Резерфорд тəжірибесі

Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Мазмұны

Кіріспе

1. Д. Д. Томсон жəне Э. Резерфорд моделі

2. Резерфорд тəжірибесі 3. Резерфорд формуласы

Қорытынды

Пайдаланылған әдебиеттер тізімі:

Кіріспе:

Электронның тəжірибе жүзінде дəлелденуінен электрондық теория негізі құрылды. Ағылшынның физигі Д. Д. Томсон электрон массасын, ал Милликен оның зарядын анықтады. Электрондық теорияның одан əрі дамуы өте тиімді болды. Одан əрі атомның молекулалық құрылымының электрондық теориясы жасалды.

Д. Д. Томсон атом құрылымының моделін ұсынды. Оның ұсынысы бойынша атом оң зарядты біртұтас шар, оның ішкі жағында теріс зарядты электрон орналасқан. Электрон - оң зарядты шармен электр күші арқылы байланысып тұрады деп түсіндірді. Шын мəнінде бұл модель тəжірибе жүзінде зерттелмеген еді. Томсон электронның тыныштық массасын ғана анықтады. Негізінде, электрон массасы қозғалыс жылдамдығына байланысты өзгереді.

Резерфорд атомның осы оң зарядты бөлігін - атом ядросы деп атады. Осының негізінде 1911 жылы атомның ядролық (планетарлық) моделін Э. Резерфорд ұсынған болатын, яғни ядролық модель-альфа бөлшектердің металл қабыршықтарында шашырайтындықтарын жақсы түсіндіреді. Сондықтан да ядролық физика осы Резерфорд моделінен басталады деп есептеуге болады. Ядролық модель Күн жүйесіне ұқсас. Күн жүйесінде планеталарға күннің тарту күші (гравитациялық) əсер етеді, ал ядро нуклондарының арасында, кулондық немесе гравитациялық күштерден басқа ерекше белгілі қашықтыққа (2·10 ^-15 м) дейін əсер ететін ядролық күш болатынын түсіндіреді.

Резерфорд альфа бөлшектермен жасаған тəжірибелерін жалғастыра отырып, азот ядросынан жəне басқа да заттардан ыдырау кезінде, одан оң зарядты, массасы сутек атом ядросына тең бөлшек ұшып шығатынын анықтап, бұл сутек атом ядросына тең «протон» деп атады. Осы протонның ашылуы атом ядросының протон-электорндық моделін ұсынуға мүмкіндік берді.

1. Д. Д. Томсон жəне Э. Резерфорд моделі

XIX ғасырдың аяғына дейін атом заттың бөлінбейтін өзгермейтін бөлшегі деп саналып келді. XIX ғасырдың аяғы мен ХХ- ғасырдың бас кезіндегі ғылыми жаңалықтар (радиоактивтік құбылыс жəне рентген сəулелерінің ашылуы, электронның табылуы т. б. ) негізінен атомның күрделі бөлшек екендігін сипаттады. Сонымен атом құрамында электронның болатындығы белгілі болды. Электронның массасы m _e = 9. 1 · 10 ^-31 кг , ал заряды e = 1. 6·10 ^{- 19} Кл , болатын теріс зарядты элементар бөлшек. Бірақ қалыпты жағдайда атом заряды білінбейді, сондықтан да атом бейтарап бөлшек, оның оң зарядты бөлшектерінің шамасы электрондардың зарядына тең болуға тиіс, сонда ғана атом бейтарап бола алады.

ХХ ғасырдың бас кезінде атомның күрделі бөлшек екендігі анықталды, олай болса атомның оң жəне теріс зарядты бөлшектері болады. Осы оң зарядты иеленуші қандай бөлшек жəне электронның қозғалысының себебі неден, олардың орналасуы қалай болатындығы жəне атомның құрылысы қандай екендігі белгісіз болды.

