64. Опыты Резерфорда.

α-частицы – это полностью ионизированные атомы гелия. Они были открыты Резерфордом в 1899 году при изучении явления радиоактивности. 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 α-частицы. Рассеяние, то есть изменение направления движения α-частиц, может вызвать только тяжелая положительно заряженная часть атома.

О т радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, α-частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа. Наблюдения рассеянных α-частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами φ к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.

Эти соображения привели Резерфорда к выводу, что атом почти пустой, и весь его положительный заряд сосредоточен в малом объеме. Эту часть атома Резерфорд назвал атомным ядром. Так возникла ядерная модель атома.

Таким образом, опыты Резерфорда и его сотрудников привели к выводу, что в центре атома находится плотное положительно заряженное ядро, диаметр которого не превышает 10^–14–10^–15 м. Это ядро занимает только 10^–12 часть полного объема атома, но содержит весь положительный заряд и не менее 99,95 % его массы. Веществу, составляющему ядро атома, следовало приписать колоссальную плотность порядка ρ ≈ 10¹⁵ г/см³. Заряд ядра должен быть равен суммарному заряду всех электронов, входящих в состав атома. Впоследствии удалось установить, что если заряд электрона принять за единицу, то заряд ядра в точности равен номеру данного элемента в таблице Менделеева.

Радикальные выводы о строении атома, следовавшие из опытов Резерфорда, заставляли многих ученых сомневаться в их справедливости. Не был исключением и сам Резерфорд, опубликовавший результаты своих исследований только в 1911 г. через два года после выполнения первых экспериментов. Опираясь на классические представления о движении микрочастиц, 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, под действием кулоновских сил со стороны ядра вращаются электроны (рис. 6.1.4). Находиться в состоянии покоя электроны не могут, так как они упали бы на ядро.

Тема 2.

65. Корпускулярно-волновой дуализм.

e

hv

электрон

hv

Был поставлен эксперимент по выявлению природы света. Свет – это частица или волна? И то и другое! Корпускулярно-волновой дуализм проявляется только в микромире. Рентген: «А вы верите, что существуют шарики, которые расплющиваются, когда двигаются (не надо визуализировать)? Квд после работ Энштейна. Квд был единственным эффектом требующим введения порционности. Артур Комптон исследовал частоту рассеянного света. Комптон исследовал рассеивание рентгеновских лучей (1920 г.) на электроны. С точки зрения классической физики амплитуда волны рассеянного луча равна амплитуда волны падающего излучения. Оказалось, что это не так. В рассеянном свете появляются волны с большой амплитудой волны или с меньшей частотой. Объяснили, когда рассмотрели фотона на электроны как упругое столкновение шариков.

А) Частота рассеянного света не равна частоте падающего света.

Б) Рассматривая законы сохранения импульса можно понять, почему частота рассеянного света не равна частоте падающего света.

Энергия фотона E=hV, импульс фотона P=hV/C. Абсолютно тупо написав уравнение столкновения двух шариков, оказалось, что полностью можно объяснить экспериментальный результат.

Свет является частицей. Если это справедливо для фотонов, то электрон вроде тоже маленький, чем он отличается? Электрон – честная частица.

Свет проявляет свойства и частицы и волны.

Юрек решил исследовать дифракцию электрона. В качестве дифракционной решеки для электронов выбрал кристал. Леи де Бройль подумал, если свет имеет длину волны, то почему бы другим частицам не обладать волной? Каждой частице можно сопоставить волну . Брек выполнил опыты, в которых он пропускал пучок электронов через кристалы никеля – дифракционная картина – есть места, куда идут электроны и куда они совсем не идут. Електрон может проявлять волновые свойства. Дифракция возникает, когда электрон проявляет свойства волны.

Где же взять такое маленькое препятствие, которое может огибать электрон. Пучок электронов пустили на кристаллическую решетку. Это является доказательством корпускулярно-волнового дуализма, то есть двойственной природы электрона.

Явления в микромире должны быть описаны особым математическим аппаратом. Законы макромира не применимы в микромире. Фотон – это волна, локализованная по интерференции близких частот.