Бор теориясының триумфы

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 13 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе
2
1.1
Нильс Бордың постулаттары
3
1.2
Нильс Бор постулаттарының тәжірибелік дәлелі
4
1.3
Нильс Бордың теориясы бойынша сутегі атомының құрылысы

5
2.1
Бор теориясының триумфы

9
2.2
Бор теориясының сәйкессіздігі
11

Қорытынды
13

Әдебиеттер тізімі
14

Кіріспе
Атом туралы ілім ерте заманнан-ақ болатын. Гректің атақты философтары Левкипп (б.д.д. 500 жыл бұрын), Анаксагер (б.д.д. 500-428жж.), Эмпедокл (б.д.д. 492-432 жж.), Демокрит (б.д.д. 460-370 жж.), Эпикур (б.д.д. 341-270 жж.) дененің атомдық құрылысын дамытты.
Ерте ғасырда материя туралы екі түрлі ойлар пайда болды: біріншісі материяның бөлінбейтіндігі, ал екіншісі материяның бөлінетіндігі. Ғалымдар арасындағы бұл қарама-қайшы ойлар көптеген ғасырға созылды.Сонымен , көптеген жылдар өткеннен кейін ғылымдағы теріс ойлардан кейін, физиканың ғылымы қайта дами бастады. Физиканың көптеген қиындықтарды өткеріп, диалектиканың табиғи түсінігінің негізіне сүйене отырып, осы қиындықтарды жеңді. Сонда, материя үздіксіз тұтас және бөлінетін атомдар болып келеді.
Нильс Бор Копенгагенде физиология профессорларының жоғары білімді отбасында дүниеге келген. Копенгаген университетінде металдардың электронды теориясы бойынша докторлық диссертациясын қорғағаннан кейін Нильс Бор 1911 жылдың күзінде Кембриджге тағылымда өтуге кетіп, әйгілі Кавендиш зертханасында жұмыс істеуге кетті, онда Томсон мың сегіз жүз тоқсан жеті жылы электронды ашты. 1906 жылы Дж . Дж.Томсон газдардың электр өткізгіштігін теориялық және эксперименттік зерттеулері үшін Нобель сыйлығын алды. Бор зертханаға келген кезде Томсон атомның моделін және оны қолдануды жетілдірумен айналысты және Нильс Бордың жұмысына мүлдем қызығушылық танытпады. Бор көп ұзамай Эрнест Резерфордты көрді, ол Дж . Дж.Томсон және одан тағылымдамадан өтуін өтінді. 1912 жылдың көктемінде Бор Манчестерге көшті, онда Резерфорд Виктория университетінде кафедра мен зертхананы жүргізді. Осылайша тағдыр оларды біріктірді, ол Бор үшін Резерфорттың атом моделінің құтқарушысының тағдырын дайындады. Бордың атомдар құрылымының кванттық теориясының дамуындағы орталық тұлға және 1925-1927 жылдары құрылған кванттық механиканың Копенгаген түсіндірмесінің идеологы болды. Оның ядролық физика саласындағы еңбектері де белгілі.

1.1 Нильс Бордың постулаттары

Атомның құрылысы жайындағы Резерфорд теориясының да елеулі кемшілігі болды. Егер атом құрылысын классикалық электродинамика тұрғысынан қарастырсақ, онда атомның ядролық моделі орнықты емес. Өйткені электрон ядроны айнала үдей қозғалғанда, электромагниттік теория бойынша жарық толқындарын шығарып, оның энергиясы кемуге тиісті. Онда ядромен электрон арасы жақындай түседі де айналу периоды үздіксіз кеміп, айналым (дөңгелектік) жиілігі арта түседі және шығарған жарықтың жиілігі де біртіндеп өзгеріп отыруға тиіс. Сонымен аз уақыт ішінде 10-8 c электрон, ядро үстіне құлап түскен болар еді. Шынына келсе бұл қорытынды дұрыс емес болып танылады. Егер бұл модель дұрыс болса, онда сутегінің спектрі үздіксіз тұтас болар еді. Тәжірибеге қарағанда атом орнықты жүйе, сиретілген газ атомының спектрі дара сызықтардан тұрады. Классикалық механика тұрғысынан атомда мүмкін болатын шексіз көп электрон орбиталары ішінен белгілі кванттық шартттарды
mϑr=nh2PI - ді қанағаттандыратын тек кейбір дискретті орбиталар болады. Электрон осы стационарлық орбиталардың біреуінің бойымен үдей қозғалғанмен электромагниттік толқын жарық шығармайды. Олай болса атомның ішкі процесіне классикалық электродинамика заңдарын қолдануға болмайтындығы көрінеді.
Pезерфорд теориясынның осындай қиындықтан шығарған Даниялық атақты ғалым Нильс Бор болды. Ол Планктың кванттық теориясына сүйене отырып, өзінің атом құрылысы жөнінде жаңа теория ойлап шығарып мынадай екі постулат ұсынды:
1) электрон ядроны айнала қозғалғанда, ол кез-келген орбитабойымен қозғалмай ақ , тек белгілі бір стационар орбита бойымен ғана қозғалады.Стационар орбита бойымен қозғалған электрон ешқандай жарық жұтпайды және шығармайды. Осындай орбиталарға сәйкес атомның стационар күйдегі энергиясының дискрет мәндері (Е1, Е2 ... .) болады. Стационар орбитадағы электронның импульс моменті мынадай формуламен өрнектеледі:

