Адукацыя, Навука
Планетарная мадэль Рэзерфорда, атам у мадэлі Рэзерфорда
Адкрыцці ў галіне будовы атама сталі важным крокам у развіцці фізікі. Вялікае значэнне мела мадэль Рэзерфорда. Атам як сістэма і часціцы, яго складнікі, быў вывучаны больш дакладна і падрабязна. Гэта прывяло да паспяховага станаўлення такой навукі, як ядзерная фізіка.
Антычныя ўяўленні аб будове рэчыва
Здагадка пра тое, што навакольныя цела складаюцца з драбнюткіх часціц, былі выказаны яшчэ ў антычныя часы. Мысляры таго часу ўяўлялі атам у выглядзе драбнюткай і непадзельнай часціцы любога рэчыва. Яны сцвярджалі, што няма ў Сусвеце нічога меншага па памеры, чым атам. Такіх поглядаў прытрымліваліся вялікія старажытнагрэцкія навукоўцы і філосафы - Дэмакрыт, Лукрэцый, Эпікур. Гіпотэзы гэтых мысляроў сёння аб'яднаныя пад назвай «антычны атамізму».
сярэднявечныя прадстаўлення
Часы антычнасці прайшлі, і ў сярэднія вякі таксама былі навукоўцы, якія выказвалі розныя здагадкі пра будынак рэчываў. Аднак перавага рэлігійных філасофскіх поглядаў і ўлада царквы ў той перыяд гісторыі на корані спынялі любыя спробы і імкнення чалавечага розуму да матэрыялістычным навуковым высноў і адкрыццяў. Як вядома, сярэднявечная інквізіцыя вельмі непрыязна паводзіла сябе з прадстаўнікамі навуковага свету таго часу. Застаецца сказаць, што ў тагачасных светлых розумаў было якое прыйшло з антычнасці ўяўленне аб непадзельнасці атама.
Даследаванні 18-19 стагоддзяў
18 стагоддзе было адзначана сур'ёзнымі адкрыццямі ў галіне элементарнага будовы рэчыва. Шмат у чым дзякуючы намаганням такіх навукоўцаў, як Антуан Лавуазье, Міхаіл Ламаносаў і Джон Дальтона. Незалежна адзін ад аднаго яны здолелі даказаць, што атамы сапраўды існуюць. Але пытанне аб іх ўнутраным будынку заставаўся адкрытым. Канец 18 стагоддзя быў адзначаны такім знамянальнай падзеяй у навуковым свеце, як адкрыццё Д. І. Мендзялеевым перыядычнай сістэмы хімічных элементаў. Гэта стала па-сапраўднаму магутным прарывам таго часу і прыадкрыла заслону над разуменнем таго, што ўсе атамы маюць адзіную прыроду, што яны роднасныя адзін аднаму. У далейшым, у 19-м стагоддзі, яшчэ адным важным крокам на шляху да разгадкі будынка атама стала доказ таго, што ў складзе любога з іх прысутнічае электрон. Праца навукоўцаў гэтага перыяду падрыхтавала добрую глебу для адкрыццяў 20-га стагоддзя.
эксперыменты Томсана
Англійская фізік Джон Томсан ў 1897 году даказаў, што ў склад атамаў ўваходзяць электроны з адмоўным зарадам. На гэтым этапе ілжывыя ўяўленні аб тым, што атам - мяжа дзялімасці любога рэчыва, былі канчаткова разбураныя. Як жа Томсан здолеў даказаць існаванне электронаў? Вучоны ў сваіх досведах змяшчаў у моцна разрэджаныя газы электроды і прапускаў электрычны ток. У выніку ўзнікалі катодныя прамяні. Томсан старанна вывучыў іх асаблівасці і выявіў, што яны з'яўляюцца патокам зараджаных часціц, якія рухаюцца з велізарнай хуткасцю. Вучоны здолеў вылічыць масу гэтых часціц і іх зарад. Ён таксама высветліў, што іх нельга пераўтварыць у нейтральныя часціцы, паколькі электрычны зарад - гэта аснова іх прыроды. Так былі адкрыты электроны. Томсан з'яўляецца і стваральнікам першай у свеце мадэлі будынка атама. Згодна з ёй, атам - гэта згустак станоўча зараджанай матэрыі, у якой раўнамерна размеркаваны адмоўна зараджаныя электроны. Такі будынак тлумачыць агульную нейтральнасць атамаў, так як супрацьлеглыя зарады ўраўнаважваюць адзін аднаго. Досведы Джона Томсана сталі неацэнна важнымі для далейшага вывучэння будовы атама. Аднак многія пытанні заставаліся без адказу.
даследаванні Рэзерфорда
Томсан адкрыў існаванне электронаў, але ён не здолеў знайсці ў атаме станоўча зараджаных часціц. Эрнэст Радэрфорд выправіў гэта непаразуменне ў 1911 годзе. Падчас эксперыментаў, вывучаючы актыўнасць альфа-часціц у газах, ён выявіў, што ў атаме прысутнічаюць часціцы, станоўча зараджаныя. Радэрфорд ўбачыў, што пры праходжанні прамянёў скрозь газ або праз тонкую металічную пласціну адбываецца рэзкае адхіленне нязначнай колькасці часціц ад траекторыі руху. Іх літаральна адкідала таму. Вучоны здагадаўся, што такія паводзіны тлумачыцца сутыкненнем з станоўча зараджанымі часціцамі. Такія эксперыменты дазволілі фізіку стварыць мадэль будовы атама Рэзерфорда.
