КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Строение вещества
Теория атома Бора. Изучая прохождение а-частиц (ядер гелия) через тонкую золотую фольгу, английский ученый Э.Резерфорд обнаружил, что большинство этих частиц свободно проходит через многочисленные слои атомов, и вещество в этих экспериментах ведет себя как крупное сито, свободно пропускающее довольно тяжелые заряженные частицы. Для объяснения полученных результатов Резерфорд разработал так называемую планетарную модель атома, где основная масса сосредоточена в ядре, размеры которого крайне малы, а электроны, входящие в состав атома, вращаются вокруг этого ядра. Планетарная модель хорошо объясняла поведение а- частиц, но противоречила выводам классической физики: двигаясь с ускорением любая заряженная частица должна излучать электромагнитные волны. Энергия электрона в этом случае должна быстро уменьшаться, и он должен упасть на ядро. Датский физик Н.Бор сумел разрешить это противоречие, сформулировав три постулата, которые легли в основу боровской теории строения атома. Эти постулаты гласили: 1.в атоме существуют стационарные орбиты, на которых электрон не излучает и не поглощает энергии, 2.радиус стационарных орбит дискретен; его значения должны удовлетворять условиям квантования момента импульса электрона: m v r = n , где n - целое число, 3.при переходе с одной стационарной орбиты на другую электрон испускает или поглощает квант энергии, причем величина кванта в точности равна разности энергий этих уровней: hn = E1 – Е2. Из этих постулатов видно, что фактически Бором были введены новые - квантовые представления о свойствах электрона в атоме. Покажем, что в этих предположениях энергия электрона также становится дискретной (квантуется).
Пусть Ze - заряд ядра атома, вокруг которого вращается один электрон массы m. Радиус орбиты обозначим г, а скорость электрона на орбите - v. Тогда уравнение движения электрона можно записать в следующем виде: , где сила, стоящая в правой части этого уравнения, представляет собой кулоновскую силу взаимодействия двух зарядов: е и Ze, a величина v2 /r характеризует центростремительное ускорение электрона. Сокращая знаменатели обеих частей этого уравнения и используя выражение второго постулата Бора, получаем систему из двух уравнений, где неизвестными являются скорость v и радиус орбиты r: .
Деля почленно одно уравнение на другое, получаем: v = .Подставим выражение для скорости во второе уравнение нашей системы и найдем выражение для радиуса орбиты: r = . Общая энергия электрона на орбите складывается из его кинетической энергии и потенциальной энергии его взаимодействия с зарядом ядра: Wo = Т кин + Uпот, или .
Знак минус отражает тот факт, что заряд электрона - отрицательный. Подставляя в это выражение полученные ранее значения скорости и радиуса, находим: W0 = , где называют постоянной Ридберга. Таким образом общая энергия электрона в атоме оказывается отрицательной, и она увеличивается с ростом n. Частота излучения, которое соответствует переходу с орбиты номера n на орбиту с номером m, равна: n = . Если атомы являются изолированными и не участвуют в других взаимодействиях, то допускаемые частоты образуют набор отдельных спектральных линий, соответствующих различным значениям чисел n и m. Обычно такое состояние атомов наблюдается в газах. Каждому химическому элементу соответствуют свои спектральные линии - на этом основан спектральный анализ, позволяющий по наблюдаемому набору линий установить химический состав исследуемого объекта. При исследовании спектров испускания наблюдаются узкие светящиеся линии, а если свет проходит через холодный газ, то наблюдаются темные линии на тех местах, которые соответствуют положению линий излучения горячим газом. Эти темные линии называются спектрами поглощения.
При очень низких температурах электроны в атомах стремятся занять орбиты с наименьшими значениями энергии, но при конечных температурах за счет энергии теплового движения атомов электроны могут приобретать дополнительную энергию и переходить на более высоколежащие орбиты, степень заселенности которых определяется распределением Больцмана: чем выше значения энергии, тем меньшее количество электронов занимают данный уровень. Поэтому в обычном состоянии атомы больше поглощают электромагнитные волны (набор разрешенных частот может лежать в любом диапазоне), чем излучают. Для того, чтобы процесс излучения преобладал над процессом поглощения, атому необходимо сообщать энергию. Приобретая эту энергию, атомы переходят в возбужденное состояние, но оно является энергетически невыгодным, и обычно через очень короткий промежуток времени электроны возбужденного атома переходят на орбиты с меньшей энергией. Процесс перехода является случайным, поэтому значение начальной фазы и направления колебаний векторов электрического и магнитного полей изменяются от одного атома к другому хаотическим образом. Получающееся электромагнитное излучение является некогерентным. Однако существует возможность своеобразной синхронизации процессов излучения. Использование такой возможности определяет принцип действия генераторов коротковолнового излучения - мазеров и лазеров.
Дата добавления: 2014-12-16; Просмотров: 324; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |