Планетен модел на Ръдърфорд, атом в модела на Ръдърфорд

Откритията в областта на атомната структура станаха важна стъпка в развитието на физиката. От голямо значение беше моделът на Ръдърфорд. Атомът като система и частиците, нейните компоненти, са изследвани по-точно и подробно. Това доведе до успешното развитие на такава наука като ядрената физика.

Древните понятия за структурата на материята

Предположението, че околните тела се състоят от най-малките частици, са били изразени дори в древни времена. Мислителите на времето представляват атома под формата на малка и неделима частица от всякакво вещество. Те твърдят, че във Вселената няма нищо по-малко от един атом. Такива възгледи са били проведени от великите древногръцки учени и философи - Демокрит, Лукреция, Епикур. Хипотезите на тези мислители днес са обединени под името "древен атомизъм".

Средновековни представителства

Времената на древността са минали, а през Средновековието има и учени, които изразиха различни предположения за структурата на веществата. Все пак разпространението на религиозните философски възгледи и силата на църквата през този период от историята в основата предотврати всякакви опити и стремежи на човешкия ум към материалистични научни изводи и открития. Както знаете, средновековната инквизиция беше много неприятелска за представителите на научния свят на времето. Остава да се каже, че тогава ярките умове идват от античната идея за неделимостта на атома.

Изследвания от 18-ти и 19-ти век

18 век бе белязан от сериозни открития в областта на елементарната структура на материята. В много отношения, благодарение на усилията на такива учени като Антоан Лавоазие, Михаил Ломоносов и Джон Далтън. Независимо от това, те успяват да докажат, че атомите съществуват. Но въпросът за тяхната вътрешна структура остава отворен. Краят на 18-ти век бе белязан от такова забележително събитие в научния свят, както откритието на Ди Менделеев за периодичната система от химически елементи. Това стана истински мощен пробив от това време и отвори завесата над разбирането, че всички атоми са с една единствена природа, че те са свързани един с друг. По-късно през 19 век друга важна стъпка към разкриване на структурата на атома е доказателството, че в който и да е от тях съществува електрон. Работата на учени от този период подготвя плодородна земя за откритията на 20-ти век.

Експериментите на Томсън

Английският физик Джон Томсън през 1897 г. доказва, че съставът на атомите включва електрони с отрицателен заряд. На този етап фалшивата представа, че атомът е границата на делимост на някое вещество, е напълно унищожена. Как успя да докаже съществуването на електрони? Ученият в експериментите си се поставил силно редки газове електроди и преминават електрически ток. В резултат на това се появиха катодни лъчи. Томсън внимателно проучи техните характеристики и откри, че те са поток от заредени частици, които се движат с огромна скорост. Ученият е способен да изчисли масата на тези частици и заряда им. Той също така разбра, че те не могат да бъдат превърнати в неутрални частици, тъй като електрическият заряд е в основата на техния характер. Така беше електроните са отворени. Томсън е и създател на първия модел на структурата на атома в света. Според него един атом е куп положително заредена материя, в която отрицателно заредените електрони са равномерно разпределени. Такава структура обяснява общата неутралност на атомите, тъй като противоположните такси се равняват взаимно. Експериментите на Джон Томсън стават безценни за по-нататъшно изследване на структурата на атома. Много въпроси обаче останаха без отговор.

Изследване от Ръдърфорд

Томсън открил съществуването на електрони, но не можал да намери положително заредени частици в атома. Ърнест Ръдърфорд коригира това недоразумение през 1911 година. По време на експериментите, изследвайки активността на алфа частиците в газовете, той открил, че частиците присъстват в атома, положително заредени. Ръдърфорд видя, че когато лъчите преминават през газ или през тънка метална плоча, от траекторията на движението се излива малко количество частици. Те буквално ги хвърлиха назад. Учените са предположили, че това поведение се дължи на сблъсък с положително заредени частици. Такива експерименти позволиха на физика да създаде модел на структурата на атома на Ръдърфорд.

