که بدون تبادل حرارت با محیط رخ می دهد. Q = 0، بنابراین، هنگامی که گاز منبسط می شود، با کاهش انرژی داخلی خود عمل می کند، بنابراین، گاز سرد می شود. منحنی که فرآیند آدیاباتیک را نشان می دهد، آدیاباتیک نامیده می شود. 2. ترکیب هسته اتم. نیروهای هسته ای نقص جرمی و انرژی اتصال هسته اتم. واکنش های هسته ای انرژی هسته ای. هسته اتم هر ماده ای از پروتون و نوترون تشکیل شده است. (نام رایج پروتون ها و نوترون ها نوکلئون است.) تعداد پروتون ها برابر با بار هسته است و با عدد عنصر در جدول تناوبی منطبق است. مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها برابر با عدد جرمی است. به عنوان مثال، هسته یک اتم اکسیژن از 8 پروتون و 16 - 8 = 8 نوترون تشکیل شده است. هسته یک اتم از 92 پروتون و 235 - 92 = 143 نوترون تشکیل شده است. نیروهای نگهدارنده پروتون و نوترون در هسته نامیده می شوند نیروهای هسته ای. این قوی ترین نوع تعامل است. در سال 1932، فیزیکدان انگلیسی، جیمز چادویک، ذرات با بار الکتریکی و جرم واحد را کشف کرد. به این ذرات نوترون می گفتند. پس از کشف نوترون، فیزیکدانان D. D. Ivanenko و W. Heisenberg در سال 1932 مدل پروتون-نوترون هسته اتم را ارائه کردند. بر اساس این مدل، هسته اتم هر ماده ای از پروتون و نوترون تشکیل شده است. (نام رایج پروتون ها و نوترون ها نوکلئون است.) تعداد پروتون ها برابر با بار هسته است و با عدد عنصر در جدول تناوبی منطبق است. مجموع تعداد پروتون ها و نوترون ها برابر با عدد جرمی است. به عنوان مثال، هسته یک اتم اکسیژن از 8 پروتون و 16 - 8 = 8 نوترون تشکیل شده است. هسته یک اتم از 92 پروتون و 235 - 92 = 143 نوترون تشکیل شده است. به مواد شیمیایی که در جدول تناوبی جای یکسانی دارند، اما جرم اتمی متفاوتی دارند، ایزوتوپ می گویند. هسته های ایزوتوپی از نظر تعداد نوترون ها متفاوت هستند. به عنوان مثال، هیدروژن دارای سه ایزوتوپ است: پروتیوم - هسته از یک پروتون، دوتریوم - هسته از یک پروتون و یک نوترون، تریتیوم - هسته شامل یک پروتون و دو نوترون است. اگر جرم هسته ها را با جرم نوکلئون ها مقایسه کنیم، معلوم می شود که جرم هسته عناصر سنگین از مجموع جرم پروتون ها و نوترون های هسته بیشتر است و برای عناصر سبک، جرم هسته بیشتر است. کمتر از مجموع جرم پروتون ها و نوترون ها در هسته است. بنابراین بین جرم هسته و مجموع جرم پروتون ها و نوترون ها اختلاف جرمی وجود دارد که به آن نقص جرم می گویند. M = Mn - (Mp + Mn). از آنجایی که بین جرم و انرژی ارتباط وجود دارد پس در حین شکافت هسته های سنگین و در هنگام سنتز هسته های سبک باید انرژی آزاد شود که به دلیل نقص جرم وجود دارد و این انرژی را انرژی اتصال هسته اتم می نامند. آزاد شدن این انرژی می تواند در طی واکنش های هسته ای رخ دهد. واکنش هسته ای فرآیند تغییر بار یک هسته و جرم آن است که در اثر برهمکنش یک هسته با دیگر هسته ها یا ذرات بنیادی رخ می دهد. هنگامی که واکنش های هسته ای رخ می دهد، قوانین بقای بارهای الکتریکی و اعداد جرمی برآورده می شود: مجموع بارها (اعداد جرمی) هسته ها و ذرات وارد شده به یک واکنش هسته ای برابر است با مجموع بارها (اعداد جرمی) محصولات نهایی (هسته و ذرات) واکنش. واکنش زنجیره ای شکافت یک واکنش هسته ای است که در آن ذرات ایجاد کننده واکنش به عنوان محصولات واکنش تشکیل می شوند. شرط لازم برای توسعه زنجیره

39. آزمایش بر روی پراکندگی ذرات آلفا.

