Opdagelser inden for atomstruktur er blevet et vigtigt skridt i udviklingen af fysik. Rutherfords model var af stor betydning. Atomet som system og de partikler, der udgør det, er blevet undersøgt mere præcist og detaljeret. Dette førte til den succesrige udvikling af en videnskab som kernefysik.
Gamle ideer om stoffets struktur
Antagelsen om, at de omgivende kroppe er sammensat af de mindste partikler, blev lavet i oldtiden. Datidens tænkere repræsenterede atomet som den mindste og udelelige partikel af noget stof. De hævdede, at der ikke er noget i universet, der er mindre end et atom. Sådanne synspunkter blev holdt af de store antikke græske videnskabsmænd og filosoffer - Demokrit, Lucretius, Epikur. Disse tænkeres hypoteser er i dag forenet under navnet "gammel atomisme".
middelalderforestillinger
Oldtiden er forbi, og i middelalderen var der også videnskabsmænd, der gjorde forskellige antagelser om stoffers struktur. Men overvægten af religiøse filosofiske synspunkter og kirkens magt i den periode af historien er rodenundertrykte ethvert forsøg og aspirationer fra det menneskelige sind til materialistiske videnskabelige konklusioner og opdagelser. Som du ved, opførte den middelalderlige inkvisition sig meget uvenligt med repræsentanter for datidens videnskabelige verden. Det er tilbage at sige, at de dengang lyse hoveder havde en idé, der kom fra antikken om atomets udelelighed.
18-19. århundredes studier
Det 18. århundrede var præget af seriøse opdagelser inden for stoffets elementære struktur. I høj grad takket være indsatsen fra sådanne videnskabsmænd som Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov og John D alton. Uafhængigt af hinanden var de i stand til at bevise, at atomer virkelig eksisterer. Men spørgsmålet om deres indre struktur forblev åbent. Slutningen af det 18. århundrede var præget af en så vigtig begivenhed i den videnskabelige verden som opdagelsen af det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev. Dette var et virkelig kraftfuldt gennembrud fra den tid og løftede sløret over forståelsen af, at alle atomer har en enkelt natur, at de er relateret til hinanden. Senere, i det 19. århundrede, var et andet vigtigt skridt i retning af at optrevle atomets struktur beviset på, at nogen af dem indeholder en elektron. Forskernes arbejde fra denne periode forberedte grobund for opdagelserne i det 20. århundrede.
Thomsons eksperimenter
Den engelske fysiker John Thomson beviste i 1897, at atomer indeholder elektroner med en negativ ladning. På dette stadium blev de falske ideer om, at atomet er grænsen for deleligheden af ethvert stof, endelig ødelagt. HvordanThomson var i stand til at bevise eksistensen af elektroner? I sine eksperimenter anbragte videnskabsmanden elektroder i meget sjældne gasser og sendte en elektrisk strøm. Resultatet var katodestråler. Thomson studerede omhyggeligt deres træk og fandt ud af, at de er en strøm af ladede partikler, der bevæger sig med stor hastighed. Videnskabsmanden var i stand til at beregne massen af disse partikler og deres ladning. Han fandt også ud af, at de ikke kan omdannes til neutrale partikler, da den elektriske ladning er grundlaget for deres natur. Sådan blev elektroner opdaget. Thomson er også skaberen af verdens første model af atomets struktur. Ifølge den er et atom en flok positivt ladet stof, hvori negativt ladede elektroner er jævnt fordelt. Denne struktur forklarer atomernes generelle neutralitet, da modsatte ladninger balancerer hinanden. John Thomsons eksperimenter blev uvurderlige for det videre studie af atomets struktur. Mange spørgsmål forblev dog ubesvarede.
Rutherford Research
Thomson opdagede eksistensen af elektroner, men det lykkedes ham ikke at finde positivt ladede partikler i atomet. Ernest Rutherford rettede denne misforståelse i 1911. Under eksperimenter, hvor han studerede aktiviteten af alfapartikler i gasser, opdagede han, at der er positivt ladede partikler i atomet. Rutherford så, at når stråler passerer gennem en gas eller gennem en tynd metalplade, afviger et lille antal partikler skarpt fra bevægelsesbanen. De blev bogstaveligt t alt smidt tilbage. Det gættede videnskabsmandendenne adfærd forklares af kollisionen med positivt ladede partikler. Sådanne eksperimenter gjorde det muligt for fysikeren at skabe Rutherfords model for atomets struktur.
