Oppdagelser innen atomstruktur har blitt et viktig skritt i utviklingen av fysikk. Rutherfords modell var av stor betydning. Atomet som system og partiklene som utgjør det har blitt studert mer nøyaktig og detaljert. Dette førte til en vellykket utvikling av en slik vitenskap som kjernefysikk.
Gamle ideer om strukturen til materie
Antakelsen om at kroppene rundt er sammensatt av de minste partiklene ble gjort i oldtiden. Datidens tenkere representerte atomet som den minste og udelelige partikkelen av noe stoff. De hevdet at det ikke er noe i universet som er mindre enn et atom. Slike synspunkter ble holdt av de store gamle greske forskerne og filosofene - Demokrit, Lucretius, Epikur. Hypotesene til disse tenkerne er i dag forent under navnet "gammel atomisme".
middelalderforestillinger
Annikkens tider er forbi, og i middelalderen var det også forskere som gjorde ulike antakelser om stoffers struktur. Imidlertid er overvekten av religiøse filosofiske synspunkter og kirkens makt i denne perioden av historien roten.undertrykte alle forsøk og ambisjoner fra det menneskelige sinn til materialistiske vitenskapelige konklusjoner og oppdagelser. Som du vet, oppførte den middelalderske inkvisisjonen seg veldig uvennlig med representanter for datidens vitenskapelige verden. Det gjenstår å si at de da lyse hodene hadde en idé som kom fra antikken om atomets udelelighet.
18-1800-tallsstudier
1700-tallet var preget av alvorlige oppdagelser innen materiens elementære struktur. Stort sett takket være innsatsen til slike forskere som Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov og John D alton. Uavhengig av hverandre klarte de å bevise at atomer virkelig eksisterer. Men spørsmålet om deres indre struktur forble åpent. Slutten av 1700-tallet ble preget av en så viktig hendelse i den vitenskapelige verden som oppdagelsen av det periodiske systemet med kjemiske elementer av D. I. Mendeleev. Dette var et virkelig kraftig gjennombrudd på den tiden og løftet sløret over forståelsen av at alle atomer har en enkelt natur, at de er relatert til hverandre. Senere, på 1800-tallet, var et annet viktig skritt mot å avdekke strukturen til atomet beviset på at noen av dem inneholder et elektron. Arbeidet til forskerne i denne perioden beredte grobunn for oppdagelsene på 1900-tallet.
Thomsons eksperimenter
Den engelske fysikeren John Thomson beviste i 1897 at atomer inneholder elektroner med negativ ladning. På dette stadiet ble de falske ideene om at atomet er grensen for delbarheten til ethvert stoff endelig ødelagt. HvordanThomson var i stand til å bevise eksistensen av elektroner? I sine eksperimenter plasserte forskeren elektroder i svært sjeldne gasser og sendte en elektrisk strøm. Resultatet ble katodestråler. Thomson studerte nøye egenskapene deres og fant ut at de er en strøm av ladede partikler som beveger seg med stor hastighet. Forskeren var i stand til å beregne massen til disse partiklene og deres ladning. Han fant også ut at de ikke kan omdannes til nøytrale partikler, siden den elektriske ladningen er grunnlaget for deres natur. Slik ble elektroner oppdaget. Thomson er også skaperen av verdens første modell av strukturen til atomet. Ifølge den er et atom en haug med positivt ladet stoff, der negativt ladede elektroner er jevnt fordelt. Denne strukturen forklarer den generelle nøytraliteten til atomer, siden motsatte ladninger balanserer hverandre. Eksperimentene til John Thomson ble uvurderlige for videre studier av atomets struktur. Men mange spørsmål forble ubesvart.
Rutherford Research
Thomson oppdaget eksistensen av elektroner, men han klarte ikke å finne positivt ladede partikler i atomet. Ernest Rutherford korrigerte denne misforståelsen i 1911. Under eksperimenter, hvor han studerte aktiviteten til alfapartikler i gasser, oppdaget han at det er positivt ladede partikler i atomet. Rutherford så at når stråler passerer gjennom en gass eller gjennom en tynn metallplate, avviker et lite antall partikler kraftig fra bevegelsesbanen. De ble bokstavelig t alt kastet tilbake. Forskeren gjettet detdenne oppførselen forklares av kollisjonen med positivt ladede partikler. Slike eksperimenter gjorde det mulig for fysikeren å lage Rutherfords modell av atomets struktur.
