Главная    Почта    Новости    Каталог    Одноклассники    Погода    Работа    Игры     Рефераты     Карты
  
по Казнету new!
по каталогу
в рефератах

Опыты Резерфорда

мог  быть  только  в  одном  случае:  если  (-частица,  проникнув  в   атом,
натыкалась  на  какую-нибудь  массивную  преграду,  имеющуюся   в   нем,   и
отбрасывалась, получив при столкновении мощный удар.
      На  основании  этих   исследований   Резерфорд   предположил   ядерную
(планетарную) модель атома.  Согласно  этой  модели,  вокруг  положительного
ядра,  имеющего  заряд  ze  (z  –  порядковый  номер  элемента   в   системе
Менделеева, e – элементарный  заряд),  размер  10-15  –  10-14  м  и  массу,
практически равную массе атома, в области с линейными размерами порядка  10-
10 м по замкнутым орбитам движутся электроны, образуя  электронную  оболочку
атома. Так как атомы нейтральны,  то  заряд  ядра  равен  суммарному  заряду
электронов, т.е. вокруг ядра должно вращаться z электронов.
      Для  простоты  предположим,  что  электрон  движется  вокруг  ядра  по
круговой орбите радиуса r. При этом кулоновская  сила  взаимодействия  между
электроном и ядром сообщает электрону центростремительное ускорение.  Второй
закон  Ньютона  для  электрона,  движущегося  по  окружности  под  действием
кулоновской силы, имеет вид [pic], где me и v – масса и  скорость  электрона
на орбите радиуса r, [pic] - электрическая постоянная.
      Данное уравнение содержит  два  неизвестных:  r  и  v.  Следовательно,
существует бесчисленное множество значений  радиуса  и  соответствующих  ему
значений скорости (а значит и  энергии),  удовлетворяющих  этому  уравнению.
Поэтому величины r, v (следовательно и E) могут  меняться  непрерывно,  т.е.
может испускаться любая, а не  вполне  определенная  порция  энергии.  Тогда
спектры  атомов  должны  быть  сплошными.   В   действительности   же   опыт
показывает, что атомы имеют линейчатый спектр. Также  из  данного  выражения
следует, что при [pic]м скорость движения электронов [pic]м/с,  а  ускорение
[pic]м/с2.  Согласно  классической  электродинамике,  ускоренно   движущиеся
электроны  должны  излучать  электромагнитные  волны  и   вследствие   этого
непрерывно терять энергию. В  результате   электроны  будут  приближаться  к
ядру и в конце  концов  упадут  на  него.  Таким  образом,  атом  Резерфорда
оказывается   неустойчивой    системой,    что    опять-таки    противоречит
действительности.
      Попытки построить модель атома в рамках классической физики не привели
к успеху: модель Томсона была опровергнута опытами  Резерфорда,  ядерная  же
модель оказалась неустойчивой  электродинамически  и  противоречила  опытным
данным. Преодоление возникших трудностей  потребовало  создания  качественно
новой – квантовой – теории атома.
      В 1914 году началась первая мировая война  и  Резерфорду  пришлось  на
время отложить  свои  исследования.  Но  периодически,  работая  на  военную
промышленность, он возвращался к своим собственным  экспериментам.  В  своих
следующих экспериментах Резерфорд планировал взломать атом.
      Эти попытки увенчались  полным  и  потрясающим  успехом.  Новый  взлет
Резерфордовского   гения   привел   к   открытию,    которое    впоследствии
революционизировало всю  науку  и  технику  современности.  Был  дан  первый
сигнал к началу атомного века. Резерфорд расщепил атомное ядро.
      Мысль об этом возникла у Резерфорда при наблюдении в  камере  Вильсона
(к  тому  времени  она  была  уже  изобретена  и  усовершенствована)   и   в
стинцилляционном  счетчике  загадочных  треков   (следов),   гораздо   более
длинных, чем треки (-частиц, хорошо знакомых ему по бесчисленным опытам.  Он
подумал, что существуют какие-то неизвестные ему причины  резкого  удлинения
пробега  (-частиц.   Другое   предположение   (оно   оказалось   правильным)
заключается в том, что длинные следы оставляют другие неопознанные  частицы.
Перед исследователем возникла задача выяснить, какое из  двух  предположений
