Модель атома Нильса Бора
Введение
Нильс Бор принадлежит к числу самых известных исследователей современности. Среди значительных ученых, работавших в области точного естествознания, он был в философском отношении наиболее оспариваемым мыслителем после Эйнштейна.
Период, предшествовавший появлению работы Бора об атоме водорода (1913), оказавшей столь значительное влияние на развитие теоретической физики, был отмечен рядом важных физических открытий и изобретений.
В 1911 году Вильсон создал "туманную камеру", ставшую вскоре незаменимым устройством для исследования атомов и атомных частиц. Камера Вильсона позволила наблюдать траектории элементарных частиц и доказала реальность их столкновений, которые становились видимыми в виде разветвлений и внезапных изменений направления движения. В том же году Резерфорд открыл атомное ядро и создал модель атома, послужившую исходной точкой научно обоснованной теории атома.
В этих условиях начал свою научную деятельность молодой датский физик. Появление его статьи об атоме водорода стало, как писал Джеймс Франк, "днем рождения современной теории атома". Этой и последующими работами Бор положил начало теоретическому пониманию механизма атома. Для этого необходим был свободный от предубеждений подход к явлениям микромира, требовалась большая смелость и необычайная сила духа для выдвижения и разработки новой точки зрения.
Модель атома
На основе экспериментов по прохождению альфа-лучей сквозь вещество, Резерфорд предположил, что:
- Ш Атом состоит из положительно заряженного ядра, которое, несмотря на малый размер, заключает в себе почти всю массу атома, и какого-то числа отрицательно заряженных электронов, которые вращаются вокруг атомного ядра по орбитам, как планеты вокруг своего центрального светила. Ш Химическую связь между атомами различных элементов Резерфорд объяснил своего рода взаимодействием между внешними электронами соседних атомов
Хотя эта модель атома позволяла объяснить некоторые физические и химические явления, однако:
- 1. Она не подтверждалась опытом спектроскопии. Остающиеся неизменными, четко обозначенные спектры атомов нельзя было объяснить на основе представлений Резерфорда. 2. Резерфордовский атом не согласовывался также с законами электродинамики Максвелла - Лоренца. При таком строении атом должен был быть в высшей степени неустойчивым, через кратчайшее время он бы распался, потому что вращающиеся электроны, потеряв свою энергию на излучение, упали бы на ядро и пришли бы в состояние покоя. 3. Против резерфордовской модели атома можно было выдвинуть еще одно возражение, которое Гейзенберг сформулировал так: "Никакая планетная система, которая подчиняется законам механики Ньютона, никогда после столкновения с другой подобной системой не возвратится в свое исходное состояние. В то время как, например, атом углерода остается атомом углерода и после столкновения с другими атомами или после того, как он, вступив во взаимодействие с другими атомами, образовал химическое соединение".
Рис. 1 Модель атома Бора
Заслуга Бора в том, что он устранил коренные недостатки, присущие модели, предложенной Резерфордом, введя учение о квантах света в теорию строения атома. Его "портрет атома" - это Чисто механическая модель с ядром и электронами, которые вращаются вокруг ядра по оптимальным, жестко фиксированным орбитам, представляющая собой, по словам Бора, "маленькую механическую систему, которая в известных главных чертах напоминает нашу планетную систему". Однако ведет себя эта атомная система не так, как классическое механическое образование, которое может принимать и отдавать любое количество энергии, а совершенно по-иному, в соответствии с законами квантового учения.
Ставшая всемирно известной атомная модель Бора построена на двух требованиях - "квантовых условиях":
Первое: электроны в атоме вращаются под влиянием кулоновских сил (сил м/д двумя заряженными частицами) по известным свободным от излучения "квантовым орбитам", соответствующим определенным энергетическим уровням.
H - постоянная планка;
С - частота колебаний испускаемого при излучении света;
En - энергия электрона на n-й орбите (n-ном энергетическом уровне)
Движение электронов при этом определяется константой Планка (h) и последовательностью целых чисел (n).
Т. е. электрон вращается по "квантовым орбитам" и при этом не излучает энергии.
Второе: электроны совершают скачкообразные переходы, "квантовые скачки", между своими свободными от излучения орбитами. Частота колебаний испускаемого при этом света регулируется зависит от того с какого на какой энергетический уровень перешел электрон:
Hн = Ei - Ej
Где
H - постоянная планка;
Н - частота колебаний испускаемого при излучении света;
Ei, Ej - энергия электрона на соответствующих энергетических уровнях.