(1)
мұндағы, ϑn - жылдамдық, h - Планк тұрақтысы, rn - орбита радуссы, m - электрон массасы.
2) Электрон бір стационар күйден екінші стационар күйге көшкендe ғана жарық шығарады әйтпесе жарық жұтады, сонда осы күйлердегі атом энергиясының айырмасы монохромат жарық кванты түрінде шығарылады немесе жұтылады.
Егер жоғарғы стационар күйдегі электрон энергиясы - Еn, төменгі күйдегі энергиясы -Еm, болса, онда электрон жоғарғы күйден төменгі күйге көшкенде бір квант жарық шығарады
Еn

Em

жұтады
(2)

ал төменгі күйден жоғарғы күйге көшу үшін жарық квантын жұтады.

1.2 Бор постулаттарының тәжірибелік дәлелі

Атомдағы дискретті күйлердің болуын 1914 жылы Джеймс Фрэнк ( Дж. Франк , 1882-1964) және Густав Герц ( Г. Герц , 1887-1975) . Бастапқыда Франк пен Герц Бор теориясын әлі білмей, белгілі бір атомдардың, атап айтқанда, сынап атомдарының иондану потенциалдарын өлшеу міндетін қойды. Көптеген жылдар өткен соң, Фрэнк мойындады: Сол кезде физиктер атомның моделін сол кездегі білім деңгейінде құру әрекеттеріне ашық сенімсіздік болғандықтан, атомға арналған жұмысты мұқият оқып шығуға аз адамдар қиналады. Әсіресе, Густав Герц екеуміз Бор жұмысының орасан зор маңызын түсіне алмағанымызды айта кеткен жөн. Франк және Герц тәжірибелерінің нәтижелерін талқылау (1-сур) олар іс жүзінде иондану потенциалын емес, сынап атомдарының қозу потенциалын өлшейтінін түсінуге әкелді.

сурет. 1. Франк пен Герц тәжірибесінің нәтижесі
Бор Франк пен Герцтің тәжірибелерін қанағаттанушылықпен қабылдады. Ол былай деп жазды: Бұл тәжірибелердің нәтижелері электронмен соқтығысқан кезде атомның еркін энергия мөлшерін ала алмайтынын, тек атомды қалыпты күйден келесі күйге көшіруге қажетті энергияға дәл сәйкес келетін энергия мөлшерін ғана ала алатынын көрсетті. басқа стационарлық күйлер; соңғысының бар екендігі туралы біз спектрлер туралы мәліметтерден білеміз, өйткені бұл күйлердің энергиясы спектрлік мүшелердің шамасымен тығыз байланысты.

1.3 Нильс Бордың теориясы бойынша сутегі атомының құрылысы

Сутегі атомы жайындағы Нильс.Бор теориясы атомның ядролық моделіне негізделген. Нильс Бор теориясы бойынша сутегі атомы бір элементар оң зарядтан және оны айнала қозғалған бір электроннан тұрады. Сутегі атомының ядросының массасы электрон массасынан 1836 есе артық, яғни ядроны шексіз ауыр деп санауға болады.
Сонымен электрон ядроны айнала қозғалады, ал ядро айналмайды деп жорып, электрон қозғалысын қарастырайық.
Егер ядроның заряды , электрон заряды (-е), олардың арақашықтығы - r болса, онда Кулон заңы бойынша олардың өзара тартылыс күші:

(3)

мұнда Ф м - вакууумдағы электрлік тұрақты .
Электрон ядроны айнала қозғалса, онда оған центрге тепкіш күш әсер етеді.

(3)

мұндағы және r электронның массасы, жылдамдығы және электронн қозғалған дөңгелек орбитаның радиусы, (-) таңбасы күштің центрге бағытталғанын көрсетеді.
Динамиканың тепе -теңдік шарты бойынша, атом орнықты болуы үшін, осы екі күш бір-біріне тең болууы керек ;

бұдан (4)

немесе Бор постулатындағы (1) теңдік бойынша тұрақты мәнге теңестірсек

(5)
бұдан

(6)

Бұл формула n-орбитадағы электрондардың жылдамдығын көрсетеді.
Электронның импульс моментіне жылдамдықтың мәнін қойса , онда n-ші орбитаның радиусын табуға болады.
бұдан (7)

Соңғы (6) және (7) формулалардан электрон жылдамдығы орбитаның реттік нөміріне кері пропорционал, ал радиусы орбитаның реттік нөмірінің квадратына тура пропорционал екендігін байқаймыз.
Сутегі атомы үшін Z=1, n=1, онда
(8)
ал
(9)

