Question

1. Почему отрицательно заряженные частицы атома не оказывают заметного влияния на рассеяние α-частиц? 2. Почему α-частицы не могли бы рассеиваться на большие углы, если бы положительный заряд атома был распределен по всему его объему? 3. Почему планетарная модель атома не согласуется с законами классической физики?

Answer 1

Ответ:

1. Столкновение альфа-частицы с электроном в атоме, а также их кулоновское взаимодействие не могут вызывать существенное отклонение альфа-частицы, так как масса электрона в 8000 раз меньше массы альфа-частицы и движется она с очень большой скоростью. Около:

2*10^7 м/c

2. Если бы положительный заряд был равномерно распределен по атому, то напряженность электрического поля в атоме при равномерном распределении заряда увеличивалась бы от периферии атома и на положительную частицу, оказавшуюся в атоме, действовали бы слабые кулоновские силы. Кроме этого, масса ядра была бы распределена по атому и его плотность была бы невелика. Альфа-частица при это могла бы пройти сквозь атом, не испытывая большого сопротивления.

Альфа-частица может отклоняться на большие углы только в том случае, если заряд и масса сконцентрированы в очень малом объеме.

3. Согласно теории Максвелла, частицы, движущиеся с ускорением, излучают электромагнитные волны и в результате непрерывно теряют энергию. Поэтому электро, вращающийся вокруг ядра, за время, равное:

10^-8 c

как показали расчеты, должен упасть на ядро. Однако атомы в невобузденном состоянии энергию не излучают и существуют бесконечно долго.

Кроме этого, электрон, двигаясь вокруг ядра по орбите все меньшего радиуса, непрерывно излучает энергию, следовательно, спектр излучения атома должен быть непрерывным. Из опытов известно, что спектр излучения атома состоит из отдельных линий, разделенных темными полосами, другими словами, он является линейчатым спектром.

Answer 2

1. Отрицательно заряженные частицы атома (электроны) не оказывают заметного влияния на рассеяние α-частиц (ядро гелия), потому что масса электронов намного меньше массы α-частиц. Атом состоит в основном из нейтронов и протонов, которые находятся в ядре и обладают значительно большей массой, чем электроны, находящиеся на более удаленных энергетических уровнях. Из-за этой разницы в массе, электроны имеют меньшую инерцию и меньшую способность влиять на движение и направление движения α-частиц при их рассеянии.

2. Если бы положительный заряд атома был равномерно распределен по всему его объему, то в соответствии с законами классической электродинамики α-частицы могли бы рассеиваться на большие углы, так как были бы подвержены кулоновскому отталкиванию от положительного заряда атома. Однако опыт рассеяния α-частиц на тонких листах металлов (эксперимент Резерфорда) показал, что большинство α-частиц проходили через атомы с минимальным отклонением, что противоречило бы ожиданиям, если бы положительный заряд был равномерно распределен.

3. Планетарная модель атома, предложенная Эрнестом Резерфордом, была несовместима с законами классической физики из-за противоречия с электромагнитными законами. Согласно классической электродинамике, заряженные частицы, двигающиеся по изогнутой траектории, должны излучать энергию в виде электромагнитных волн. При таком излучении электроны, двигаясь по орбитам вокруг ядра, должны были бы потерять энергию, и их орбиты стали бы все более уменьшаться, что, в конечном счете, должно было бы привести к коллапсу атома. Это противоречило наблюдаемой стабильности атомов и их спектральным характеристикам.

Для объяснения структуры атома и его спектральных характеристик была разработана квантовая механика, которая представляет атом как систему дискретных энергетических уровней и описывает поведение электронов в атоме с помощью вероятностных функций, а не классических орбит. Это позволило успешно объяснить наблюдаемые свойства атомов и преодолеть противоречия, возникшие в планетарной модели.