Планетен модел

Сега възгледите на учения са малко по-различни от допусканията, направени от Джон Томсън. Техните модели на атомите също се различават. Опитът на Ръдърфорд му позволи да създаде напълно нова теория в тази област. Намеренията на учения са от решаващо значение за по-нататъшното развитие на физиката. Моделът на "Ръдърфорд" описва атома като ядро, разположено в центъра, и около него се движат електрони. Ядрото има положителен заряд, а електроните - отрицателен. Моделът на атома според Ръдърфорд приема ротацията на електроните около ядрото по определени траектории - орбити. Откриването на учения помогна да се обясни причината за отклонението на алфа частиците и се превърна в стимул за развитието на ядрената теория на атома. В модела на атома на Ръдърфорд се наблюдава аналогия с движението на планетите на слънчевата система около Слънцето. Това е много точно и ярко сравнение. Следователно, моделът на Ръдърфорд, атомът, в който орбитира ядрото около ядрото, се нарича планетарен.

Работи от Нилс Бор

Две години по-късно датският физик Нилс Бор се опитва да комбинира идеи за структурата на атома с квантовите свойства на светлинния поток. Ядреният модел на атома на Ръдърфорд е поставен от учения в основата на новата му теория. Според предположението на Бор, атомите се въртят около ядрото по кръгови орбити. Такава траектория на движение води до ускоряване на електроните. В допълнение, взаимодействието на тези частици с центъра на атома е придружено от създаването и потреблението на енергия, за да се поддържа пространственото електромагнитно поле, което произтича от движението на електроните. При такива условия, отрицателно заредени частици трябва някой ден да попаднат върху сърцевината. Но това не се случва, което показва по-голяма стабилност на атомите като системи. Нилс Бор разбира, че законите на класическата термодинамика, описани от уравненията на Максуел, не действат при вътреатомни условия. Затова ученият си постави задачата да извлече нови закони, които биха били валидни в света на елементарните частици.

Постерата на Бора

До голяма степен поради факта, че имаше модел на Ръдърфорд, атомът и неговите компоненти бяха добре проучени, Нилс Бор успя да се доближи до създаването на неговите постулати. Първият от тях казва, че атомът има стационарни състояния, при които не променя своята енергия и електроните се движат по орбитите, без да променят траекторията си. Съгласно втория постулат, когато един електрон преминава от една орбита в друга, енергията се освобождава или абсорбира. Тя е равна на разликата между енергиите на предходните и последващите състояния на атома. В този случай, ако електронът скача до орбита, близък до ядрото, тогава радиацията енергия (фотон), и обратното. Независимо от факта, че движението на електроните не прилича на орбиталната траектория, разположена стриктно по протежение на обиколката, откритието на Бор е направило възможно да се получи отлично обяснение за съществуването на линеен спектър водороден атом. Приблизително по същото време, физиците Hertz и Франк, който е живял в Германия, потвърди ученият Нилс Бор за съществуването на стационарни, стабилни състояния на атома и възможността за промени в атомна енергия стойности.

Сътрудничество на двама учени

Между другото, Ръдърфорд отдавна не можеше да определи заряд на ядрото. Учените Марсдън и Geiger се опита да извърши претенции за кръстосани проверки на Ърнест Ръдърфорд, както и в резултат на внимателни и подробни експерименти и изчисления са стигнали до извода, че той е в основата на по-голямата характеристика на атома, и тя се съсредоточава цялото си заплащане. По-късно е доказано, че ядрената таксата е числено равна на стойността на поредния номер на елемента в периодичната таблица на Менделеев. Интересно е, че Нилс Бор скоро се запозна с Ръдърфорд и напълно се съгласи с неговите възгледи. В бъдеще учените са работили дълго заедно в една лаборатория. модел на атома като система, състояща се от елементарни Ръдърфорд заредени частици - всичко Нилс Бор счита за справедливо и за всички изоставил своя електронен модел. Съвместната научна дейност на учените е била много успешна и е донесла плодове. Всеки от тях преминава дълбоко в проучването на свойствата на елементарните частици и прави важни открития за науката. По-късно Ръдърфорд откри и доказва възможността за ядрено разлагане, но това вече е тема на друга статия.