Опыты Резерфорда

Но модель атома Томсона ‑ это гипотеза. Для ее подтверждения или опровержения нужны были прямые опыты. Т.е. нужно было поставить эксперименты по прямому зондированию атомов. Для этого нужно было направлять на атом потоки частиц высоких энергий и изучать их рассеяние.

Такие опыты были поставлены Резерфордом. В его распоряжении были естественные радиоактивные вещества, которые излучали частицы высоких энергий, в частности - частицы.

- частицы ‑ это двукратно ионизированный атом гелия, т.е. атом гелия, у которого выбито два электрона. Соответственно, - частица имеет заряд, равный двум положительным зарядам электрона.

Резерфорд с помощью свинцового экрана (см. рис. 3) получал узкий пучок - частиц, помещенных внутрь экрана, а затем этот пучок - частиц направлял на очень тонкую фольгу металла. На атомах фольги происходило рассеяние - частиц. Вокруг фольги располагался экран из сернистого цинка. При попадании - частицы на этот экран она давала вспышку света ‑ сцинциляцию (поэтому такие экраны называются сцинциляционными экранами), которая регистрировалась с помощью зрительной трубы .

Положение экрана и зрительной трубы могло быть установлено под любым углом к направлению распространения луча - частиц. Тем самым можно было подсчитать число - частиц, распространяющихся под разными углами. Скорость - частиц имеет величину порядка .

Первые же эксперименты дали совершенно неожиданные результаты. Дело в том, что наблюдались - частицы под углом . Почему же это неожиданно? Дело в том, что если - частица отклоняется назад, то схема ее взаимодействия с атомом фольги должна быть такова.

- частица приближается прямо к атому по осевой линии. Вследствие кулоновского отталкивания она тормозится. В некоторый момент она останавливается, при этом вся ее кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию, а затем начинает двигаться назад.

Найдем наименьшее расстояние, на которое - частица сблизится с атомом. Согласно закону сохранения энергии, можно записать:

Отсюда получим выражение для минимального сближения:

Учитывая, что масса - частицы равна , для получим:

Но, как известно, радиус атома составляет величину, порядка . Таким образом, получается что - частица проникает внутрь атома. Но тогда кулоновское взаимодействие нужно считать по другой формуле. А именно, учесть, что напряженность поля внутри атома Томсона определяется выражением . Этот учет приводит к тому, что - частица не может быть отброшена назад атомом при существующих значениях скоростей .

Т.е. эти эксперименты наносят удар по модели атома Томсона.

Дата добавления: 2014-01-11