Модель атома Нильса Бора

2

Министерство образования Российской Федерации ГОУ ВПО "Уральский государственный технический университет - УПИ"

Факультет гуманитарного образования

РЕФЕРАТ

на тему:

«Модель атома Нильса Бора»

Содержание

Введение

Модель атома

Список литературы

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 перешёл 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.