Досліди Резерфорда. Ядерна модель атома

Фізика атомів і молекул

Перша спроба створення моделі атома на основі нагромаджених експериментальних даних належить Дж. Томсону (1903р.). Згідно з цією моделлю атом є рівномірно зарядженою кулею радіусом ~ , всередині якої біля своїх положень рівноваги коливаються електрони; сумарний від’ємний заряд електронів дорівнює додатному заряду кулі. Модель Томсона виявилась неправильною.

Спрощена схема досліду Резерфорда зображена на рис.

Джерело a- частинок поміщене всередині свинцевої порожнини з вузьким каналом. Усі a-частинки, крім тих, що рухаються всередині вузького каналу, поглинаються свинцем. Потік a-частинок, пройшовши через вузьку діафрагму Д, потрапляє на тонку золоту фольгу Ф завтовшки , що складається з декількох атомних шарів. При проходженні через фольгу a-частинки відхиляються на різні кути і потрапляють на екран Е, який можна поміщати в різних положеннях відносно фольги. Екран покритий флюоресцентною речовиною. За допомогою мікроскопа М можна спостерігати місця потрапляння a-частинок за свіченням екрану. Поведінку a-частинок після проходження через фольгу вивчали в камері Вільсона.

Резерфорд з’ясував, що потік a-частинок, пройшовши крізь фольгу, майже не відхиляється від прямолінійного напрямку і лише деякі частинки змінють напрямок руху, відхиляючись на дуже великі кути, близько 135 – 150°

На підставі досліду Резерфорд зробив такі висновки.

1. Оскільки переважна більшість a-частинок проходить через атоми, не змінюючи свого напрямку, то атом прозорий і частинки, на яких відбувається розсіювання, займають об’єм значно менший за об’єм атома.

2. Тому що при розсіюванні спостерігаються кути відхилення a-частинок
близько 150°, то взаємодіють одноіменно заряджені частинки, тобто розсіювання відбувається на позитивно заряджених частинках.

3. Після проходження a-частинкою фольги в камері Вільсона спостерігалися треки однакової довжини, які належать лише a-частинці. Отже, маса частинки, на якій відбувається розсіювання, значно більша від маси a-частинки і через це вона не отримує прискорення.

4. Резерфорд приблизно розрахував розмір частинки, на якій відбувається розсіювання. Розглянемо центральний удар a-частинки, який відповідає куту розсіяння . Із закону збереження енергії випливає, що в момент найбільшого зближення a-частинки з невідомою частинкою її кінетична
енергія цілком перейде в потенціальну енергію їх взаємодії:

Оцінимо величину R для золота . Якщо припустити, що швидкість a-частинки , її маса , заряд електрона , то

В той же час, радіус атома .

На підставі результатів дослідів з розсіянням a-частинок тонкими фольгами Резерфорд запропонував ядерну модель атома.

Згідно з цією моделлю в центрі атома знаходиться ядро, в якому зосереджено позитивний заряд Ze і практично вся маса атома. Лінійні розміри ядра ~ .

Навколо ядра в області з лінійними розмірами ~ по замкнених орбітах рухаються Z електронів, утворюючи електронну оболонку атома.

Ядерна модель Резерфорда зовні дуже нагадує Сонячну систему: у центрі – ядро, навколо нього по орбітах рухаються електрони. Тому цю модель називають планетарною. Орбіти електронів в атомі стаціонарні, атому властива виняткова стійкість.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.022 сек.