Planetarisk modell
Nå var forskerens ideer noe annerledes enn antakelsene som ble gjort av John Thomson. Deres modeller av atomer ble også annerledes. Rutherfords erfaring tillot ham å lage en helt ny teori på dette området. Forskerens funn var av avgjørende betydning for fysikkens videre utvikling. Rutherfords modell beskriver et atom som en kjerne som ligger i sentrum, og elektroner som beveger seg rundt det. Kjernen har positiv ladning, og elektronene har negativ ladning. Rutherfords modell av atomet antok rotasjon av elektroner rundt kjernen langs visse baner - baner. Oppdagelsen av forskeren bidro til å forklare årsaken til avviket til alfapartikler og ble drivkraften for utviklingen av kjernefysisk teori om atomet. I Rutherfords modell av atomet er det en analogi med bevegelsen til planetene i solsystemet rundt solen. Dette er en veldig nøyaktig og levende sammenligning. Derfor ble Rutherford-modellen, der atomet beveger seg rundt kjernen i en bane, k alt planetarisk.
Works by Niels Bohr
To år senere forsøkte den danske fysikeren Niels Bohr å kombinere ideer om strukturen til atomet med kvanteegenskapene til lysstrømmen. Rutherfords kjernefysiske modell av atomet ble satt av forskeren som grunnlaget for hans nye teori. Ifølge Bohr kretser atomer rundt kjernen i sirkulære baner. En slik bevegelsesbane fører til akselerasjonelektroner. I tillegg er Coulomb-interaksjonen mellom disse partiklene med atomsenteret ledsaget av skapelse og forbruk av energi for å opprettholde det romlige elektromagnetiske feltet som oppstår fra bevegelse av elektroner. Under slike forhold må negativt ladede partikler en dag falle ned på kjernen. Men dette skjer ikke, noe som indikerer den større stabiliteten til atomer som systemer. Niels Bohr innså at lovene for klassisk termodynamikk beskrevet av Maxwells ligninger ikke fungerer under intraatomiske forhold. Derfor satte forskeren seg selv i oppgave å utlede nye mønstre som ville være gyldige i en verden av elementærpartikler.
Bohrs postulater
Stort sett på grunn av det faktum at Rutherfords modell eksisterte, atomet og dets komponenter ble godt studert, var Niels Bohr i stand til å nærme seg opprettelsen av postulatene sine. Den første av dem sier at atomet har stasjonære tilstander, der det ikke endrer energien sin, mens elektronene beveger seg i baner uten å endre banen. I følge det andre postulatet, når et elektron beveger seg fra en bane til en annen, frigjøres eller absorberes energi. Det er lik forskjellen mellom energiene til de forrige og påfølgende tilstandene til atomet. I dette tilfellet, hvis elektronet hopper til en bane nærmere kjernen, sendes energi (foton) ut, og omvendt. Til tross for at bevegelsen av elektroner har liten likhet med en orbitalbane som ligger strengt i en sirkel, ga Bohrs oppdagelse en utmerket forklaring på eksistensen av en styrtspekteret til hydrogenatomet. Omtrent samtidig bekreftet fysikerne Hertz og Frank, som bodde i Tyskland, læren til Niels Bohr om eksistensen av stasjonære, stabile tilstander av atomet og muligheten for å endre verdiene av atomenergi.
Samarbeid mellom to forskere
Rutherford kunne forresten ikke bestemme ladningen til kjernen på lenge. Forskerne Marsden og Geiger prøvde å kontrollere uttalelsene til Ernest Rutherford på nytt, og som et resultat av detaljerte og nøye eksperimenter og beregninger kom de til den konklusjon at det er kjernen som er den viktigste egenskapen til atomet, og hele dets ladning. er konsentrert i den. Senere ble det bevist at verdien av ladningen til kjernen er numerisk lik ordinærtallet til elementet i det periodiske systemet av elementer til D. I. Mendeleev. Interessant nok møtte Niels Bohr snart Rutherford og var helt enig i hans synspunkter. Deretter jobbet forskere sammen i lang tid i samme laboratorium. Rutherfords modell, atomet som et system bestående av elementært ladede partikler – alt dette anså Niels Bohr som rettferdig og la for alltid til side sin elektroniske modell. Den felles vitenskapelige aktiviteten til forskere var svært vellykket og bar frukter. Hver av dem fordypet seg i studiet av egenskapene til elementærpartikler og gjorde betydelige funn for vitenskapen. Rutherford oppdaget og beviste senere muligheten for kjernefysisk dekomponering, men dette er et emne for en annen artikkel.