мұндағы, rБ-Бор орбитасының радиусы деп аталады. Соңғы (8) және (9) екі теңдікке сан мәндерін қойсақ, онда , ал болып шығады. Енді электронның стационар орбитадағы толық энергиясын анықтайық:

Е=Ек+Ер (10)

- жылдамдық мәнін қойсақ онда,
(11)

Ep=-mZ2e44ε02n2h2 (12)

E=-mZ2e48ε02n2h2-mZ2e44ε02n2h2=-mZ2 e48ε02n2h2 (13)

Бұл энергияны r - радиусы арқылы жазсақ:
(14)

ал (15)

онда, (16)

(16) формула атом ядросы қозғалмайды деп қарастырғанға сәйкес келеді.
(13) формуланы сутегі үшін қолданып, (n=1; Z=1) сан мәндерін қойсақ, онда толық энергия

Еn3
Еn2
Еn1
Еm

2-сурет

Олай болса, стационар орбитада электронның толық энергиясы, атомның энергетикалық деңгейі деп аталды (1-сур).
Біз жоғарыда есепті жеңілдету үшін ядро қозғалмайды, оны айнала шеңбер бойымен электрон қозғалады деп есептедік. Шын мәнінде ядрода, электронда ортақ масса центрін айнала қозғалады. Нақтырақ айтсақ ядроның қозғалысы да есепке алынуы керек. Бұл орайда жоғарыда келтірілген формулалардағы электрон массасының орнына келтірілген масса деп аталатын шамасы алынады,онда, ол былай анықталады:
(17)

мұндағы М - ядроның массасы, ал m - электрон массасы. (13) теңдік бойынша стационар күйдегі электронн энергиясы сонда былай өрнектеледі:

(18)

Бұл (18) формула (13) мен (16) формулаларға қарағанда энергияны нақтырақ анықтайды.
Стационар күйдегі электрон энергиясы теріс шама, сондықтан да диаграммамен кескіндегенде электрон энергиясы төменнен жоғары қарай артады. Егер негізгі күйдегі сутегі атомына сырттан 13,53 эв немесе бұдан артық энергия берілсе, онда электрон атомнан бөлініп кетеді, сутегі атомы иондалады. Онда, сутегі атомының иондалу энергиясы 13,53 эв-қа тең, ал иондалу потенциалы 13,53 эв болады. Егер негізгі күйдегі сутегі атомына 13,53 эв тан кем энергия берілсе, онда электрон жоғарғы энергия деңгейлерінің біріне көшеді. Мысалы 10,2 эв берілсе, ол бас кванттық саны n=2 деңгейіне көшеді, ал 10,2 эв энергия, осы деңгейді қоздыру энергиясы болып табылады.
Егер сутегі атомының жоғарғы стационар күйдегі энергиясы Е2, төменгі стационар күйдегі энергиясы Е1 болса, онда атом бастапқы күйден соңғы күйге көшкенде монохраматты жарық квантын шығарады, оның тербеліс жиілігі:

(19)
(18) формуладағы энергия мәндерін (19) формулаға салсақ, онда

(20)
ал толқындық сан
(21)
немесе v,=R1n12-1n22
бұл формуладағы, R=109678 см-1 Ридберг тұрақтысына тең болады, сонда (21) формуласы кез келген химиялық элемент үшін мынадай түрге келеді:

RH=μe48ε02h2c=me48ε02h2c1(1+mM) ; m≪M ;
онда
ν'=Z2RH1n12-1n22

2.1 Бор теориясының триумфы

Бор теориясын сол кездегі көрнекті физиктер - Эйнштейн, Лоренц, Планк, Резерфорд, Джинс, Зоммерфельдтер бірден жоғары бағалады, теорияны дамытуға белсене араласты. Өзінің бірінші үлкен (60 беттен астам) жоғарыда аталған мақаласында Бор атомдар мен молекулалардың құрылымына қатысты сол кездегі барлық эксперименттік фактілерді талдады, ал ол сипаттаудың математикалық дұрыстығына емес, бағалаулар мен бағалауларға аса мән бермеді. құбылыстарды сапалы түсіну. Бұл туралы көп жылдардан кейін Гейзенберг ( В. Гейзенберг , 1901-1976) өзінің Кванттық теория және оның интерпретациясы атты мақаласында былай деп жазды: Математикалық айқындық өз алдына Бор үшін ешқандай ерекше құндылықты білдірмеді.Ол формальды математикалық құрылым жасырады деп қорықты. мәселенің физикалық мәнін түсінді және толық физикалық сипаттама сөзсіз математикалық тұжырымнан бұрын болуы керек екеніне сенімді болды.
Бор теориясының негізділігінің сенімді дәлелі оның 1896 жылы астроном Пикеринг (Э. Пикеринг , 1846-1919) Пуппис жұлдызының спектрінде ашқан спектрлік қатарды түсіндіруі болды . Бұл серия - Пикеринг сериясы - Балмер сериясын өте еске түсірді . Бұл жұлдыздарда ерекше ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.