Опыты Резерфорда по рассеянию альфа-частиц И ЯДЕРНАЯ МОДЕЛЬ АТОМА.

Классические опыты по изучению строения атома были проведены сэром Эрне́стом Ре́зерфордом в 1911 г. Резерфорд ставил опыты по исследованию рассеяния альфа-частиц тонкими листочками металлической фольги. Воздействие на атомы осуществлялось путем бомбардировки их пучком массивных частиц. Схема опыта приведена на рис. 1.

Тонкая золотая фольга Ф (толщина фольги составляла величину порядка 10^-7 м, на ней размещалось около 400 атомов) помещалась внутри сферического экрана Э. Через отверстие в экране на пластину перпендикулярно падал пучок быстрых альфа-частиц, испускаемых радиоактивным препаратом, содержащимся в свинцовом контейнере Р. Альфа-частицы – это полностью ионизированный атом гелия с массой, равной 4,0015 а.е.м.[1] и зарядом, равным + 2е

(е – величина элементарного электрического заряда). Скорость альфа-частицы составляла величину порядка 10⁷ м/c, энергия 4,05 Мэв. При малой толщине фольги столкновения альфа-частиц является практически однократным, т.е. каждая частица сталкивается только с одним атомом, изменяя при этом направление своего полёта.

Внутренние стенки экрана были покрыты люминофором – веществом, в котором возникали вспышки в месте попадания альфа-частиц. Это позволяло регистрировать альфа-частицы устройством М, рассеиваемые атомами на различные углы θ от первоначального направления. Опыты по рассеянию альфа-частиц позволили установить следующие закономерности.

1. Подавляющее большинство альфа-частиц проходит сквозь фольгу практически свободно: они не отклоняются и не теряют энергию.

2. Лишь небольшая доля частиц (≈ 0,01 %, то есть одна десятитысячная) поворачивала назад, то есть изменяла направление движения на угол, больше 90 градусов.

Результаты опытов Резерфорда можно объяснить, исходя из предположения о том, что весь положительный заряд и почти вся масса атома сосредоточены в небольшой области атома – ядре, размеры которого порядка 10^-14 м. Отрицательно заряженные электроны движутся вокруг ядра в огромной (по сравнению с ядром) области, размеры которой порядка 10^-10 м.

Это предположение лежит в основе ядерной модели атома, которую также называют планетарной. Число электронов в атоме равно атомному номеру элемента в периодической системе Менделеева. Кроме того, было показано, что силы, связывающие электроны с ядром, подчинены закону Кулона.

Однако ядерная модель противоречит законам классической электродинамики. На самом деле, если электрон в атоме покоится, он должен упасть на ядро под действием кулоновской силы притяжения. Если электрон вращается вокруг ядра, он должен излучать электромагнитное поле. При этом он теряет свою энергию на излучение, скорость движения уменьшается, и электрон, в конце концов, должен упасть на ядро. Спектры излучения атомов в этом случае должны быть непрерывными, а время жизни атома не должно превышать 10^-7 с. На самом деле атомы стабильны, а спектры излучения атомов дискретны.

Поиск по сайту: