Курс: Общий физический практикум

Курс: Общий физический практикум

Склярова Елена Александровна

Сегодня: _________________ 2009 г.

Лекция № 14

Тема: Компьютерное моделирование физических процессов

Содержание лекции:

Физика атома и атомного ядра Модель атома Томсона Модель атома Резерфорда

Сегодня: _______________ 2009 г.

Модель атома Томсона

Модель атома Томсона - модель атома, согласно которой атом имеет форму шара, положительный заряд которого распределен равномерно по всему объему, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него, причем их суммарный отрицательный заряд равен положительному заряду шара, так что в целом атом электрически нейтрален. Электроны взаимодействуют с элементами положительно заряженной среды по закону Кулона. При отклонении электрона от положения равновесия возникают силы, стремящиеся возвратить его в исходное положение, что порождает колебания электронов и обуславливает излучение атомов.

Модель атома Резерфорда

Планетарная модель атома - модель атома, согласно которой в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена практически вся масса атома. Вокруг ядра движутся электроны, удерживаемые у ядра силами кулоновского притяжения. Совокупность электронов образует оболочку атома, которая своим отрицательным зарядом компенсирует заряд ядра.

Модель атома Томсона

Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных принадлежит Дж. Томсону (1903 г.). Он считал, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом примерно равным 10–10 м. Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него. Для объяснения линейчатых спектров испускания атомов Томсон пытался определить расположение электронов в атоме и рассчитать частоты их колебаний около положений равновесия. Однако эти попытки не увенчались успехом. Через несколько лет в опытах великого английского физика Э. Резерфорда было доказано, что модель Томсона неверна.

Модель атома Дж. Томсона

Модель атома Резерфорда

Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909–1911 годах. Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью ?-частиц, которые возникают при радиоактивном распаде радия и некоторых других элементов. Масса ?-частиц приблизительно в 7300 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду. В своих опытах Резерфорд использовал ?-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ (скорость таких частиц очень велика – порядка 107 м/с, но она все же значительно меньше скорости света). ?-частицы – это полностью ионизированные атомы гелия. Они были открыты Резерфордом в 1899 году при изучении явления радиоактивности.

Модель атома Резерфорда

Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.). Электроны, входящие в состав атомов, вследствие малой массы не могут заметно изменить траекторию ?-частицы. Рассеяние, то есть изменение направления движения ?-частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома.

Модель атома Резерфорда

Схема опыта Резерфорда по рассеянию ?-частиц. K – свинцовый контейнер с радиоактивным веществом, Э – экран, покрытый сернистым цинком, Ф – золотая фольга, M – микроскоп.

Модель атома Резерфорда

Рассеяние ?-частицы в атоме Томсона (a) и в атоме Резерфорда (b).

Модель атома Резерфорда

Опираясь на классические представления о движении микро-частиц, Резерфорд предложил планетарную модель атома. Согласно этой модели, в центре атома располагается положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома. Атом в целом нейтрален. Вокруг ядра, подобно планетам, вращаются под действием кулоновских сил со стороны ядра электроны. Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро.

Планетарная модель атома Резерфорда. Показаны круговые орбиты четырех электронов

Рассеяние a-частиц на атомах металла

Дифференциальное сечение рассеяния

Модель атома Томсона (IP)

Модель атома Резерфорда (IP)

Удачи

!!

Нажмите клавишу <ESC> для выхода