ХХ ғасырдың бас кезінде осы атомның құрылысы жөнінде бірқатар көзқарастар (пікірлер) айтылып, атомның екі моделі ұсынылды:

1) Ағылшынның физигі Д. Д. Томсонның (1903 ж. ) болжауы бойынша, атом дегеніміз оң жəне теріс электронмен бірқалыпты зарядталған сфера, теріс зарядты электрондар осы сфераның ішкі жағына орналасқан. Сфера ішіндегі барлық электрондардың зарядының мөлшері, оның оң зарядына тең, сондықтан атом бейтарап. Электрон қозғалғанда оған квазисерпімді күш əсер етіп, ол гармониялық тербеліске келеді. Атомның бұл моделіне сүйеніп, тербелген атомдардың жарық шығаруын түсіндіруге болады, бірақ атом спектрінде болатын заңдылықтарды жəне басқа құбылыстарды түсіндіруге келмейді. Томсон моделі бойынша атом ішіндегі оң жəне теріс зарядтар туралы айтылған пікір тəжірибеге негізделмеген, сондықтан да бұл модель сəтсіз болды. Томсон ұсынысы бойынша оң-теріс бөлшектер электр күші арқылы байланысып тұрады.

Д. Д. Томсон моделінің негізгі кемшілігі атомдағы, оң жəне теріс зарядтарды араласып жатуында. Томсон моделін тамшылық модель дейміз .

Осы бірқалыпты зарядталған сфера ішінде заряд тығыздығы:

өріс кернеулігі мына формуламен анықталады:

E r e

E r e:

мұндағы, е - сфера заряды, R - сфера радиусы немесе атом радиусы. +

¹ ^e ² r kx r x ; 4 ₀ R ³ kr m ² r

1. 1-сурет

сонда атом радусы

1/ 3 _R ^e ² 2 _{(1. 1. 6)} ⁴ 0 ^m 0 0

осы формуладағы ω0 орнына сутегі атомының сызықтық жиілігін (ω=3·10 ¹⁵ Гц) қойып, атом радиусын тапсақ, 3·10 м болып шығады.

2) Екінші модель - Э. Резерфордтың планетарлық моделі. Радиоактивтік құбылыс ашылғаннан (1896 ж. ) кейін атом құрылысының күрделі екендігі анықталды.

1906 жылы Э. Резерфорд атом құрылысын зерттеу үшін іргелі тəжірибелер жасап, ол - бөлшегімен азот атомын атқылау нəтижесінде, ауыр - бөлшегінің шашырайтындығын байқады. Тəжірибелер нəтижесінде - бөлшектерінің көпшілігі заттан өткенде өзінің бастапқы бағытын сақтап, қалатындығы, ал аздаған бөлігі бағытын өзгертіп бастапқы қалпынан өте үлкен шамаға дейін ауытқитындығын анықтады. Резерфордпен оның шəкірттері Гейгер жə не Марсден -бөлшегінің іздерін фотопластинкаға түсіріп, ауытқу бұрыштарын анықтады. Ол үшін синтилляциялық əдісті қолданды. Осы əдіс бойынша металл фалгадан шашырап, бастапқы бағытынан ауытқыған - бөлшегінің саны, төрт дəрежеленген шашырау бұрышының жартысының синусына кері пропорционал болатындығын анықтады, яғни

Осыларды қорыта келіп Резерфорд мынадай қорытындыға келді:

1) түскен альфа бөлшектерінің саны, шашыраған альфа бөлшегінен көп үлкен болады;

2) кейбір альфа бөлшегі өте үлкен бұрышқа шашырайды жəне кері қарай шашырайтын бөлшектерде кездеседі;

3) шашырау бұрышы артқанда шашыраған бөлшектер саны кемиді.

2. Резерфорд тəжірибесі

Томсон моделіндегі қайшылықтарды атом қойнауын әйтеуір бір амалмен тікелей барлап қарау арқылы шешуге болатын еді. Міне осындай тәжірибені ағылшын физигі Э. Резерфорд (1871-1937) және оның шәкіртері Г. Гейгер, Э. Марсден жүргізді (1909-1910 ж. ж. ) . Тәжірибелер Томсон моделін келісімсіздігін көрсетті. Осы тәжірибелер нәтижелеріне сүйеніп Э. Резерфорд атомның жаңа ядролық моделін ұсынды (1911) . Атомның бұл моделінің шығуы α-бөлшектері көмегімен жүргізілген мынандай тәжірибелерге негізделген болатын.

