Толмачев В.В., Скрипник Ф.В. Квазиклассическая и квантовая теория атома водорода (2008) (1135801), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Аномальный эффект Зеемана служит одним из основных экспериментальных доказательствналичия у электрона спина.При поперечном нормальном эффекте Зеемана внешние (боковые) компоненты поляризованы линейно с направлением колебаний конца электрического вектора в волне, перпендикулярным магнитному полю, а внутренняя (центральная) компонента поляризована линейно в направлении колебаний конца электрического вектора волны, параллельном внешнему магнитному полю.При продольном нормальном эффекте Зеемана расщеплённые компоненты поляризованы по кругу-правому или левому.
Компонента с болеевысокой частотой поляризована по кругу с направлением движения концаэлектрического вектора волны против часовой стрелки, если смотреть с положительного конца осиz,т. е. по левому кругу. Компонента с более низкойчастотой поляризована в противоположном направлении, по правому кругу,т. е. по часовой стрелке, если смотреть с положительного конца осиz.Если бы заряд электрона бьш положительным, то ситуация бьша бы обратной.
Зееман наблюдал прямую ситуацию, так что он экспериментальнодоказал, что заряд атомного электрона-отрицательный, как и в экспериментах Дж. Дж. Томсона с катодными лучами.Следуя Лоренцу, объясним, каковы должны быть поляризации спектральных линиий зеемановского триплета или дублета.Спектральная линия характеризуется интенсивностью, частотой и поляризацией.
Самая общая поляризация монохроматической плоской электромагнитной волны определённой частоты-эллиптическая (правая илилевая). Её частные случаи- линейная поляризация (в том или ином направлении, перпендикулярном направлению распространения волны), круговаяпо левому кругу, круговая по правому кругу.Ускоренно движущийся электрический заряд непрерывно излучаетэлектромагнитные волны. Предположим, что заряд совершает гармонические колебания с частотойw 0 вдоль вертикальной прямой, изображённойГЛАВА241на рисунке, около точки О. Он излучает электромагнитные волны не вдольнаправления своего движения, т.
е. вверх ИJШ вниз, а в бока. Так устроена его индикатриса излучения, показаипая на рисунке. Излучение, приходящее к нам по какому-либо направлению (на рисунке по направлениюОМ), будет линейно поляризовано, причём направление поляризации, т. е.направление движения конца электрического вектора на луче в волне, будетсовпадать с направлением прямой, вдоль которой движется заряд. В направлении вверх-вниз, вдоль отрезка движения заряда, никакого излучения небудет.коnеблюЩИЙСJIРис.1.8При наблюдении центральной линии триплета в поперечном эффектеЗеемана мы имеем заряд, колеблющийся вверх-вниз по отрезку прямой счастотойwa. Поэтому эта центральная линия линейно поляризована вдольполя.
В поперечном эффекте круговые орбиты электрона с частотамиw0 мы наблюдаем сбоку, и они кажутся нам отрезками прямых,вдоль которых электрон совершает гармонические колебания. Позтому боковые линии триплета будут тоже линейно поляризованы перпендикулярно- wLиwo + wLполю.При наблюдении линий дублета в продоRЬном эффекте Зеемана мыувидим две окружности, по которым движется электрон в плоскости хОу,при этом по окружности с меньшей круговой частотойдвижется по правому кругу, а с б6льшей частотой w 0w0-+ wLwL-электронпо левомукругу. Соответственно мы наблюдаем волны с круговой поляризацией, поляризованные по правому и левому кругу.Таким образом, теория Лоренца дала правильное объяснение поляризации линий в поперечном и продольном нормальном эффектах Зеемана.
Вэтом заключался её основной успех.Наблюдая в1896 г.свой эффект, Зееман сумел измерить величину магнитного частотного расщепления спектральной линии, т. е. определить зна-1.3.ФОРМУЛА РЕЗЕРФОРДА25[Q]uчастота+wL<=EJРис.чение ларморовой частоты WL = е1.9Bj2m.Так как величина индукции Вприложеиного магнитного поля ему была известна, он смог, пользуясь изложенной здесь теорией Лоренца, найти отношениеefm для атомного электрона; оно оказалось равным:~=1,76.1011~'т. е.
имело в точности такое же аномально большое значение и даже точно равное ему, как и для отношения e/rrъ для корпускул катодных лучейв экспериментах Дж. Дж. Томсона.Важнейшим достижением Зеемана бьmо получение для внутриатомного электрона отношения заряда к массеejmв точности такой величины,как и для корпускул катодных лучей в экспериментах Дж. Дж.
Томсона.Тем самым экспериментально впервые было доказано, что свободныеэлектроны катодных лучей и связанные в атомах электроны, движущиесявнутри атомов и молекул, ~ одни и те же микрочастицы.Формула Резерфорда1.3.1.3.1.Открытие Резерфордом атомного ядраРезерфорд приехал в1897 г.из Новой Зеландии в Англию и, будучи молодым человеком, начал свою научную деятельность в Кавендишской лаборатории в Кембридже у Дж. Дж. Томсона. Но через восемь месяцев покинулэту лабораторию и стал работать самостоятельно сначала в Мак-Гиллскомуниверситете в Монреале в Канаде, а затем с1907 г.в Манчестерском университете в Англии.
