Строение атома. Опыты Резерфорда

Гипотеза Планка о квантах. Фотоэффект . Фотон

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк высказал гипотезу: свет излучается и поглощается отдельными порциями — квантами (или фотонами).

Энергия каждого фотона определяется формулой

Е = hv,

где h — постоянная Планка, равная ,

v — частота света.

Гипотеза Планка объяснила многие явления: в частности, явление фотоэффекта, открытого в 1887 г. немецким ученым Генрихом Герцем и изученного экспериментально русским ученым А. Г. Столетовым.

Фотоэффект —вырывание электронов из вещества под действием света.

В результате исследований были установлены три закона фотоэффекта:
1. Сила тока насыщения прямо пропорциональна интенсивности светового излучения, падающего на поверхность тела.

2. Максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов линейно возрастает с частотой света и зависит от его интенсивности.

3. Для каждого вещества существует красная граница фотоэффекта, т.е. минимальная частота света (зависящая от химической природы вещества и состояния его поверхности), ниже которой фотоэффект невозможен.

(т.е. чтобы фотоэффект был, нужно чтобы частота падающего света ν была больше частоты красной границы для данного металла: ν > ν_{кр гран})

Теорию фотоэффекта создал немецкий ученый А. Эйнштейн в 1905 г. В основе теории Эйнштейна лежит понятие работы выхода электронов из металла и понятие о квантовом излучении света. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объяснение: поглощая квант света, электрон приобретает энергию. При вылете из металла энергия каждого электрона уменьшается на определенную величину, которую называют работой выхода (Авых).

Работа выхода — это работа, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из металла. Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид: . Это уравнение носит название уравнения Эйнштейна.

Приборы, в основе принципа действия которых лежит явление фотоэффекта, называют фотоэлементами.

Строение атома. Опыты Резерфорда

Первая попытка создания модели атома на основе накопленных экспериментальных данных (1903 г.) принадлежит Дж. Томсону. Он считал, что атом представляет собой электронейтральную систему шарообразной формы радиусом, примерно равным 10^–10 м. Положительный заряд атома равномерно распределен по всему объему шара, а отрицательно заряженные электроны находятся внутри него (рис. 6.1.1).

Однако эти попытки не увенчались успехом. Через несколько лет в опытах великого английского физика Э. Резерфорда было доказано, что модель Томсона неверна.

В 1909–1911 годах английский физик Э. Резерфорд и его сотрудники Х. Гейгер и Э. Марсден исследовали структуру атома с помощью a-частиц.

В установке, использованной Резерфордом пучок a-частиц бомбардировал лист тонкой металлической фольги. За фольгой был помещен полупрозрачный цилиндрический экран для наблюдения с помощью микроскопа.

В опытах Резерфорда a-частицы сталкиваются с атомами фольги, и при каждом таком столкновении a-частица, пролетая через электрическое поле атома, изменяет направление движения. очень малая доля a-частиц отклонялась на углы более 90°(см. рис. 33б), что было невозможно объяснить, пользуясь моделью Томсона, т.к. электрическое поле однородно заряженного шара недостаточно велико на его поверхности и убывает до нуля по мере приближения к центру шара.

Чтобы объяснить, почему некоторые a-частицы могут быть отброшены назад атомом, Резерфорд предложил принципиально новую модель атома, в которой весь положительный заряд атома и почти вся его масса сконцентрированы в теле очень малых размеров атомном ядре. Такую модель атома называют ядерной. Согласно оценкам Резерфорда диаметр атомных ядер должен составлять 10^-14 – 10^-15 м. Таким образом, размеры атома в 10⁴-10⁵ раз превышают размеры его ядра, а максимальная напряжённость электрического поля в ядерной модели атома превышает его напряжённость в модели Томсона в 10⁸-10¹⁰ раз, что и делает возможным рассеяние быстрых a-частиц на большие углы.

Атомное ядро – это тело малых размеров, в котором сконцентрированы почти вся масса и почти весь положительный заряд атома.

51 Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома.
физики Д. Д. Иваненко и В. Гейзенберг в 1932 г. выдвинули протонно-нейтронную модель атомного ядра. Согласно этой модели, ядро атома любого вещества состоит из протонов и нейтронов. (Общее название протонов и нейтронов — нуклоны.)

Число протонов равно заряду ядра Z и совпадает с номером элемента в таблице Менделеева. Сумма числа протонов и нейтронов равна массовому числу А.

Например, ядро атома кислорода состоит из

8 протонов и

16 - 8 = 8 нейтронов.

Ядро атома состоит из

92 протонов и

235 - 92 = 143 нейтронов.

Изотопы - химические вещества, ядра которых содержат одинаковое количество протонов, но разное количество нейтронов.

Энергия связи ядра– минимальная энергия, необходимая для того, чтобы разделить ядро на составляющие его нуклоны (протоны и нейтроны). Ядро – система связанных нуклонов, состоящая из Z протонов (масса протона в свободном состоянии m_p) и N нейтронов (масса нейтрона в свободном состоянии m_n). Для того, чтобы разделить ядро на составные нуклоны, нужно затратить определенную минимальную энергию Е_св , называемую энергией связи.