1626435893-691da8e1223766775fc277661dcb4565 (844331), страница 4
Текст из файла (страница 4)
При движении электронов по этим орбитам атом находится в устойчивом состоянии. Испускание и поглощение атомом излучения происходят только при переходе электрона с одной орбиты на другую, причем частота излучения к однозначно связана с разностью энергий участвующих в переходе состояний: ЛЕ= Ь~, где Ь=2ял. Простые вычисления на основе этих предположений позволили Бору теоретически получить спектральные закономерности и постоянную Ридберга. Впоследствии теорию усовершенствовали: было учтено движение ядра вокруг общего центра масс, круговые орбйты были заменены эллиптическими с определенными полопениямя нх плоскости. -Все это привело к лучшему поииманяю оптических спектров н, в частности, позволило объяснить простой (нормальный) эффект Зеемана. Высказав свои знаменитые постулаты, Н. Бор сделал чрезвычайно смелый шаг.
Он отказался от привычных классических представлений, и зто привело к правнлъному описанию внутри- атомных процессов. Однако в самой основе теории Бора оставалась трудность. Было неясно, почему пря описании атома моцно и нуяно отказываться от классячесшх представлений. Эта трудность была преодолена только в 1926 г., после того как Гейзенберг н Шредингер предлояиля совершенно новый подход к опясанию микромира, получивший название квантовой механики. Согласно квантовой механике при рассмотрении дание пня электронов и других мякрочастяц нельзя говорвпь об их траектории, так как нельзя одновременно точно знать подомеиие и скоросп частицы. Вместо старой модели атома была предложена новая, в которой целование электрона в атоме.в данный момент времени определяется не точно, а с некоторой вероятностью.
Эта вероятность задается волновой функцией, являющейся решением волнового уравнения. Квантовая механика не только подтвердила" все результаты теории Бора, но я объясняла, почему атом не излучает в стационарном состоянии, а такие позволила подсчитать интенсивности спектральных линий. Кроме того, квантовая механика дала объяснение совершенно. непонятному с точки зрения классической физики явленщо 11 рвкции зиектронов. 1 дялывпйшем с помощью квантовой механики стали описывать такие и ядерные процессы. Назгример, в 1928г.
Гамовым и др. была построена квантовомеханическая теория а-распада. В 1919г. было сделано два крупных открытия. Астон построил масс.сипкгрограф, с помощью которого впервые были точно измерены массы атомов и открыты изотопы. резерфорд, продоляая опыты с а-частщкзми, открыл расщепление атомного ядра азота, сопровоядающееся вылетом из него положительно заряженной частицы с зарядом +е и массой, равной массе ядра атома легкого изотопа водорода (которая равна 1836,1 т,). Опыт был повторен на других веществах, н почти во всех случаях оказалось, что при бомбардировке быстрыми а-часпщамн ядра зтях веществ Введение испускают ядра водорода. Тем самым было доказано, что в составе ядер содержатся простейшие водородные ядра, которые стали называть протонами р.
Открытие протона позволило построить сравнительно удобную модель ядра, состоящего из протонов и электронов. Согласно этой модели в атомном ядре содержится А протонов и А — У электронов, а вокруг ядра на расстоянии примерно 1О в см вращаются У электронов. В этой модели получил естественное объяснение факт пропорциональности масс атомов элементов массовому числу А и зарядов ядер порядковому номеру У. Однако предположение о существовании в ядре электронов наталкивалось на непреодолимые теоретические трудности: не удавалось привести в соответствие свойства ядер со свойствами частиц„из которых согласно данной модели состоят ядра. Известно, что кроме массы и заряда элементарные частицы характеризуются также и другими свойствами, в частности собственным моментом количества движения (сливом), который измеряется в единицах Ь, и магнитным моментом.
Существование собственного механичесцого и магнитного моментов у элементарной частицы, например у электрона, позволяет представить его условно в виде заряженного волчка, вращающегося вокруг собственной оси. При этом в отличие от классического волчка, который может иметь любое значение механического момента, спин электрона имеет только одно значение, равное л/2. Соответсгвени о магнитный момент электрона также имеет только одно значение Ма=ел/2ел,с=9,27 10 м эрг/Ге=9,27 10 74 Дж/Тл, которое получило название м а г н е т о н а Б о р а.
