Upptäckter inom området atomstruktur har blivit ett viktigt steg i utvecklingen av fysiken. Rutherfords modell var av stor betydelse. Atomen som system och partiklarna som den utgör har studerats mer noggrant och i detalj. Detta ledde till en framgångsrik utveckling av en sådan vetenskap som kärnfysik.
Gamla idéer om materiens struktur
Antagandet att de omgivande kropparna är sammansatta av de minsta partiklarna gjordes i antiken. Den tidens tänkare representerade atomen som den minsta och odelbara partikeln av något ämne. De hävdade att det inte finns något i universum som är mindre än en atom. Sådana åsikter hölls av de stora antika grekiska forskarna och filosoferna - Demokritos, Lucretius, Epikuros. Dessa tänkares hypoteser förenas idag under namnet "uråldrig atomism".
Medeltida föreställningar
Forntidens tider har passerat, och på medeltiden fanns det även vetenskapsmän som gjorde olika antaganden om ämnens struktur. Men de religiösa filosofiska åskådningarnas dominans och kyrkans makt under den perioden av historien är rotenundertryckt alla försök och strävanden från det mänskliga sinnet till materialistiska vetenskapliga slutsatser och upptäckter. Som ni vet uppträdde den medeltida inkvisitionen mycket ovänligt med företrädare för den tidens vetenskapliga värld. Det återstår att säga att de då ljusa sinnena hade en idé som kom från antiken om atomens odelbarhet.
18-1800-talsstudier
1700-talet präglades av allvarliga upptäckter inom materiens elementära struktur. Till stor del tack vare ansträngningarna från sådana forskare som Antoine Lavoisier, Mikhail Lomonosov och John D alton. Oberoende av varandra kunde de bevisa att atomer verkligen existerar. Men frågan om deras interna struktur förblev öppen. Slutet av 1700-talet präglades av en så betydande händelse i den vetenskapliga världen som upptäckten av det periodiska systemet av kemiska element av D. I. Mendeleev. Detta var ett verkligt kraftfullt genombrott för den tiden och lyfte slöjan över förståelsen att alla atomer har en enda natur, att de är relaterade till varandra. Senare, på 1800-talet, var ett annat viktigt steg mot att reda ut atomens struktur beviset på att någon av dem innehåller en elektron. Forskarnas arbete under denna period beredde grogrund för 1900-talets upptäckter.
Thomsons experiment
Engelske fysikern John Thomson bevisade 1897 att atomer innehåller elektroner med negativ laddning. I detta skede förstördes slutligen de falska idéerna om att atomen är gränsen för delbarheten av något ämne. På vilket sättThomson kunde bevisa existensen av elektroner? I sina experiment placerade forskaren elektroder i mycket förtärnade gaser och skickade en elektrisk ström. Resultatet blev katodstrålar. Thomson studerade noggrant deras egenskaper och fann att de är en ström av laddade partiklar som rör sig i hög hastighet. Forskaren kunde beräkna massan av dessa partiklar och deras laddning. Han fick också reda på att de inte kan omvandlas till neutrala partiklar, eftersom den elektriska laddningen är grunden för deras natur. Det var så elektroner upptäcktes. Thomson är också skaparen av världens första modell av atomens struktur. Enligt den är en atom ett gäng positivt laddad materia, där negativt laddade elektroner är jämnt fördelade. Denna struktur förklarar atomernas allmänna neutralitet, eftersom motsatta laddningar balanserar varandra. John Thomsons experiment blev ovärderliga för vidare studier av atomens struktur. Men många frågor förblev obesvarade.
Rutherford Research
Thomson upptäckte förekomsten av elektroner, men han lyckades inte hitta positivt laddade partiklar i atomen. Ernest Rutherford rättade till detta missförstånd 1911. Under experiment, där han studerade aktiviteten av alfapartiklar i gaser, upptäckte han att det finns positivt laddade partiklar i atomen. Rutherford såg att när strålar passerar genom en gas eller genom en tunn metallplatta, avviker ett litet antal partiklar kraftigt från rörelsebanan. De kastades bokstavligen tillbaka. Forskaren gissade detdetta beteende förklaras av kollisionen med positivt laddade partiklar. Sådana experiment gjorde det möjligt för fysikern att skapa Rutherfords modell av atomens struktur.