истинно.
      Для получения ответа на свои вопросы Резерфорд решил  выполнить  серию
опытов по бомбардировке (-частицами различных веществ. Он  построил  прибор,
который нам кажется теперь необыкновенно  простым.  Но  мы  должны  признать
также, что только он был наиболее пригоден для наглядного решения задачи.  В
нем мишенями для бомбардировки должны были быть газы (т.е. легкие атомы),  а
не металлические пластинки, обычно использовавшиеся  Резерфордом  во  многих
предыдущих опытах.
      Собственно построенный Резерфордом  прибор,  с  помощью  которого  ему
удалось  впервые  расщепить  ядра  атомов  легких  элементов,   схематически
изображен на рисунке.
      Латунная трубка 6 длиной 20 см  с  двумя  кранами  наполняется  газом.
Внутри трубки находится диск радиоактивного излучателя  7,  испускающего  (-
частицы. Диск этот укреплен на стойке, двигающейся по  рельсу  4.  Во  время
опыта один конец трубки закрывается матовой стеклянной пластинкой, а  другой
конец   –   стеклянной   пластинкой   (прикрепляемой   воском).    Маленькое
прямоугольное  отверстие  в  латунной   пластинке   закрывалось   серебряной
пластинкой 3. Серебряная  пластинка  обладала  способностью  задерживать  (-
частицы,  эквивалентные  слою  воздуха  толщиной  примерно  5   см.   Против
отверстия помещался люминесцирующий экран из  цинковой  обманки.  Для  счета
сцинтилляций исследователь пользовался зрительной трубой 1.
      Когда Резерфорд наполнил трубку азотом, то  в  поле  зрения  появились
частицы, оставляющие очень длинный след, подобно тому, что он уже  наблюдал.
Конечно, Резерфорд, прежде чем прийти к окончательным выводам, проделал  еще
много опытов. Но окончательное заключение было таково: при  столкновении  (-
частиц с ядрами азота, некоторые из этих  ядер  разрушаются,  испуская  ядра
водорода – протоны, а затем происходит образование ядра кислорода.
      Колоссальное значение этого открытия было с самого начала ясно  самому
Резерфорду и его  сотрудникам.  Впервые  осуществилось  расщепление  атомных
ядер.   Непоколебимые,   как   казалось   до    этого,    представления    о
«неразложимости»   химических   элементов   были   наглядно    опровергнуты.
Открывались  совершенно  новые  и  удивительные  возможности  искусственного
получения  одних  элементов   из   других,   выделения   огромной   энергии,
содержащейся в ядрах, и т.д.
      Продолжая исследования, он  получает  экспериментальное  подтверждение
ранее уже установленного им положения  –  что  небольшое  количество  атомов
азота  при  бомбардировке  распадается,  испуская  быстрые  протоны  –  ядра
водорода.  В  свете  позднейших  исследований,  писал  Резерфорд  ,   «общий
механизм  этого  превращения  вполне  ясен.  Время  от   времени   (-частицы
действительно проникают в ядро азота, образуя на мгновение новое  ядро  типа
ядра фтора с массой  18  и  зарядом  9.  Это  ядро,  которое  в  природе  не
существует, чрезвычайно  неустойчиво  и  сразу  же  распадается,  выбрасывая
протон и превращаясь в устойчивое ядро кислорода с массой 17 …»
      В  результате  длительных  экспериментов  Резерфорду  удалось  вызвать
ядерные реакции в 17 легких элементах.
      Продолжая опыты по расщеплению ядер,  Резерфорд  пришел  к  следующему
выводу: хотя (-частицы и обладают большой энергией, но для  проникновения  в
ядра элементов они все же являются недостаточно мощными снарядами. Он  решил
повысить энергию частиц, разгоняя их в  высоковольтной  установке.  Так  был
сделан первый шаг в развитии ускорительной техники.



                                      (


Список литературы :


Ф.Федоров. «Цепная реакция идеи», изд. «Знание», М., 1975г.
Т.И.Трофимова. «Курс физики», изд. «Высшая школа», М., 1999г.
«Курс общей физики», Г.А.Зисман, О.М.Тодес, изд. «Эдельвейс», Киев, 1994г.


12
скачать работу

Опыты Резерфорда

 

Отправка СМС бесплатно

На правах рекламы


ZERO.kz
 
Модератор сайта RESURS.KZ