α-бөлшектердің басым көпшілігі фольгадан негізінен бос кеңістіктен өткендей түзу сызықты жолынан ауытқымай өтетіндігі байқалған. Мәселен, қалыңдығы 4·10 ^-7 м алтын фольгадан өткенде α-бөлшектердің көпшілігі түзу сызықты жолдан 1° - 2° -тан аспайтын θ бұрыштарғы ауытқыған. Бастапқы қозғалыс бағытынан аутқыган α-бөлшектерге келсек, өте үлкен бұрыштарға кейде 180°-қа дейінгі бұрышқа аздаған ғана α-бөлшектер шашырайды. 8000 α-бөлшектің біреуі 180°-қа бұрылып, кері серпілегн. Резерфордтың пікірі бойынша бұл оң зарядталған α-бөлшектер кеңістіктің өте кішкентай аймағында шоғырланған ауыр оң зарядтың тебуіне душар болған жағдайда ғана мүмкін болады (1. 3 сурет) .

Резерфорд былай ұйғарды: атом өте кішкентай бірақ ауыр оң зарядталған ядродан (мұнда атом массасының 99, 9 % шоғырланған) және оны қайсыбір қашықтықта қоршаған электрондардан тұрады. Электрондар ядроны айналып қозғалуы тиіс болды (күнді айналатын планеталар сияқты) . Өйткені егер олар тыныштықта болса онда электрлік кулондық тарту әсерінен ядроға құлаған болар еді. Резерфордтың бағалауы бойынша ядро мөлшерінің реттік шамасы 10 ^-15 - 10 ^-11 м болуы тиіс. Атом құрылысының осындай моделі планетарлық немесе ядролық модель деп аталады.

Массасы m α-бөлшек нысаналық қашықтығы нөлге тең жағдайда ядроға тура ұшып келеді деп айталық. Энергияның сақталу заңы бойынша ядромен ең көп жақындағанда α-бөлшектің кинетикалық энергиясы бұлардың электростатикалық әсерлесуінің потенциалдық энергиясына ауысады да α-бөлшек қас-қағым сәтте тоқтайды.

(1. 1)
Мұндағы - ядродан алыстағы α-бөлшектің бастапқы жылдамдығы. Ra-C радиактивті атомдар шығаратын α-бөлшектер үшін = 1, 9·10 ⁷ м/с. Алтын ( z = 79) үшін (1. 1) формула арқылы d- ны анықтауға болады.

(1. 1)

3. Резерфорд формуласы

Осы түсініктерге сүйеніп Э. Резерфорд заттан өткен кездегі α-бөлшектердің шашырау теориясын жасады. Ол шашыраған α-бөлшектердің θ бұрышының мәндері бойынша үлестірілуін бейнелейтін формула қорытып шығарды.

4-суретте α-бөлшектің атом ядросының шашырауы көрсетілген.

Э. Резерфорд есептеуіне қарағанда α-бөлшек пен атом ядросы арасындағы кулондық электростатикалық тебу күші әсерінен α-бөлшек АСВ траекториясы бойынша қозғалады: ал бұл фокусында ядро орналасқан гипербола болады. Сонда α-бөлшектің θ шашырау бұрышының шамасы оның бастапқы жылдамдығына, М массасына, 2e зарядының мөлшеріне және α-бөлшектің ядроға ең жақын келетін р қашықтығына, ядроның Ze зарядының м өлшеріне тәуелді болады. Бұл тәуелділікті мына түрде жазылады:

(1. 3)

Бұл формулаға қарағанда неғұрлым р шамасы аз болса соғұрлым θ шашырау бұрышы үлкен болады. Ал р=0 болғанда, ол 180°-қа кетеді.

Бірақ (1. 3) формуланы тәжірибе жүзінде тексеру мүмкін емес, өйкені формулада белгісіз шама бар, ол өлшеуге келмейтін нысаналық қашықтық р . Бұл қиындықты жеке бөлшекті емес, α-бөлшек шоғының шашырауын қарастырып шешеуге болады.

А нүктесіне зат қабыршығын (фольганы) орналастырайық. Бұған уақыт бірлігінде N бөлшек түсіп тұр дейік. θ ₁ θ - dθ сфералық белдеуге шашырайтын dN бөлшек санын анықтайық (1. 5-сурет) . Осы сфералық белдеуге сәйкес денелік бұрыш мынаған тең:

(1. 4)
d (1. 5)