19वीं और 20वीं शताब्दी के मोड़ पर गैसों के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा के अध्ययन, इलेक्ट्रॉन और रेडियोधर्मिता की खोज के आधार पर परमाणु भौतिकी का उदय हुआ। इसके विकास के पहले चरण (20 वीं शताब्दी की पहली तिमाही) में, परमाणु भौतिकी मुख्य रूप से परमाणु की संरचना को प्रकट करने और इसके गुणों का अध्ययन करने से संबंधित थी। पतली धातु की पन्नी (1908-1911) द्वारा ए-कणों के प्रकीर्णन पर रदरफोर्ड के प्रयोगों ने परमाणु के एक ग्रहीय मॉडल का निर्माण किया; इस मॉडल का उपयोग करते हुए, एन। बोहर (1913) और ए। सोमरफेल्ड (1915) ने परमाणु का पहला मात्रात्मक सिद्धांत विकसित किया (परमाणु देखें)। इलेक्ट्रॉन और परमाणुओं के गुणों के बाद के अध्ययनों की परिणति 20 के दशक के मध्य में हुई। क्वांटम यांत्रिकी - एक भौतिक सिद्धांत जो माइक्रोवर्ल्ड के नियमों का वर्णन करता है और किसी को मात्रात्मक रूप से उन घटनाओं पर विचार करने की अनुमति देता है जिसमें माइक्रोपार्टिकल्स भाग लेते हैं (क्वांटम यांत्रिकी देखें)।

क्वांटम यांत्रिकी परमाणु भौतिकी का सैद्धांतिक आधार है। साथ ही, परमाणु भौतिकी क्वांटम यांत्रिकी के लिए एक प्रकार की "परीक्षण भूमि" की भूमिका निभाती है। क्वांटम यांत्रिकी के विचार और निष्कर्ष, अक्सर हमारे दैनिक अनुभव से असंगत होते हैं, परमाणु भौतिकी में प्रयोगात्मक रूप से परीक्षण किए जा रहे हैं। एक उल्लेखनीय उदाहरण फ्रैंक - हर्ट्ज़ (1913) और स्टर्न - गेरलाच (1922) के प्रसिद्ध प्रयोग हैं; नीचे हम उन पर अधिक विस्तार से ध्यान देंगे।

XX सदी की शुरुआत तक। परमाणुओं के ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा पर सामग्री का खजाना जमा हो गया था। यह पाया गया कि प्रत्येक रासायनिक तत्व का अपना लाइन स्पेक्ट्रम होता है, जो वर्णक्रमीय रेखाओं की एक नियमित, क्रमबद्ध व्यवस्था की विशेषता होती है। क्वांटम यांत्रिकी किसी दिए गए परमाणु के ऊर्जा स्तरों की प्रणाली के साथ स्पेक्ट्रम में देखे गए पैटर्न को जोड़ता है। 1913 में, जर्मन भौतिकविदों जे। फ्रैंक और जी। हर्ट्ज ने एक प्रयोग किया, जिसने प्रत्यक्ष प्रयोगात्मक पुष्टि दी कि एक परमाणु की आंतरिक ऊर्जा की मात्रा निर्धारित की जाती है और इसलिए यह केवल कुछ हिस्सों में ही बदल सकता है। उन्होंने पारा परमाणुओं के उत्तेजना पर खर्च किए गए मुक्त इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा को मापा। स्थापना का मुख्य तत्व तीन टांका लगाने वाले इलेक्ट्रोड के साथ एक खाली ग्लास सिलेंडर है: एक कैथोड, एक एनोड, एक ग्रिड (एक आधुनिक वैक्यूम ट्रायोड का एक प्रोटोटाइप)। सिलेंडर में 1 मिमी एचजी के दबाव में पारा वाष्प होता है। कला। कैथोड छोड़ने वाले इलेक्ट्रॉनों को कैथोड और ग्रिड (त्वरित वोल्टेज यू) के बीच के क्षेत्र में त्वरित किया गया और फिर ग्रिड और एनोड (ब्रेकिंग वोल्टेज यू 1) के बीच के क्षेत्र में कम हो गया। कैथोड से एनोड के रास्ते में, इलेक्ट्रॉन पारा परमाणुओं से टकरा गए। वोल्टेज यू 1 को यू से बहुत कम चुना गया था; इसलिए, पारा परमाणुओं के साथ अकुशल टकराव के परिणामस्वरूप केवल पर्याप्त रूप से धीमी इलेक्ट्रॉनों को एनोड से हटा दिया गया था - जो ऊर्जा खो चुके थे)। प्रयोग में, एनोड करंट की ताकत को त्वरित वोल्टेज यू के आधार पर मापा गया था। प्रयोगात्मक वक्र में 4.9 वी द्वारा एक दूसरे से कई स्पष्ट मैक्सिमा की दूरी होती है। इस वक्र के आकार को निम्नानुसार समझाया गया है। U . पर< 4,9 В столкновения электронов с атомами ртути являются упругими (возбуждение атомов не происходит), поэтому сила тока плавно нарастает с увеличением U. По достижении значения U = 4,9 В начинаются неупругие столкновения, связанные с возбуждением атомов ртути; в результате сила тока резко падает. При дальнейшем повышении U ток снова нарастает до тех пор, пока напряжение не достигнет 9,8 В, когда электрон оказывается в состоянии возбудить два атома. При достижении 14,7 В электроны способны испытать три неупругих столкновения с атомами ртути и т. д. При напряжении 4,9 В электрон приобретает энергию 4,9 эВ. Таким образом вид кривой 1(10 показывает, что для возбуждения атома ртути необходима энергия, равная 4,9 эВ. Это и есть, очевидно, та самая порция энергии, которой атом ртути обменивается с электроном.