планетарная мадэль
Цяпер прадстаўлення вучонага некалькі адрозніваліся ад здагадак, выказаных Джонам Томсанам. Рознымі сталі і іх мадэлі атамаў. Вопыт Рэзерфорда дазволіў яму стварыць зусім новую тэорыю ў гэтай галіне. Адкрыцця вучонага мелі вырашальнае значэнне для далейшага развіцця фізікі. Мадэль Рэзерфорда апісвае атам як ядро, размешчанае ў цэнтры, і якія рухаюцца вакол яго электроны. Ядро валодае станоўчым зарадам, а электроны - адмоўным. Мадэль атама па Рэзерфорда меркавала кручэнне электронаў вакол ядра па пэўных траекторыях - арбітах. Адкрыццё навукоўца дапамагло растлумачыць прычыну адхіленні альфа-часціц і стала штуршком да развіцця ядзернай тэорыі атама. У мадэлі атама Рэзерфорда прасочваецца аналогія з рухам планет Сонечнай сістэмы вакол Сонца. Гэта вельмі дакладнае і яркае параўнанне. Таму мадэль Рэзерфорда, атам у якой рухаецца вакол ядра па арбіце, была названая планетарнай.
Працы Нільса Бора
Двума гадамі пазней дацкая фізік Нільс Бор паспрабаваў аб'яднаць ўяўленні пра будынак атама з квантавымі ўласцівасцямі светлавога патоку. Ядзерная мадэль атама Рэзерфорда была пакладзена навукоўцам ў аснову яго новай тэорыі. Па здагадцы Бора, атамы круцяцца вакол ядра па кругавых арбітах. Такая траекторыя руху прыводзіць да паскарэння электронаў. Акрамя таго, кулонаўскімі ўзаемадзеянне гэтых часціц з цэнтрам атама суправаджаецца стварэннем і расходаваннем энергіі для падтрымання прасторавага электрамагнітнага поля, які ўзнікае з-за руху электронаў. Пры такіх умовах адмоўна зараджаныя часціцы павінны калі-небудзь зваліцца на ядро. Але гэтага не адбываецца, што паказвае на вялікую ўстойлівасць атамаў як сістэм. Нільс бор зразумеў, што законы класічнай тэрмадынамікі, апісаныя раўнаннямі Максвелла, не працуюць ва внутриатомных умовах. Таму навуковец паставіў перад сабой задачу вывесці новыя заканамернасці, якія былі б справядлівыя ў свеце элементарных часціц.
пастулаты Бора
Шмат у чым дзякуючы таму, што існавала мадэль Рэзерфорда, атам і яго складнікі былі нядрэнна вывучаны, Нільс Бор змог падысці да стварэння сваіх пастулатаў. Першы з іх абвяшчае аб тым, што атам мае стацыянарныя стану, пры якіх ён не змяняе сваю энергію, а электроны пры гэтым рухаюцца па арбітах, не змяняючы сваёй траекторыі. Паводле другога пастулату, пры пераходзе электрона з адной арбіты на іншую адбываецца вылучэнне ці паглынанне энергіі. Яна роўная рознасці энергій папярэдняга і наступнага станаў атама. Пры гэтым, калі электрон пераскоквае на бліжэйшую да ядра арбіту, то адбываецца выпраменьванне энергіі (фатона), і наадварот. Нягледзячы на тое што рух электронаў мала нагадвае арбітальную траекторыю, размешчаную строга па акружнасці, адкрыццё Бора дазволіла атрымаць пышнае тлумачэнне існавання лінейчастага спектру атама вадароду. Прыблізна ў гэты ж час навукоўцы-фізікі Герц і Франк, якія жылі ў Нямеччыне, пацвердзілі вучэнне Нільса Бора пра існаванне стацыянарных, стабільных станаў атама і магчымасць змены значэнняў атамнай энергіі.
Супрацоўніцтва двух навукоўцаў
Дарэчы, Радэрфорд доўгі час не мог вызначыць зарад ядра. Навукоўцы Марсден і Гейгер паспрабавалі ажыццявіць пераправеркі сцвярджэнняў Эрнэста Рэзерфорда і ў выніку падрабязных і дбайных эксперыментаў і разлікаў прыйшлі да высновы аб тым, што менавіта ядро з'яўляецца найважнейшай характарыстыкай атама, і ў ім знаходзіцца ўвесь яго зарад. У далейшым было даказана, што значэнне зарада ядра лікава роўна парадкаваму нумару элемента ў перыядычнай сістэме элементаў Д. І. Мендзялеева. Цікава, што Нільс Бор неўзабаве пазнаёміўся з Резерфордом і цалкам пагадзіўся з яго поглядамі. У наступным навукоўцы доўга працавалі разам у адной лабараторыі. Мадэль Рэзерфорда, атам як сістэма, якая складаецца з элементарных зараджаных часціц, - усё гэта Нільс Бор палічыў справядлівым і назаўжды адклаў у бок сваю электронную мадэль. Сумесная навуковая дзейнасць вучоных была вельмі паспяховай і прынесла свой плён. Кожны з іх паглыбіўся ў вывучэнне уласцівасцяў элементарных часціц і зрабіў значныя для навукі адкрыцця. Пазней Радэрфорд выявіў і даказаў магчымасць раскладання ядра, але гэта ўжо тэма іншага артыкула.
Similar articles
Trending Now