اولین تلاش برای ایجاد مدلی از اتم بر اساس داده های تجربی انباشته شده (1903) متعلق به J. Thomson است. او معتقد بود که اتم یک سیستم کروی خنثی الکتریکی با شعاع تقریباً 10-10 متر است. بار مثبت اتم به طور مساوی در کل حجم توپ توزیع شده است و الکترون های دارای بار منفی در داخل آن قرار دارند (شکل 6.1). .1). برای توضیح طیف گسیل خطی اتم ها، تامسون سعی کرد مکان الکترون ها را در یک اتم تعیین کند و فرکانس ارتعاشات آنها را در اطراف موقعیت های تعادل محاسبه کند. با این حال، این تلاش ها ناموفق بود. چند سال بعد، در آزمایشات فیزیکدان بزرگ انگلیسی E. Rutherford، نادرست بودن مدل تامسون ثابت شد.

شکل 6.1.1.

مدل اتم جی تامسون

اولین آزمایش های مستقیم برای مطالعه ساختار داخلی اتم ها توسط E. Rutherford و همکارانش E. Marsden و H. Geiger در سال های 1909-1911 انجام شد. رادرفورد پیشنهاد کرد که از کاوشگر اتمی با استفاده از ذرات α که در طی واپاشی رادیواکتیو رادیوم و برخی عناصر دیگر به وجود می آیند، استفاده شود. جرم ذرات آلفا تقریباً 7300 برابر جرم یک الکترون است و بار مثبت برابر با دو برابر بار اولیه است. رادرفورد در آزمایشات خود از ذرات α با انرژی جنبشی حدود 5 مگا ولت استفاده کرد (سرعت چنین ذرات بسیار زیاد است - حدود 107 متر بر ثانیه، اما هنوز به طور قابل توجهی کمتر از سرعت نور). ذرات α اتم های هلیوم کاملا یونیزه شده هستند. آنها توسط رادرفورد در سال 1899 هنگام مطالعه پدیده رادیواکتیویته کشف شدند. رادرفورد اتم های عناصر سنگین (طلا، نقره، مس و غیره) را با این ذرات بمباران کرد. الکترون‌هایی که اتم‌ها را تشکیل می‌دهند، به دلیل جرم کم، نمی‌توانند مسیر حرکت ذره α را به‌طور محسوسی تغییر دهند. پراکندگی، یعنی تغییر جهت حرکت ذرات α، تنها می تواند توسط بخش سنگین و بار مثبت اتم ایجاد شود. نمودار آزمایش رادرفورد در شکل 1 نشان داده شده است. 6.1.2.

شکل 6.1.2.

طرح آزمایش رادرفورد در مورد پراکندگی ذره α. K - ظرف سرب با ماده رادیواکتیو، صفحه نمایش E با پوشش سولفید روی، F - ورق طلا، M - میکروسکوپ)

از یک منبع رادیواکتیو محصور در یک ظرف سرب، ذرات آلفا روی یک فویل فلزی نازک هدایت شدند. ذرات پراکنده روی صفحه‌ای می‌افتند که با لایه‌ای از کریستال‌های سولفید روی پوشانده شده بود که در اثر برخورد ذرات باردار سریع می‌درخشند. سوسوزن (فلاش) روی صفحه توسط چشم با استفاده از میکروسکوپ مشاهده شد. مشاهدات ذرات α پراکنده در آزمایش رادرفورد را می توان در زوایای مختلف φ نسبت به جهت اصلی پرتو انجام داد. مشخص شد که بیشتر ذرات α از یک لایه نازک فلز با انحراف کم یا بدون انحراف عبور می کنند. با این حال، بخش کوچکی از ذرات در زوایای قابل توجهی بیش از 30 درجه منحرف می شوند. ذرات آلفای بسیار نادر (حدود یک در ده هزار) در زوایای نزدیک به 180 درجه منحرف شدند.

