Микромир элементарных частиц

Предшедствующая концепция -
первоэлементы или стихии:
эфир, вода, огонь, воздух и земля
(Фалес, Эмпедокл, Аристотель
600-400 гг. до н.э.)

1. Атомизм
Демокрита -
Левкипа
(460-370 гг.
до н.э.)

дихотомия Демокрита
Есть ли предел делению?

Основные положения
атомистики Демокрита
- малы (невидимы), но имеют
конечные размеры;
- в вечном вихревом движении;
- бесконечны в числе и разнообразны по формам;
- состоят из одного "первовещества"

- видимые тела различаются
количеством, видами и
порядком сцепления атомов;
- в бесконечной вселенной
множество миров;
- миры рождаются из атомов
и распадаются на атомы,
- случайности в мире нет,
на все есть своя причина.

Закон сохранения
массы соединений
Антуан де Лавуазье
(1743-1794)
2.Открытие атомов
в химии
(Обезглавлен: "Республика
не нуждается в ученых")
(экспериментальный
путь)

Закон постоянства
состава соединений
(независимость от пути
получения соединения),
1801 г.
Жозеф Луи
Пруст (1754-1826)

Дж. Дальтон,
1803 г.

Интерпретация
Дальтона:
имеются определенные
минимальные количества элементов
и веществ - соединений

3. Проблема внутреннего
строения атома
Открытие
электрона
Исследование тока в
разреженных газах

Трубка Крукса

Гипотеза:
катодные лучи - это
"лучистая материя",
"4 состояние"

1 - отклоняются
в магнитном
поле
2 - имеют
отрицательный
заряд

К-лучи - это поток
отрицательно заряженных
частиц вещества
ВЫВОДЫ:

1896 - основание
Т П У !

J. J. Thomson (1856-1940)

Дж.Дж.Томсон
в 1897 году
определил величину
отношения
"заряд"/"масса"
для частиц К-лучей

и рассчитал
массу электрона:

В состав всех атомов
входят частицы малой массы -
э л е к т р о н ы
(субатомные частицы)
Как же "устроен"
атом?

Были предложены
различные модели
строения атома

Rutherford
Ernest (1871-1937),
Lord of Nelson
В 1909 г. в лаборатории
Э. Резерфорда начали изучать
рассеяние альфа-частиц
на атомах золотой фольги

исполнители:
Ханс Гейгер
и
Эрвин Мардсен
Схема опытов
по рассеянию
альфа-частиц

С учетом энергии альфа-частиц и заряда ядра атома Резерфорд получил следующую формулу:

С этой формулой согласуются все экспериментальные результаты Гейгера и Мардсена!

Малые размеры положительно заряженной области позволяют выбрать планетарную модель строения атомов
1911 г.

10-10 м

планетарная модель
атома противоречит
электродинамике
Максквелла !
ОДНАКО:

Согласно теории
Максвелла,
ускоренно движущийся
заряд излучает
электромагнитные волны

Атом не будет
устойчивой системой?
Электрон должен
излучать энергию
и падать на ядро

Теория Н. Бора

1. Пребывая
в одном из
квантовых
состояний
атом не излучает
энергию
Три постулата

2. При переходах
между
энергетическими
состояниями
атом излучает
или поглощает
квант энергии

Еn
Em > En

3. Механический момент
импульса электрона
подчиняется условию

m - масса электрона,
V - его скорость,
r - радиус орбиты,
n - целое число 1, 2, 3, ...

Постулат Бора
Классическая физика

Решая совместно
получим

Величина энергии
основного состояния
n = 1

Величину радиуса
орбиты при n = 1

серия Лаймана
(УФ)
Спектральные
серии линий излучения атома водорода

Для атома водорода согласие
теории Бора с экспериментом
было очень хорошим
эксперимент
Ангстрема
теория
Бора
линия
Н
Н
Н
Н
6562,10 А
6562,08 А
4860,80 А
4860,74 А
4340,1 А
4340,0 А
4101,2 А
4101,3 А
α
β
γ
δ

А вот для других атомов
такого согласия не было.
Теория Бора была развита в работах
А. Зоммерфельда и других ученых.
Были введены 4 квантовых числа,
которые определяют
энергетическое
состояние атома

n, l, m, s
главное
орбитальное
магнитное
спиновое
квантовые числа

Дополнение
механической
планетарной модели
Резерфорда квантовыми
постулатами Бора ,
Зоммерфельда, Паули

приводит к согласию с
экспериментальными
результатами Ангстрема,
Бальмера, Зеемана и
других исследователей

"Портрет" атома радия
Н. Бор, 1925 г.