Planetmodell
Nu skilde sig forskarens idéer något från antagandena som John Thomson gjorde. Deras modeller av atomer blev också annorlunda. Rutherfords erfarenhet gjorde det möjligt för honom att skapa en helt ny teori på detta område. Forskarens upptäckter var av avgörande betydelse för fysikens vidare utveckling. Rutherfords modell beskriver en atom som en kärna som ligger i mitten och elektroner som rör sig runt den. Kärnan har en positiv laddning, och elektronerna har en negativ laddning. Rutherfords modell av atomen antog rotationen av elektroner runt kärnan längs vissa banor - banor. Upptäckten av forskaren hjälpte till att förklara orsaken till avvikelsen av alfapartiklar och blev drivkraften för utvecklingen av atomens kärnteorin. I Rutherfords modell av atomen finns en analogi med rörelsen av solsystemets planeter runt solen. Detta är en mycket exakt och levande jämförelse. Därför kallades Rutherford-modellen, där atomen rör sig runt kärnan i en bana, planetarisk.
Works by Niels Bohr
Två år senare försökte den danske fysikern Niels Bohr kombinera idéer om atomens struktur med ljusflödets kvantegenskaper. Rutherfords kärnmodell av atomen sattes av vetenskapsmannen som grunden för hans nya teori. Enligt Bohr kretsar atomer runt kärnan i cirkulära banor. En sådan rörelsebana leder till accelerationelektroner. Dessutom åtföljs Coulomb-interaktionen mellan dessa partiklar och atomens centrum av skapandet och förbrukningen av energi för att upprätthålla det rumsliga elektromagnetiska fältet som uppstår från elektronernas rörelse. Under sådana förhållanden måste negativt laddade partiklar någon gång falla ner på kärnan. Men detta händer inte, vilket indikerar den större stabiliteten hos atomer som system. Niels Bohr insåg att lagarna för klassisk termodynamik som beskrivs av Maxwells ekvationer inte fungerar under intraatomiska förhållanden. Därför satte sig vetenskapsmannen i uppgift att härleda nya mönster som skulle vara giltiga i elementarpartiklarnas värld.
Bohrs postulat
Till stor del på grund av att Rutherfords modell existerade, atomen och dess komponenter var väl studerade, kunde Niels Bohr närma sig skapandet av sina postulat. Den första av dem säger att atomen har stationära tillstånd, där den inte ändrar sin energi, medan elektronerna rör sig i banor utan att ändra sin bana. Enligt det andra postulatet, när en elektron rör sig från en bana till en annan, frigörs eller absorberas energi. Det är lika med skillnaden mellan energierna i atomens föregående och efterföljande tillstånd. I det här fallet, om elektronen hoppar till en bana närmare kärnan, emitteras energi (foton) och vice versa. Trots det faktum att elektronernas rörelse påminner lite om en omloppsbana som ligger strikt i en cirkel, gav Bohrs upptäckt en utmärkt förklaring till förekomsten av en regleradspektrum av väteatomen. Ungefär samtidigt bekräftade fysikerna Hertz och Frank, som bodde i Tyskland, Niels Bohrs läror om existensen av stationära, stabila tillstånd hos atomen och möjligheten att ändra atomenergins värden.
Samarbete mellan två forskare
Förresten, Rutherford kunde inte fastställa kärnans laddning på länge. Forskarna Marsden och Geiger försökte kontrollera Ernest Rutherfords uttalanden och, som ett resultat av detaljerade och noggranna experiment och beräkningar, kom de till slutsatsen att det är kärnan som är den viktigaste egenskapen hos atomen och hela dess laddning är koncentrerad i den. Senare bevisades det att värdet på kärnans laddning är numeriskt lika med ordningsnumret för elementet i det periodiska systemet av element av D. I. Mendeleev. Intressant nog träffade Niels Bohr snart Rutherford och höll helt med om hans åsikter. Därefter arbetade forskare tillsammans under lång tid i samma laboratorium. Rutherfords modell, atomen som ett system bestående av elementärt laddade partiklar - allt detta ansåg Niels Bohr vara rättvist och för alltid lagt undan sin elektroniska modell. Forskarnas gemensamma vetenskapliga verksamhet var mycket framgångsrik och bar frukt. Var och en av dem grävde i studien av egenskaperna hos elementarpartiklar och gjorde betydande upptäckter för vetenskapen. Rutherford upptäckte och bevisade senare möjligheten till kärnkraftsnedbrytning, men detta är ett ämne för en annan artikel.