این نتیجه حتی برای رادرفورد کاملاً غیرمنتظره بود. ایده های او در تضاد شدید با مدل تامسون از اتم بود که بر اساس آن بار مثبت در کل حجم اتم توزیع می شود. با چنین توزیعی، بار مثبت نمی تواند یک میدان الکتریکی قوی ایجاد کند که بتواند ذرات α را به عقب پرتاب کند. میدان الکتریکی یک توپ باردار یکنواخت در سطح آن حداکثر است و با نزدیک شدن به مرکز توپ به صفر کاهش می یابد. اگر شعاع توپی که تمام بار مثبت اتم در آن متمرکز است n برابر کاهش یابد، حداکثر نیروی دافعه ای که بر ذره α وارد می شود طبق قانون کولن n2 برابر افزایش می یابد. در نتیجه، برای مقدار کافی بزرگ از n، ذرات آلفا می توانند در زوایای بزرگ تا 180 درجه پراکندگی را تجربه کنند. این ملاحظات رادرفورد را به این نتیجه رساند که اتم تقریباً خالی است و تمام بار مثبت آن در حجم کمی متمرکز شده است. رادرفورد این قسمت از اتم را هسته اتم نامید. اینگونه بود که مدل هسته ای اتم بوجود آمد. برنج. 6.1.3 پراکندگی ذره α در اتم تامسون و اتم رادرفورد را نشان می دهد.

ارنست رادرفورد (1871-1937).

فیزیکدان انگلیسی، بنیانگذار فیزیک هسته ای، عضو انجمن سلطنتی لندن (1903، رئیس جمهور در 1925-1930) و بسیاری از آکادمی ها در سراسر جهان. در برایت واتر (نیوزیلند) متولد شد. در سال 1899م در سال 1900 پرتوهای آلفا و بتا را کشف کرد - محصول فروپاشی رادیوم (Emanation) و مفهوم نیمه عمر را معرفی کرد. همراه با F. Soddy در 1902 - 1903. نظریه واپاشی رادیواکتیو را توسعه داد و قانون تبدیلات رادیواکتیو را ایجاد کرد. در سال 1903 ثابت کرد که پرتوهای آلفا از ذرات با بار مثبت تشکیل شده اند (جایزه نوبل شیمی، 1908).

در سال 1908 او به همراه G.Geiger دستگاهی برای ثبت ذرات باردار منفرد (شمارگر گایگر) طراحی کرد. در سال 1911 نصب شد قانون پراکندگی ذرات آلفا توسط اتم های عناصر مختلف (فرمول رادرفورد) که امکان ایجاد مدل جدیدی از اتم - سیاره ای (مدل رادرفورد) را در سال 1911 فراهم کرد.

او ایده تبدیل مصنوعی هسته های اتمی را مطرح کرد (1914). در سال 1919م اولین واکنش هسته ای مصنوعی را انجام داد و نیتروژن را به اکسیژن تبدیل کرد و در نتیجه پایه های فیزیک هسته ای مشترک را گذاشت و پروتون را کشف کرد. در سال 1920 وجود نوترون و دوترون را پیش بینی کرد. او به همراه ام.الیفانت به طور تجربی در سال 1933 آن را ثابت کرد. اعتبار قانون رابطه بین جرم و انرژی در واکنش های هسته ای در سال 1934 واکنش همجوشی دوترون ها را با تشکیل تریتیوم انجام داد.

اولین آزمایش‌ها برای مطالعه ساختار اتم توسط ارنست رادرفورد در سال 1911 انجام شد. این آزمایش‌ها به لطف کشف پدیده رادیواکتیویته ممکن شد، که در آن، در نتیجه واپاشی طبیعی رادیواکتیو عناصر سنگین، عناصر سنگین آزاد می‌شوند. -ذرات. مشخص شد که این ذرات دارای بار مثبتی برابر با بار دو الکترون هستند؛ جرم آنها تقریباً 4 برابر بیشتر از جرم یک اتم هیدروژن است. آنها یونهای اتم هلیوم هستند (). انرژی ذرات از eV برای اورانیوم تا eV برای توریم متغیر است. سرعت ذرات m/s است، بنابراین می‌توان از آنها برای عبور از فویل فلزی نازک استفاده کرد. اطلاعات مربوط به پراکندگی ذرات در شکل 1 نشان داده شده است. 1.