Это дает объяснение появления спектра.
В результате того, что он ввел во внутриатомную динамику эти два кажущиеся произвольными постулата о квантах, Бор смог построить удовлетворительную модель атома водорода как самого простого атома. "Тогда как первый постулат подчеркивает общую устойчивость атома, второй прежде всего имеет в виду существование спектров, состоящих из резких линий". Так объяснял Бор оба квантовых условия в своем нобелевском докладе.
Бор сделал вывод о том, что атом водорода может существовать только при совершенно определенных энергетических состояниях: при энергетических уровнях, которые соответствуют этим состояниям. Если атом при добавлении энергии поднимается на более высокий энергетический уровень, что соответствует переходу его электрона на более далекую от ядра орбиту, то при возвращении в прежнее состояние, то есть обратном переходе электрона на близкую к ядру орбиту, полученная энергия отдается обратно. При этом атом излучает квант света, энергетическое содержание которого определяется из разницы между энергией возбужденного состояния и основного состояния. Под "возбуждением" понимается добавление энергии, например нагревании или пропускании электрического тока.
Посредством применения понятия кванта в атомном учении стало возможным решить загадку спектральных линий и по крайней мере в общих чертах объяснить поразительную устойчивость атомов, строение их электронных оболочек и периодическую систему элементов. Теория спектральных линий Бора открыла новую область исследований.
Список литературы:
- 1) Фридрих ГЕРНЕК "Пионеры атомного века".- М.: Патент, 1996. - 271 с. 2) Г. С Кембровский "Пособие по физики для поступающих в вузы". 3) И. П Жеребцов "Основы электроники". 4)Справочник по физике для Поступающих в вузы
" Наукова думка"1969г.
- 5)С. П Мясников " Пособие по физике"1976г. 6)Т. И Трофимова " Курс физики"2002г. 7)Энциклопедия по физике Том 16.
"Аванта, Москва 2001г.
Похожие статьи
-
СТРОЕНИЕ АТОМА - Неограническая химия
Задание 1.1. Для приведенных в варианте (табл. I.1) 4-х химических элементов определить: 1.1.1. Группу и период, в которых находится данный элемент в...
-
Квантовая механика - это теория, которая устанавливает способ описания и законы движения микрочастиц и их систем, а также связь величин, характеризующих...
-
Атом (от греч. atomos -- неделимый) - это частица вещества микроскопических размеров и очень малой массы (микрочастица), наименьшая часть химического...
-
Сам атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженного электронного облака. В целом атом электронейтрален. Размер атома полностью...
-
Модель Хопфилда - Прогнозирующие системы
В 70-е годы интерес к нейронным сетям значительно упал, однако работы по их исследованию продолжались. Был предложен ряд интересных разработок, таких,...
-
Уровень науки и техники Надежность средств, с помощью которых человек достигает космоса высокая, но не идеальна. РН -- сложная конструкция, и даже в...
-
Уравнение динамики теплообменника: Передаточные функции объекта получим по его уравнению динамики. Для этого запишем уравнение по заданному каналу. Затем...
-
Нормальное и возбужденное состояние атомов. Электронные формулы ионов - Основы химии
Нормальное - когда все электроны находятся на своих обычных орбиталях (а они их стараются занять наиболее энергетически выгодное положение, находится...
-
Объект исследования и его модель - Основы научных исследований
Объект исследования - это первичное, не сводимое к более простым, понятие. Поэтому дать его общее определение невозможно. Однако можно указать примеры...
-
Для достижения поставленной цели предприятию требуются материалы, оборудование, энергия, рабочая сила и другие ресурсы. Каждое предприятие такими...
-
В 1974г. группа аргентинских ученых во главе с профессором А. Эррерой получила предварительные результаты работы над латиноамериканской моделью...
-
Атом сост. из массивн. "+" заряж. ядра и нах-ся в его поле "-"электронов. В ядрах нах-ся практич. вся масса атома. В состав ядра входят элемент. частицы:...
-
Практически все авторы, описывающие процесс математического моделирования, указывают, что сначала строится особая идеальная конструкция, Содержательная...
-
Построение, или моделирование, конечной факторной системы для анализируемого экономического показателя хозяйственной деятельности можно осуществить как...
