Глава 12. Атомная физика

Упражнение 13. Краткие итоги главы 12

Упражнение 13

1. Определите скорость υ и ускорение а электрона на первой боровской орбите, радиус которой определяется формулой

где m и е — масса и заряд электрона;

2. Определите длину волны света, испускаемого атомом водорода при его переходе из стационарного состояния с энергией Е₄ = -0,85 эВ (k = 4) в состояние с энергией Е₂ = -3,4 эВ (n = 2).

Краткие итоги главы 12

1. Резерфорд, исследуя рассеяние α-частиц веществом, установил существование атомного ядра. Положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в атомном ядре, размер которого составляет 10^-12— 10^-13 см. (Это в 10—100 тысяч раз меньше размера атома.) Заряд атомного ядра равен порядковому номеру элемента в периодической системе элементов Д. И. Менделеева, умноженному на модуль заряда электрона. Ядром атома водорода является протон.

2. На основе своих опытов Резерфорд предложил планетарную модель атома. Электроны в этой модели обращаются вокруг ядра, подобно тому как планеты обращаются вокруг Солнца. Однако такой атом согласно законам классической физики не может быть устойчивым. Электроны должны излучать, теряя энергию, и падать на ядро. В действительности же все атомы устойчивы.

3. Выход из этих противоречий был найден Бором на пути дальнейшего развития квантовой теории. Основу теории Бора составляют два постулата.

Первый постулат Бора гласит: атомная система может находиться только в особых, стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Е_n; в стационарном состоянии атом не излучает.

Согласно второму постулату Бора излучение или поглощение света происходит при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. Энергия излученного или поглощенного фотона равна разности энергий стационарных состояний:

hv_kn = Е_k - Е_n.

При излучении фотона k > n, при поглощении k < n.

4. Теория Бора дала правильные значения для всех частот линейчатого спектра излучения водорода. Кроме того, она позволила теоретически вычислить радиус атома водорода.

Однако теория Бора не была логически последовательной. На ее основе не удалось разработать количественную теорию более сложных атомов (атома гелия и др.).

Введение квантовых представлений требовало радикального пересмотра механики и электродинамики, что и было осуществлено в 20-х гг. XX столетия. Была создана квантовая механика и квантовая электродинамика.

5. На основе квантовой теории излучения были построены квантовые генераторы радиоволн и квантовые генераторы видимого света — лазеры. Лазеры создают когерентное излучение очень большой мощности.

Излучение лазеров очень широко применяется в различных областях науки и техники.