تحقیقات نشان داده است که تعداد کمی از ذرات به طور قابل توجهی از جهت اصلی حرکت منحرف شده اند. در برخی موارد زاویه پراکندگی نزدیک به 180 درجه بود. بر اساس داده‌های به‌دست‌آمده، E. رادرفورد نتیجه‌گیری کرد که اساس را تشکیل داد مدل سیاره ای اتم:

هسته ای وجود دارد که تقریباً تمام جرم اتم و تمام بار مثبت آن در آن متمرکز است و ابعاد هسته بسیار کوچکتر از ابعاد خود اتم است.

الکترون هایی که یک اتم را تشکیل می دهند در مدارهای دایره ای به دور هسته حرکت می کنند.

رادرفورد بر اساس این دو فرض و با فرض اینکه برهمکنش بین یک ذره برخوردی و یک هسته با بار مثبت توسط نیروهای کولن تعیین می‌شود، تعیین کرد که هسته‌های اتمی دارای ابعاد ()m هستند، یعنی. آنها () برابر کوچکتر از اندازه اتم ها هستند.

مدل اتم پیشنهادی رادرفورد شبیه منظومه شمسی است، یعنی. در مرکز اتم یک هسته ("خورشید") وجود دارد و الکترون ها - "سیاره ها" - در مدارهای اطراف آن حرکت می کنند. به همین دلیل مدل رادرفورد نامیده شد مدل اتمی سیاره ای.

این مدل گامی رو به جلو برای درک مدرن از ساختار اتم بود. مفهوم زیربنایی هسته اتمی، که در آن کل بار مثبت اتم و تقریباً تمام جرم آن متمرکز است،معنای خود را تا به امروز حفظ کرده است.

با این حال، این فرض که الکترون ها در مدارهای دایره ای حرکت می کنند ناسازگارنه با قوانین الکترودینامیک کلاسیک، و نه با ماهیت خطی طیف انتشار گازهای اتمی.

اجازه دهید آنچه را که در مورد مدل سیاره ای رادرفورد گفته شد با استفاده از مثال اتم هیدروژن که از یک هسته عظیم (پروتون) و یک الکترون در مداری دایره ای در اطراف آن در حال حرکت است، توضیح دهیم. از آنجایی که شعاع مداری m (اولین مدار بور) و سرعت الکترون m/s، شتاب طبیعی آن . الکترونی که با شتاب در مدار دایره ای حرکت می کند یک نوسانگر دو بعدی است. بنابراین، طبق الکترودینامیک کلاسیک، باید انرژی را به شکل یک موج الکترومغناطیسی تابش کند. در نتیجه، الکترون به ناچار در زمان s به هسته نزدیک می شود. با این حال، در واقعیت، اتم هیدروژن یک سیستم الکترومکانیکی پایدار و "با عمر طولانی" است.

آزمایشات رادرفورد در مورد پراکندگی ذرات آلفا مدل هسته ای اتم.

مشخص است که کلمه "اتم" ترجمه شده از یونانی به معنای "تقسیم ناپذیر" است. فیزیکدان انگلیسی جی. تامسون (در اواخر قرن نوزدهم) اولین "مدل اتم" را ایجاد کرد که بر اساس آن اتم یک کره با بار مثبت است که در آن الکترون ها شناور هستند. مدل ارائه شده توسط تامسون نیاز به تأیید تجربی داشت، زیرا پدیده های رادیواکتیویته و اثر فوتوالکتریک را نمی توان با استفاده از مدل اتمی تامسون توضیح داد. بنابراین، در سال 1911، ارنست رادرفورد یک سری آزمایش برای مطالعه ترکیب و ساختار اتم ها انجام داد. در این آزمایشات، یک پرتو باریک آ - ذرات ساطع شده از یک ماده رادیواکتیو روی ورق طلای نازک هدایت شدند. پشت آن صفحه‌ای قرار داشت که می‌توانست تحت تأثیر ذرات سریع بدرخشد. مشخص شد که اکثریت هستند آ -ذرات پس از عبور از فویل از انتشار خطی منحرف می شوند، یعنی پراکنده می شوند و مقداری آ -ذرات 180 0 به عقب پرتاب می شوند.