Planetarisk model
Nu var videnskabsmandens ideer noget anderledes end John Thomsons antagelser. Deres modeller af atomer blev også anderledes. Rutherfords erfaring tillod ham at skabe en helt ny teori på dette område. Videnskabsmandens opdagelser var af afgørende betydning for fysikkens videre udvikling. Rutherfords model beskriver et atom som en kerne placeret i midten, og elektroner, der bevæger sig rundt om det. Kernen har en positiv ladning, og elektronerne har en negativ ladning. Rutherfords model af atomet antog rotationen af elektroner rundt om kernen langs bestemte baner - baner. Forskerens opdagelse hjalp med at forklare årsagen til alfapartiklernes afvigelse og blev drivkraften til udviklingen af atomets nukleare teori. I Rutherfords model af atomet er der en analogi med bevægelsen af solsystemets planeter omkring solen. Dette er en meget præcis og levende sammenligning. Derfor blev Rutherford-modellen, hvor atomet bevæger sig rundt om kernen i en bane, kaldt planetarisk.
Værker af Niels Bohr
To år senere forsøgte den danske fysiker Niels Bohr at kombinere ideer om atomets struktur med lysstrømmens kvanteegenskaber. Rutherfords nukleare model af atomet blev sat af videnskabsmanden som grundlag for hans nye teori. Ifølge Bohr kredser atomer om kernen i cirkulære baner. En sådan bevægelsesbane fører til accelerationelektroner. Derudover er Coulomb-interaktionen af disse partikler med atomets centrum ledsaget af skabelsen og forbruget af energi for at opretholde det rumlige elektromagnetiske felt, der opstår fra elektronernes bevægelse. Under sådanne forhold skal negativt ladede partikler en dag falde ned på kernen. Men dette sker ikke, hvilket indikerer den større stabilitet af atomer som systemer. Niels Bohr indså, at lovene for klassisk termodynamik beskrevet af Maxwells ligninger ikke virker under intraatomiske forhold. Derfor satte videnskabsmanden sig selv til opgave at udlede nye mønstre, der ville være gyldige i elementarpartiklernes verden.
Bohrs postulater
Hovedsageligt på grund af det faktum, at Rutherfords model eksisterede, atomet og dets komponenter var godt undersøgt, var Niels Bohr i stand til at nærme sig skabelsen af sine postulater. Den første af dem siger, at atomet har stationære tilstande, hvor det ikke ændrer sin energi, mens elektronerne bevæger sig i baner uden at ændre deres bane. Ifølge det andet postulat, når en elektron bevæger sig fra en bane til en anden, frigives eller absorberes energi. Det er lig med forskellen mellem energierne i de foregående og efterfølgende tilstande af atomet. I dette tilfælde, hvis elektronen hopper til en bane tættere på kernen, udsendes energi (foton) og omvendt. På trods af det faktum, at elektronernes bevægelse ikke minder meget om en orbitalbane, der er placeret strengt i en cirkel, gav Bohrs opdagelse en glimrende forklaring på eksistensen af en regeretspektrum af brintatomet. Omkring samme tid bekræftede fysikerne Hertz og Frank, der boede i Tyskland, Niels Bohrs lære om eksistensen af stationære, stabile tilstande af atomet og muligheden for at ændre værdierne af atomenergi.
Samarbejde mellem to videnskabsmænd
Forresten kunne Rutherford ikke bestemme ladningen af kernen i lang tid. Forskerne Marsden og Geiger forsøgte at gentjekke Ernest Rutherfords udtalelser, og som et resultat af detaljerede og omhyggelige eksperimenter og beregninger kom de til den konklusion, at det er kernen, der er den vigtigste egenskab ved atomet og hele dets ladning. er koncentreret i det. Senere blev det bevist, at værdien af ladningen af kernen er numerisk lig med ordenstallet for grundstoffet i det periodiske system af elementer af D. I. Mendeleev. Interessant nok mødte Niels Bohr snart Rutherford og var helt enig i hans synspunkter. Efterfølgende arbejdede forskere sammen i lang tid i det samme laboratorium. Rutherfords model, atomet som et system bestående af elementært ladede partikler - alt dette anså Niels Bohr for retfærdigt og lagde for altid sin elektroniske model til side. Forskernes fælles videnskabelige aktivitet var meget vellykket og bar frugt. Hver af dem dykkede ned i studiet af elementarpartiklers egenskaber og gjorde betydelige opdagelser for videnskaben. Rutherford opdagede og beviste senere muligheden for nuklear nedbrydning, men dette er et emne for en anden artikel.
