Модели атомов Резерфорда и Томсона
В 1911 году Резерфорд предложил планетарную модель атома, когда работал в лаборатории Дж. Томсона, проверяя достоверность его модели (рис. 1).
Рис. 1. Траектория частиц без золотой пластины
Внутрь свинцового цилиндра с узким отверстием был заложен радий. При помощи диафрагмы создавался узкий пучок -частиц, которые, пролетая через отверстие диафрагмы, попадали на экран, покрытый специальным составом, и наблюдалась сцинтилляционная вспышка. Все частицы, которые вылетали из цилиндра, попадали в одну точку. Когда на пути летящих -частиц была поставлена золотая пластина (рис.2), только небольшая часть 
-частиц начали отклоняться от первоначальной траектории.
Рис. 2. Траектория частиц в присутствии золотой пластины
Из фундаментальных опытов, которые провел Резерфорд, следовало, что в состав атома входит очень небольшая положительно заряженная частица, несущая почти всю массу атома (рис. 3). Это противоречило модели Томсона, в которой электроны были распределены в положительно заряженной массе (рис. 4).
Рис. 3. Модель атома Резерфорда
Рис. 4. Модель атома Томсона
Резерфорд решил, что в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого вращаются электроны (рис. 3). Но так как данная модель противоречила классической электродинамике, Резерфорд ее снял.
Противоречие заключалось в следующем: так как каждая ускоренно движущаяся частица излучает в пространство электромагнитные волны, при этом она теряет свою энергию. По этой логике, электрон, двигаясь ускоренно, теряет энергию и должен свалиться на ядро. Но атом является устойчивым образованием, и этого не происходит.
Модель атома Бора
Дальнейшее развитие физики взял на себя Нильс Бор. Он предложил свою модель атома в 1913 году.
Бор знал, что размер атома во много раз больше размера ядра:
1. Размер атома:
.
2. Размер ядра: 
.
Размер ядра в 100 000 раз меньше размера атома. Это и натолкнуло Бора назвать свою модель планетарной, поскольку соотношение между размером Солнца и Солнечной системы приблизительно такое же.
Также он знал, что энергия излучается отдельными квантами:
– формула Планка
– излучаемая энергия, Дж;
– частота излучения, Гц;
– скорость света (
);
– постоянная Планка (
);
– длина волы излучения, м.
Также были известны серии в спектре атома водорода:
, где 
– И. Бальмер, 1885 г.
, где 
– Т. Лайман, 1906 г.
, где 
– Ф. Пашен, 1908 г.
– коэффициент пропорциональности
В основу своей модели строения атома Нильс Бор положил два постулата.
1-й постулат: существуют стационарные орбиты, находясь на которых, электрон не излучает и не поглощает энергию.
2-й постулат: изучение энергии происходит при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую в виде кванта света (излучения).
Рис. 5. Излучение и поглощение фотона
Правило квантования орбиты
Чтобы согласовать свою теорию с экспериментальными фактами излучения атома водорода, Бор обнаружил, что момент импульса электрона на стационарной орбите всегда кратен квантовой постоянной Планка.
– масса электрона;
– скорость движения электрона по орбите;
– радиус атома;
– главное квантовое число;
– квантовая постоянная Планка.
Модель водородоподобного атома Бора
Бор составил систему уравнений, по которым видно, что данная модель является полуклассической. Электрон движется по круговой орбите вокруг положительно заряженного ядра. В центре атома находится положительно заряженное ядро с зарядом 
(где 
– порядковый номер элемента) (рис. 6).
Рис. 6. Водородоподобный атом
Теория Бора оказалась применима только к водородоподобному атому. Данная теория была проверена для однократно ионизированного гелия, т. е. гелия с одним электроном на орбите. На электрон действует сила электростатического взаимодействия с ядром, данная сила является центростремительной (рис. 7).
Рис. 7. Сила электростатического взаимодействия
Бор составил систему уравнений:
Данная система содержит две неизвестных. Первая из них – это радиус n-й орбиты (), вторая – скорость электрона на этой n-й орбите (). получается делением первого уравнения на второе:
Подставив во второе уравнение системы, можно получить выражение для :
– заряд ядра;
– номер орбиты;
– коэффициент пропорциональности из закона Кулона;
– элементарный электрический заряд;
– скорость электрона на первой орбите;
– радиус первой орбиты в атоме водорода;
В атоме водорода при 
:
Соответственно, диаметр первой орбиты равен: 
, где Å – ангстрем (единица измерения атомных размеров)
Список литературы
- Соколович Ю.А., Богданова Г.С. Физика: справочник с примерами решения задач. – 2-е издание, передел. – X.: Веста: издательство «Ранок», 2005. – 464 с.
- Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б. Чаругин В.М. Физика 11 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений. – 23-е изд. – М.: Просвещение, 2014. – 400 с.
Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет
- Интернет-портал «bibliotekar.ru» (Источник)
- Интернет-портал «eduspb.com» (Источник)
- Интернет-портал «eduspb.com» (Источник)
Домашнее задание
- В чем различие между моделями атомов Резерфорда и Бора?
- Определите радиус первой боровской орбиты и скорость электрона атома водорода на ней.
- Определите энергию связи ядра дейтерия
.