مسیرها آ-ذراتی که در فواصل مختلف از هسته پرواز می کنند

لیزرها

گسیل و جذب نور توسط اتم ها

طبق فرضیه های بور، یک الکترون می تواند در چندین مدار خاص باشد. هر مدار الکترون مربوط به انرژی خاصی است. هنگامی که یک الکترون از مدار نزدیک به مدار دور حرکت می کند، یک سیستم اتمی مقداری انرژی را جذب می کند. هنگامی که یک الکترون از مداری دورتر به مدار نزدیکتر نسبت به هسته حرکت می کند، سیستم اتمی یک کوانتوم انرژی ساطع می کند.

طیف

طیف پیوسته

نتیجه گیری از آزمایش پراکندگی ذرات آلفای رادرفورد: 1. هسته اتمی وجود دارد، i.e. جسم کوچکی که تقریباً کل جرم یک اتم و تمام بار مثبت در آن متمرکز شده است. 2. تقریباً کل جرم اتم در هسته متمرکز شده است. 3. ذرات منفی - الکترونها - در مدارهای بسته به دور هسته می چرخند. 4. بار منفی همه الکترون ها در کل حجم اتم توزیع می شود. مدل هسته ای اتم:

اسلاید 9از ارائه "آزمایش رادرفورد، مدل اتم". حجم آرشیو با ارائه 174 کیلوبایت است.

فیزیک نهم

خلاصه سایر ارائه ها

"ساختار اتم یک عنصر" - چه کسی پدیده رادیواکتیویته را کشف کرد. ساختار. اتم "تقسیم ناپذیر" است. رادرفورد آزمایش های زیادی برای مطالعه ساختار و ترکیب اتم ها انجام داد. تامسون یکی از اولین مدل های ساختار اتم را در سال 1903 ارائه کرد. هانری بکرل پدیده رادیواکتیویته را کشف می کند. این ذره باعث فلش روی صفحه شد. دو رویداد در پایان قرن نوزدهم به ایده ساختار اتمی پیچیده منجر شد. ساختار اتم. مدل سیاره ای (هسته ای).

"محفظه ابر" - هدف دستگاه. اصل ربات بهبود. ظرفیت. مخترع دستگاه معنی. دوربین. ویلسون اتاق ویلسون دستگاه

"ایمنی انرژی هسته ای" - از تاریخچه انرژی هسته ای. واکنش فروپاشی هسته های اورانیوم نمودار عملکرد یک راکتور هسته ای در حال جوش. ایمنی. نمودار یک راکتور هسته ای در حال جوش. نیروگاه های هسته ای قابلیت بیشتری در تولید انرژی دارند. نیروگاه های هسته ای. مضرات انرژی هسته ای نیروگاه های هسته ای در نقشه روسیه. راکتور هسته ای. قدرت هسته ای. همجوشی گرما هسته ای فواید و مضرات انرژی هسته ای. یخ شکن های هسته ای

"فیزیک "حرکت" - تعامل اجسام. مکانیک. قانون بقا در مکانیک ساختار اتم. اینرسی و جرم اجسام. سرعت در هنگام حرکت ناهموار. نحوه تغییر مختصات حرکت در طول حرکت یکنواخت یکنواخت شتابدار. مبانی دینامیک. کار زور. قانون دوم نیوتن سقوط آزاد اجسام مبانی فیزیک. مطالعه خواص ماده. بردار. قانون سوم نیوتن دوره و دفعات گردش. شتاب. فیزیک یک علم دقیق است.

"نوسانات یک آونگ ریاضی" - طرح درس. استفاده عملی از نوسانات آونگ. گالیله گالیله (1564-1642). هویگنس کریستین (1629 - 1695). هر جسمی می تواند حرکات نوسانی را انجام دهد. آزمایش در یک دایره باریک انجام شد. تصویر ارتعاشات مکانیکی با استفاده از مثال آونگ فوکو. ساختمان قدیمی دانشگاه پیزا. اگر طول نخ بسیار بیشتر از اندازه بدنه معلق روی آن باشد، آونگ واقعی را می توان ریاضی در نظر گرفت.

"اولین سرعت کیهانی" - حل مسائل. شتاب سقوط آزاد. سرعتی که باید به بدن داده شود تا ماهواره شود. آشنایی با ماهواره های مصنوعی اولین سرعت فرار شرایطی که تحت آن یک بدن به هوش مصنوعی تبدیل می شود. ماهواره های زمین مصنوعی اولین سرعت فرار برای پرتاب ماهواره را تعیین کنید. مشکل را حل کنید. انقلاب سیارات به دور خورشید.