Знак магнитного момента электрона отрицателен, т. е. его направление противоположно направлению спина. Понятие спина электрона было введено в 1925 г. для объяснения тонкои структуры атомного излучения. В дальнейшем для объяснения сверхтонкой структуры оптических спектров было высказано предположение о существовании спина и магнитного момента у атомных ядер.
При этом ввиду чрезвычайной малости сверхтонкого расщепления магнитный момент ядра должен быть примерно в 10з раз меньше магнитного момента электрона. Последующие измерения показали, что простейшее ядро— протон имеет спин л/2 и положительный магнитный момент, равный 2797пв, где ря=ел/2твс=Мв/1856= 5 05 10 ~4 эрг/Гс= =5,05 10 ~ Дж/Тл, т. е. примерно в 6,5 !0~ раз меньше магнитного момента электрппа. Измерения магнитных момен- Введение 18 тов других атомных ядер показали, что они близки по абсолютному значению к значению магнитного момента протона и сильно отличаются от значения магнитного момента электрона. Это серьезный аргумент против протон-электронной модели ядра.
Значения спинов ядер также противоречат этой модели. Например, дейтрон, ядро которого в соответствии с этой моделью должно состоять из двух протонов и одного электрона, может иметь только полуцелое значение спина (л/2 или Зл/2). Опыт же дает для спина дейтрона значение л. По этим и некоторым другим соображениям стало ясно, что в составе атомного ядра не может быть электронов.
Однако ядро не может состоять из одних протонов, так как в таком ядре А всегда было бы равно У. Должны существовать какие-то новые частицы, которые входят в состав ядра наряду с протонами. Эти частицы были вскоре открыты. Продолжая опыты Резерфорда, Боте и Беккер в 1930 г. обнаружилн, что при облучении и-частицами некоторых легких элементов (Ве, Ь|) последние вместо протонов испускают излучение, очень слабо поглощаемое свинцом. В 1932 г. супруги Жолио-Кюри установили, что новое излучение при встрече с легким веществом выбивает из него ядра отдачи. Наиболее естественно было предположить, что это излучение представляет собой Т-кванты высокой энергии.
Однако для согласования с результатами опытов по поглощению в свинце и образованию ядер отдачи у-квантам приходилось приписывать энергию и импульс больше тех, с которыми они могут возникать при облучении легкого ядра п-частицей. Выход из этого затруднения был найден в 1932 г. Чедвиком, который проанализировал с помощью законов сохранения энергии и импульса опыты по образованию, исследуемых излучением ядер отдачи азота и водорода и пришел к выводу, что это излучение представляет собой поток нейтральных частиц с массой, приблизительно равной массе протона.
Вновь открытая частица была названа н е й т р о н о м л е. Точное значение массы нейтрона, определенное из энергетического баланса ядерных реакций, идущих с образованием илн поглощением нейтронов, равно т„=1838,бт,. Таким образом, масса нейтрона больше массы протона на 2,5т, и больше суммы масс протона и электрона на 1,5т,. В соответствии с известным в Существование нейтрона (а такие дейтрона) было предсказано реэерфордом, который считал, что наряду с ядром, в составе которого содериится только одни протон и нет ни одного электрона (ядро атома волорола— протон), долине существовать ядро, содериащее один протон и один электрон (нейтрон), а такие ядро, содер:кащее два протона н олин электрон (дейтрон).
Введен ые 19 соотношением, связывающим массу и энергию, каждому значению массы М в килограммах соответствует энергия Мс~ в джоулях, где с=З 10а м/с — скорость света. Для неподвижной покоящейся частицы эта энергия минимальна, она называется энергией покоя. Так как энергия покоя нейтрона больше суммы энергий покоя протона и электрона, то энергетически возможен распад нейтрона на протон и электрон. Такой распад был обнаружен в 1950 г. советскими физиками П, Е, Спиваком и А. Н. Сосновским, канадским физиком Робсоном и американским физиком Снеллом. Таким образом, нейтрон является примером нестабильной элементарной частицы.
Современное значение его периода полураспада равно около 10 мин. Измерения спина и магнитного момента показали, что нейтрон, так же как протон и электрон, имеет спин, равный Ь/2, а магнитный момент нейтрона отрицателен н примерно в 10' раз меньше магнитного момента электрона (р„= — 1,91 ив). Вскоре после открытия нейтрона Е. Н. Гапон и Д. Д. Иваненко и немецкий физик В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
