1612725063-eb24d9660fd97b365f78091f0a818088 (828996), страница 21

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 21)

Поэтому в процессе движения он неизбежно должен приближаться к ядру все ближе и ближе н в конце концов упасть на него, Первоначально электрон, обладая какой-то определенной частотой обращения по орбите, бу дет излучать свет именно этой частоты. Когда же частота его движения (плавно) изменится нз-за энергетических потерь, должна будет измениться и частота излучения. Но почему, спрашивается, в таком случае спектр водорода состоит из дискретных серий явно отделенных друг от друга линий7 Понять этот факт оказывается совершенно невозможным.

Совершенно не понятна с классической точки зрения и стабильность атомов. Для сравнения представим себе систему планет, обращающихся вокруг Солнца, каждая из которых движется, если нет никакого возмущающего влияния, по определенной неизменной орбите. Предположим, однако, что солнеч у К Кванты гегга ная система оказалась бы вдруг в непосредственной близости, например, к Сириусу. Тогда это соседство уже само по себе исказило бы траектории планет. Если бы затем солнечная си. стема вновь удалилась от Сириуса, то планеты стали бы вра.

щаться вокруг Солнца уже по новым орбитам с новыми угловыми скоростями и периодами обращения. Если бы электроны в атоме подчинялись тем же механическим законам, что н пла неты солнечной системы, то неизбежным следствием любого взаимодействия между двумя атомами было бы полное измене. ние основных частот электронов, так что после взаимодействия каждый атом излучал бы свет совершенно других длин волн.

Этому, однако, в корне противоречит тот экспериментальный факт, что каждый атом газа, который, согласно кинетической теории, испытывает около 100 миллионов соударений в секунду, испускает тем не менее свет, отвечающий одним и тем же узким спектральным линиям и до, и после соударения. Наконец, классическая механика и классическая статистика неспособны объяснить законы теплового излучения (излученля энергии).

Эдесь мы не будем входить в детали этого сложного вопроса (он рассмотрен в гл. ЧШ); отметим только основной результат, к которому, рассуждая аналогичным образом, пришел Планк (1900 г.), Оказалось, что для понимания законов излучения необходимо принять следующую гипотезу: излучение и погхои(ение энергии материей происходит не непрерывно, а отдельными порциями — «квантами энергии» Ьг (здесь й — постояниая Планка, равная 6,62 ° 10-м эрг ° сек, и т — частота). С другой стороны, новая гипотеза все же сохраняет связь с классической электромагнитной теорией света, так что явления, сопутствующие распространению излучения (дифракция, интерференция), по-прежнему подчиняются классическим законам.

В !905 году Эйнштейн пошел, однако, дальше Планка. Не ограничиваясь постулатом квантовых свойств процессов нзлученкя и поглощения, он предложил считать, что такие свойства присущи свету вообще. В соответствии с гипотезой световых квантов (фотонов), выдвинутой Эйнштейном, свет состоит из квантов (корпускул), несущих энергию Ьт и летящих в пространство, подобно дробинкам, со скоростью света. Хотя на первый взгляд эта гипотеза может показаться слишком смелой, существует тем не менее целый ряд экспериментов, которые вряд ли можно истолковать в рамках волновой теории, но которые сразу же становятся понятными с позиций гипотезы световых квантов. Сейчас мы и перейдем к краткому разбору этих экспериментов, на которые указывал еще сам Эйнштейн, доказывая справедливость своей гипотезы.

104 Гл. л1Г. Волмол — кабгияал Самый прямой путь превращения световой энергии в механическую реализуется в фотоэлектрическом эффекте (Герц, ИИ7 г.; Хальвакс, Эльстер и Гайтель, Ладенбург). Если коротковолновый (ультрафиолетовый) свет падает в условиях высокого вакуума на металлическую поверхность (щелочной металл), то тотчас же обнаруживается, что поверхность заряжается положительно (фиг. 31). Это означает, что поверхность отдает отрицательный электрический заряд, т. е. испускает электроны. Теперь можно, с одной стороны, измерить (регистрируя эти электроны) полный электрический ток с поверхности.