В Кавендишс.кую лабораторию Резерфорд вернулсяв1919г., став её директором, и работал в ней до смерти вдиректора ему уступил Дж. Дж. Томсон.)1937г. (местоГЛАВА261@всвипецРис.1.10Резерфорд заинтересовался исследованиями явления радиоактивностифактически сразу после её открытия (ещё в Кембридже у Дж. Дж. Томсона).Радиоактивность солей урана была открыта французским учёным Бек1896 г. и сразу же начала интенсивно исследоваться во ФранцииМарией и Пьером Кюри, которые в 1898 г.
открыли сначала новый химикерелем вческий элемент полоний, испускающий сильное радиоактивное излучение,ав1899 г. элемент радий, испускающий ещё более сильное излучение.В 1903 г. Беккерелю, Кюри и Склодовской-Кюри бьша присуждена третья в истории этих премий Нобелевская премия «За открытие явления спонтанной радиоактивности и за исследования радиоактивного излучения>>.В1899г. Резерфорд в своём знаменитом эксперименте показал, чторадиоактивное излучение состоит из а-, {3- и 'У- лучей, на которые радиоактивный пучок лучей, испускаемых радиоактивным источником, расщепляется при помещении радиоактивного источника в магнитное поле. Магнитное поле сильно отклоняет {3-лучи, существенно слабее отклоняет а-лучи,а на 'У-лучи никак не действует.
Вскоре Резерфорду стало ясно, что {3-лучипредставляют собой поток э:r.rектронов, открытых Дж. Дж. Томсоном, а 'Улучи являются электромагнитными волнами.Резерфорд решил заняться непонятными в то время а-лучами и выяснить их физическую природу. На это у"Него ушлоа-лучей Резерфорд проводил в1899-19079лет. Исследованиягг. в Канаде, изучая процессырадиоактивных иревращений химических элементов в экспериментах с алучами.С исчерпывающей полнотой Резерфорд исследовал иревращения химических элементов при радиоактивных распадах, т. е. ядерные реакцииестественных радиоактивных распадов, за что в 1908 г. удостоился Нобелевской премии по химии «За открытие трансмутации химических элеменТОВ>>.Что касается физической природы а-частиц, она оказалась простойи не очень интересной.
а-частицы являются двукратно ионизованными атомами гелия Н е++, т. е. ядрами атомов гелия.1.3.В1908ФОРМУЛА РЕЗЕРФОРДА27г. Резерфорд вместе со своим сотрудником Гейгером сконструировали прибор для регистрации и счёта отдельных а-частицГейгера и с его помощью окончательно доказал вявляютсядваждыионизованнымиВ дальнейших исследованиях в1911атомамимгелия,1911-счётчикг., что а-частицыядрамиатома гелия.г.
Резерфорд нашёл закон рассеяния ачастиц атомами различных химических элементовЭтот закон привёл его в1909-формулу Резерфорда.г. к открытию атомного ядра.Атомное ядро Резерфорд открыл, обратив внимание на экспериментсвоих сотрудников Гейгера и Марсдева с рассеянием пучка а-частиц золотой фольгой (очень тонкой пластинкой золота).Это открытие привело к общеизвестной знаменитой планетарной модели атома, согласно которой в центре атома имеется массивное положительно заряженное атомное ядро очень мальiх размеров, в котором сосредоточена практически вся масса атома и весь его положительный заряд,вокруг ядра вращаются атомные электроны.Эта физическая модель атома бьша предложена Резерфордом с целью:количественного объяснения экспериментов по рассеянию а-частиц на золотой фольге Гейгера и Марсдена.
Результаты этих экспериментов сжатовыражает знаменитая формула Резерфорда.Исходя из того что в эксперименте Гейгера и Марсдена довольно значительное (хотя и небольшое) число а-частиц рассеивалось на большиеуглы е ~ 90°, т. е. отлетало назад, Резерфорд сделал правильный вывод,что внутри атома существует компактное массивное атомное ядро, рассеяние на котором способно вызвать указанные большие отклонения.
ОбразноРезерфорд сравнил наблюдаемое явление рассеяния а-частиц на большиеуглы в направлении назад при лобовом ударе а-частицы о ядро с невероятным событием отражения назад артиллерийского снаряда при лобовом ударе о каменную стену, по :которой стреляют из орудия с близкого расстояния.Размеры атомов имеют порядок 1 А= 10~ 8 см = 10~ 10 м; размерыатомного ядра- порядок 1 Ф = (ферми) = 10~ 13 см= 10~ 15 м.Эксперимент Гейгера и Марсдена Резерфорд интерпретировал, предположив, что явление рассеяния пучка о:-частиц на золотой фольге сводитсяк рассеянию отдельных о:~частиц из пучка на атомах золотой фольги. Попредположению Резерфорда такие акты рассеяния происходят независимо,а мы наблюдаем совокупный суммарный эффект от всех них.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
