2.1.2.2 Постулати Бора

Планетарна модель атомаРезерфорда, багато пояснила в будові атома, але одразу після її створення виникли труднощі: ядро заряджене позитивно, а електрони - негативно. Між ними існує кулонівська сила притягання. Для того, щоб електрони не впали на ядро, вони мусять рухатись навколо нього з доцентровим прискоренням. З теорії Максвела випливає, що якщозарядрухається з прискоренням, то при цьому має випромінюватись електромагнітна хвиля, а розрахунки показують, що за часcелектрон, рухаючись по спіралі, мусить припинити свій рух.

Дослідні ж дані показували, що за нормальних умов атом не випромінює енергію і існує як завгодно довго.

Щоб подолати цю суперечність, Нільс Бор запропонував у 1913 році свою модель, яка нині має назву "Атомна модель Бора".

Рис 5. Атомна модель Бора.

Борівська модель воднеподібного атома (Z - заряд ядра), де негативно заряджений електрон укладений в атомній оболонці, оточуючої мале, позитивно заряджене атомне ядро. Перехід електрона з орбіти на орбіту супроводжується випромінюванням або поглинанням кванта електромагнітної енергії (hν).

Він стверджував, що можливими є лише певно не дуже велика кількість станів, у яких можуть перебувати електрони. Відповідно, енергія, що вивільнюється чи поглинається, є лише результатом переходу електрона з одного стану в інший.

1. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія. У стаціонарному станіатоменергію не випромінює.

2. У стаціонарному стані атома електрон повинен мати дискретні (квантовані) значення моменту імпульсу. Радіуси орбіт електронів задовольняють умову:

,

де -масаелектрона,- зведена стала Планка.

3. Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів, енергію якихвизначають за формулою:

,

де і- цілі числа (номери стаціонарних станів), якщофотон зчастотоювипромінюється, якщо- поглинається. Поглинаючисвітло, атом переходить із стаціонарного стану з меншою енергією в стаціонарний стан з більшою енергією. Усі стаціонарні стани, крім одного, є умовно стаціонарними. Нескінченно довго кожен атом може знаходитись лише в стаціонарному стані з мінімальним запасом енергії. Цей стан атома називається основним, всі інші – збудженими.

2.1.2.3 Дослід Франка та Герца

Для перевірки теорії Бора необхідно довести, що атомам можна надавати тільки певну енергію і що вони після цього випромінюватимуть світло з частотою, яка однозначно зв'язана з поглинутою енергією співвідношенням ν = ΔE/h. Це здійснили Дж. Франк і Г. Герц в своїх класичних дослідах.

Дослід Франка — Герца — експеримент, поставлений у 1913–1914 роках з непружного розсіяння електронів на атомах. Експеримент підтвердив припущення моделі будови атома Нільса Бора.

У заповнену розрідженим газомтрубку були впаяні три електроди:катод,сіткайанод. До катода К і сітки C1 електровакуумної трубки, наповненої парами Hg (ртуті), прикладається різниця потенціалів V, що прискорює електрони, і знімається вольт-амперна характеристика. До сітки C2 і анода А прикладається уповільнююча різниця потенціалів. Прискорені в області I електрони зазнають зіткнення з атомами Hg в області II. Якщо енергія електронів після зіткнення достатня для подолання уповільнюючого потенціалу в області III, то вони потраплять на анод. Отже, показання гальванометра Г залежать від втрати електронами енергії при ударі.

Рис 6.Схема електровакуумної трубки, використаної в експерименті

У досліді спостерігався монотонне зростання струму I при збільшенні прискорюючої напруги аж до 4,9 В, тобто електрони з енергією Е <4,9 еВ відчували пружні зіткнення з атомами Hg, і внутрішня енергія атомів не змінювалася. При значенні U = 4,9 В (і кратних йому значеннях 9,8 В, 14,7 В) з'являлися різкі спади струму. Це певним чином вказувало на те, що при цих значеннях U зіткнення електронів з атомами носять непружний характер, тобто енергія електронів достатня для збудження атомів Hg. При кратних 4,9 еВ значеннях енергії електрони можуть відчувати непружні зіткнення кілька разів.