Сопромат
Электротехника
Курсовая
Типовой
Фото
Энергетика
Геометрия
Физика

Лекции

Математика
Искусство
Контрольная

Курс

Примеры
Архитектура
На главную

Атомная и ядерная физика начало

Тема2. Планетарная модель атома. Постулаты Бора


Компьютерная модель атома бериллия.

Рассеяние a-частиц при прохождении через фольгу вызывается кулоновскими силами, т.е. электрическим взаимодействием частицы и заряда атома. Гравитационное взаимодействие в 10 33 раз меньше, поэтому фактически роли не играет.
Какие же заряды в атоме вызывают рассеяние
a-частиц? Электроны не могут этого сделать, так как их масса много меньше массы  частицы: ma=7350me.При взаимодействии с электронами быстро движущаяся частица не изменяет направление своего движения.
Причиной рассеяния
a-частицы является их взаимодействие с положительно заряженными частицами атома, занимающими очень малую область атома. Резерфорд назвал эту область ядром. В ядре сосредоточена почти вся масса атома и весь положительный заряд. Обобщив результаты опытов, Резерфорд предложил следующую модель строения атома: Новый этап развития электроэнергетики (так называемая «электрификация вглубь»), связанный с необходимостью обеспечения все возрастающего спроса на электроэнергию, потребовал дальнейшего развития магистральных и распределительных сетей и освоения новых, более высоких ступеней номинальных напряжений и был направлен на повышение надежности электроснабжения существующих и вновь присоединяемых потребителей. Это потребовало совершенствования схем электрических сетей, замены физически изношенного и морально устаревшего оборудования, строительных конструкций и сооружений.

1. в центре атома - положительно заряженное ядро:

 

заряд ядра q = Z·e, где Z-порядковый номер элемента в таблице Менделеева, e =1.6·10-19 Кл - элементарный заряд;

 

размер ядра 10-13 см;

 

масса ядра фактически равна массе атома.

2. электроны движутся вокруг ядра по круговым и эллиптическим орбитам, как планеты вокруг Солнца:

 

электроны удерживаются на орбите кулоновской силой притяжения к ядру, создающей центростремительное ускорение.

 

число электронов в атоме равно Z ( порядковый номер элемента)

 

электроны движутся с большой скоростью, образуя электронную оболочку атома.

Модель атома, предложенная Резерфордом, называется планетарной.

Квантовые постулаты Бора

 

 Планетарная модель атома является внутренне противоречивой. Движущийся с ускорением заряд излучает электромагнитную волну. При этом энергия атома уменьшается: электрон должен упасть на ядро, а атом прекратить свое существование. 
На самом деле атомы химических элементов представляют собой устойчивые структуры, существующие десятки тысяч лет без изменения. Поэтому модель атома Резерфорда была дополнена рядом положений, автором которых является датский физик Бор.

В 1913 году Бор показал, что несовпадение с экспериментом выводов, основанных на модели Резерфорда, возникла потому, что поведение микрочастиц нельзя описывать теми же законами, что и макроскопических тел.
Бор предположил, что величины характеризующие микромир, должны квантоваться, т.е. они могут принимать только определенные дискретные значения.
Законы микромира - квантовые законы! Эти законы в начале 20 столетия еще не были установлены наукой. Бор сформулировал их в виде трех постулатов. дополняющих ( и "спасающих") атом Резерфорда.

Первый постулат: 
Атомы имеют ряд стационарных состояний соответствующих определенным значениям энергий: Е1, Е2...En. Находясь в стационарном состоянии, атом энергии не излучает, несмотря на движение электронов.

Второй постулат:
В стационарном состоянии атома электроны движутся по стационарным орбитам, для которых выполняется квантовое соотношение: 
                                              m·V·r = n·h/2·
p (1)
где m·V·r =L - момент импульса, n=1,2,3..., h-постоянная Планка.

Третий постулат:
Излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе его из одного стационарного состояния в другое. При этом излучается или поглощается порция энергии (квант), равная разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход:                                                
= h·= Em-En (2)

 

 

Рис. 1.

Схемы перехода атома:

1.из основного стационарного состояния в возбужденное,

2.из возбужденного стационарного состояния в основное.

 

 

Рис. 2.

Постулаты Бора  противоречат законам классической физики. Они выражают характерную особенность микромира - квантовый характер происходящих там явлений. Выводы, основанные на постулатах Бора, хорошо согласуются с экспериментом. Например, объясняют закономерности в спектре атома водорода, происхождение характеристических спектров рентгеновских лучей и т.д. На рис. 3 показана часть энергетической диаграммы стационарных состояний атома водорода.

Рис. 3.

Стрелками показаны переходы атома, приводящие к излучению энергии. Видно, что спектральные линии объединяются в серии, различающиеся тем, на какой уровень с других (более высоких) происходит переход атома.

№ 2.4.

Телом массой m = 60 кг в течение t = 6 ч была поглощена энергия Е = 1 Дж. Найдите поглощенную дозу и мощность поглощенной дозы в единицах СИ и во внесистемных единицах.

Решение

Поглощенная доза определяется выражением

Мощность поглощенной дозы запишется как

№  2.5.

В m = 10 г ткани поглощается 109 альфа-частиц с энергией около Е = 5 МэВ. Найдите поглощенную и эквивалентную дозы. Коэффициент качества k для альфа-частиц равен 20.

Решение

Поглощенная доза определяется выражением

Для определения эквивалентной дозы воспользуемся выражением

 

№ 2.6.

Радиационный фон в некотором городе составляет 30 мкР/ч. Определите поглощенную и экспозиционную дозы, полученные жителями этого города в течение года.

Решение

Экспозиционная доза определяется выражением X = 30·10-6·365·24 = 0,262 Р. Поглощенная D и экспозиционная X дозы связаны выражением , где f – переходный коэффициент, равный 1 для мягких тканей человека, поэтому D = 0,262 рад.

№ 2.7.

Мощность экспозиционной дозы гамма-излучения на расстоянии r1 = 1 м от источника составляет 0,1 Р/мин. Рабочий находится t = 6 ч в день на расстоянии r2 = 10 м от источника. Какую эквивалентную дозу облучения он получает за один рабочий день?

Решение

   ,

где Н – эквивалентная доза

    

Справочник