С другой стороны, обратившись к опытам по отклонению или с помощью противодействующего поля, можно определить скорость электронов. Тщательные измерения показали, что - . Слл и Ф и г. 31. Получение фотовлектроаов (оо Ленарду). Свет, нроколк сквозь отверетне Р. покапает на катал С н выбнвеет нп кето влеатроны, которые еатем уекорккмея (нлк еамеллеотео) елен. трнееекнм нолем мамку С н А. скорость испускаемых электронов не зависит, как можно было бы ожидать, от интенсивности падающего света; с увеличением интенсивности возрастает лишь нх число, причем возрастает пропорционально интенсивности. Что касается скорости фото- электронов, то она зависит только от частоты света о; энергия электронов Е определяется соотношением Е=Ьр — А, где А — константа, характеризующая металл. С точки зрения гипотезы световых квантов оба эти обстоя тельства вполне понятны.

Каждый световой квант, попадая в металл н взаимодействуя с одним нз электронов, передает ему асю свою энергию и таким образом выбивает его из металла. Однако, прежде чем вырваться из металла, электрон теряет часть энергии, равную работе А, необходимой для его высвобождения. Число выбитых электронов пропорционально числу падающих световых квантов; последнее же определяется интенсивностью света. Еще более очевидным указанием на существование квантов света служат эксперименты Э. Мейера и В. Герлаха (19!4 г.) по фотоэлектрическому эффекту на мельчайших частицах ме. таллической пыли. В результате облучения ультрафиолетовым в 8. Кваэпюал теоршв атома светом в этом случае снова освобождаются фотоэлектроны, так что частички металла оказываются заряженными положительно. Преимущество такой постановки опыта состоит в том, что при этом можно наблюдать сам процесс появления заряда на металлических пылинках.

Для этого нужно только заставить нх парить и электрическом поле, как это делалось в капельном методе Миллнкена при определении элементарного электрического заряда е. Каждый акт фотоизлучення электрона проявляет себя в ускорении, приобретенном частицей благодаря увеличению заряда. Если считать, что падающий свет действительно представляет собой переменное электромагнитное поле, то нетрудно вычислить, зная размер пылинок, то время, в течение которого частичка металла поглотит достаточное для выброса электрона количество энергии. По порядку величины это время составляет несколько секунд.

Если бы правильной оказалась классическая теория света, то фотоэлектрон никоим образом не смог бы покинуть пылинку раньше чем через несколько секунд после начала облучении. Но на опыте наблюдается как раз противо. положная картина — фотонзлучение электронов начинается тот. час же вслед за началом облучения. Этот результат не объясним иначе, как на основе допущения, что свет представляет собой поток световых квантов, которые могут выбить электрон непосредственно в момент столкновения с частицей металла. ф З.-Квантовая теория атома Квантовая гипотеза Планка в своей первоначальной форме утверждала, что каждой спектральной линни соответствует гармонический осциллятор с определенной частотой ч, который в отличие от классической теории может поглотить или испустить не произвольную порцию энергии, а только целое число элементарных порций Ьч.

Нильс Бор (1913 г.) сделал большой шаг вперед на пути выяснения связи этих «осцилляторов» друг с другом и со строением атома в целом. Он отказался от представления о том, что электроны в самом деле ведут себя как осцилляторы, т. е. связаны квазиупругими силами. Основную идею Бора можно приблизительно выразить такими словами.

Атом ни в коей мере не похож на классическую механическую систему, которая может поглощать энергию сколь угодно малыми порциями, Из факта существования узких спектральных линий поглощения и излучения, с одной стороны, и из гипотезы световых квантов Эйнштейна — с другой, следует скорее тот вывод, что атом может находиться только з определенных дискретных стационарных состояниях с энергиями Еь Еь Еь.... 106 Гд. 1:и=. Валми — кабуани Таким образом, атом может поглощать лишь излучение таких частот т, что Ьч равно как раз той порции энергии, которая нужна для перевода атома из одного стационарного состояния в другое, более высокое.

Характеристики

Список файлов книги