-
Модели временных последовательностей, Критерии производительности - Прогнозирующие системы
Используемые для наших целей временные последовательности представляют собой последовательность наблюдений за интересующей переменной. Переменная...
-
В воздушном зазоре электрических машин всегда, наряду с основной гармонической составляющей вращающегося магнитного поля, присутствуют гармонические...
-
Наиболее ранним способом формализации экономико-математических и ТС является представление физических явлений с помощью систем дифференциальных...
-
Основные понятия теории экономико-математического моделирования Кибернетический подход к исследованию экономико-математических систем Обычно...
-
Введение - Экономико-математические модели управления запасами
Разница в ритме производства продукции у различных поставщиков, дискретность процесса поставок, возможность случайных колебаний в интенсивности...
-
Разработка алгоритма нахождения входного потока заявок в имитационной модели контрольно-пропускной системы на основе статистических данных В наши дни...
-
Теоретическое обоснование математического моделирования - Математические методы и модели в экономике
Коммерческая деятельность в том или ином виде сводится к решению таких задач: как распорядиться имеющимися ресурсами для достижения наибольшей выгоды или...
-
Авторегрессионные модели со скользящими средними в остатках (ARMA(p, q)-модели) - Динамические ряды
Представление процесса типа МА в виде процесса авторегрессии неэкономично с точки зрения его параметризации. Аналогично процесс AR не может быть...
-
Введение - Практическое применение модели Марковица
Любой человек, владеющий свободными денежными средствами, заинтересован в их рациональном использовании. Деньги могут и должны "работать". Существует...
-
Св-ва хим. эл-тов, а так же формы и св-ва соединений эл-тов нах-ся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов. Возрастание + зарядов атомных...
-
Модели теории игр. Основные определения и термины В разных областях целенаправленной деятельности, например при разработке и эксплуатации АСУ, часто...
-
Модели и моделирование - Экономико-математические методы
Одним из основных методов научного познания является эксперимент, а самой распространенной его разновидностью - метод моделирования систем. В процессе...
-
Построение модели с помощью логистической регрессии Прежде чем строить логистическую регрессию, необходимо выбрать конечный набор финансовых и...
-
Методы оценки параметров структурной формы модели - Основы эконометрики
Коэффициенты структурной модели могут быть оценены разными способами в зависимости от вида системы одновременных уравнений. Наибольшее распространение в...
-
В статье рассматриваются вопросы, связанные с совершенствованием процессов управления непрерывными ХТС. Предлагается возможность такой организации...
-
Z -преобразование является одним из математических методов, разработанных для анализа и проектирования дискретных систем. Аппарат Z -преобразования...
-
Экспериментальная факторная модель процесса акусто-магнитной обработки топлива
Всевозрастающее воздействие человека на природу привело к возникновению экологических проблем в экосистеме биосферы, в частности, проблемы загрязнения...
-
Введение - Моделирование математической модели теплообменника
Математический динамический модель канал Качественные и количественные изменения в промышленности, науке и технике составляют основу для значительного...
-
Разработав описательные и классификационные шкалы, переходим к формированию обучающей выборки, которая включает в себя информацию о факторах, влияющих на...
-
Введение - Синтез скоринговой модели методом системно-когнитивного анализа
Кредитно-финансовая система является одной из важнейших структур рыночной экономики, так как от темпов ее развития напрямую зависят темпы развития...
-
В большинстве случаев структурная неопределенность вызвана неполнотой знания аналитической структуры уравнений модели объекта управления. При не...
-
Структурная и приведенная формы модели - Основы эконометрики
Система совместных, одновременных уравнений (или структурная форма модели) обычно содержит эндогенные и экзогенные переменные. Эндогенные переменные -...
-
Программное управление является приемлемым подходом во многих прикладных ситуациях. На этом принципе основаны, например, простые металлорежущие станки...
-
Бизнес-процесс - логически завершенная цепочка взаимосвязанных и повторяющихся видов деятельности, в результате которых ресурсы предприятия используются...
-
Подобно предыдущему обозначим. Тогда аналогичные рассуждения приводят к соотношению . (1.10) Проделывая те же преобразования, что и при выводе уравнения...
-
Односекторные и многосекторные модели прогнозов - Многосекторные модели прогнозирования
"Односекторным считается прогноз, рассматривающий процессы в одной из хозяйственных ячеек, многосекторным - во взаимодействующей группе таких ячеек" [4,...
Модель атома Нильса Бора