इस प्रकार के प्रयोगों की अधिक सावधानीपूर्वक सेटिंग के साथ, परमाणुओं के निम्नलिखित ऊर्जा स्तरों के उत्तेजना का पता लगाना संभव था: पारा के लिए यह 6.7 है; 8.3 eV, आदि (10.4 eV आयनन विभव है)। गैस की चमक का अवलोकन पारा परमाणुओं के लिए एक पूर्ण स्पेक्ट्रम की उपस्थिति को दर्शाता है।

एक परमाणु नाभिक के चारों ओर घूमने वाले इलेक्ट्रॉन की तुलना प्राथमिक विद्युत प्रवाह से की जा सकती है; यह एक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करता है। विभिन्न इलेक्ट्रॉनों के चुंबकीय क्षेत्र, जोड़कर, परमाणु के चुंबकीय क्षेत्र का निर्माण करते हैं। इसे चिह्नित करने के लिए, चुंबकीय क्षण नामक एक वेक्टर मात्रा पेश की जाती है। यदि इलेक्ट्रॉन एक या दूसरे कोश (1s, 2s, 2p, आदि) को पूरी तरह से भर देते हैं, तो उनके चुंबकीय क्षेत्र एक दूसरे को रद्द कर देते हैं; संबंधित परमाणुओं के चुंबकीय क्षण शून्य के बराबर होते हैं।

1922 में जर्मनी में, O. Stern और W. Gerlach ने एक प्रयोग किया जिससे पता चला कि परमाणु के चुंबकीय क्षण को स्थानिक रूप से परिमाणित किया जाता है। उन्होंने एक अमानवीय चुंबकीय क्षेत्र के माध्यम से एक चुंबकीय क्षण के साथ परमाणुओं का एक बीम भेजा और इस क्षेत्र की कार्रवाई के तहत परमाणुओं के विचलन का अध्ययन किया। विचलन की डिग्री और प्रकृति क्षेत्र की दिशा के संबंध में परमाणु के चुंबकीय क्षण के उन्मुखीकरण पर निर्भर करती है। यदि बीम में चुंबकीय क्षणों के सभी संभावित झुकाव वाले परमाणु होते हैं, तो प्रारंभिक बीम का एक निरंतर कोणीय "स्मीयरिंग" देखा जाएगा। हालांकि, प्रयोग में, परमाणुओं के एक पुंज का कई पुंजों में स्पष्ट विभाजन देखा गया; इसका मतलब था कि परमाणु के चुंबकीय क्षण को स्थानिक रूप से परिमाणित किया जाता है - चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में इसके प्रक्षेपण में केवल कुछ निश्चित (असतत) मान हो सकते हैं।

आइए हम असमान चुंबकीय क्षेत्र में सोडियम परमाणुओं के विचलन के वितरण की ओर मुड़ें (यह 1930 में प्राप्त किया गया था)। इस वितरण में दो अलग-अलग मैक्सिमा हैं। सोडियम परमाणु में तीन भरे हुए कोश (1s, 2s, 2p) और एक 3s इलेक्ट्रॉन होते हैं। एस-इलेक्ट्रॉनों का इलेक्ट्रॉन बादल गोलाकार रूप से सममित होता है (परमाणु देखें), इसलिए नाभिक के क्षेत्र में उनके आंदोलन से चुंबकीय क्षण की उपस्थिति नहीं होती है। सोडियम परमाणुओं के बीम के दो घटकों में देखे गए विभाजन की व्याख्या करने के लिए, यह मान लेना आवश्यक है कि इलेक्ट्रॉन का अपना चुंबकीय क्षण होता है, जो नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉन की गति से संबंधित नहीं होता है। यह चुंबकीय क्षण सशर्त रूप से अपनी धुरी के चारों ओर एक इलेक्ट्रॉन के घूमने से जुड़ा होता है और इसे स्पिन पल (स्पिन देखें) कहा जाता है। नाभिक के चारों ओर अपनी गति से जुड़े इलेक्ट्रॉन के चुंबकीय क्षण को कक्षीय क्षण कहा जाता है। इस प्रकार, सोडियम परमाणु के मामले में, भरे हुए कोशों में इलेक्ट्रॉनों के कक्षीय और स्पिन दोनों क्षणों की पारस्परिक रूप से क्षतिपूर्ति की जाती है; 3s इलेक्ट्रॉन का कक्षीय संवेग शून्य होता है, और इस इलेक्ट्रॉन के स्पिन संवेग के कारण सोडियम परमाणुओं की किरण एक असमान चुंबकीय क्षेत्र में विभाजित हो जाती है। तथ्य यह है कि दो बीमों में विभाजित होने का अर्थ है कि इलेक्ट्रॉन के स्पिन क्षण में चुंबकीय क्षेत्र की दिशा में दो अनुमान होते हैं।

30 के दशक में। हमारी सदी में, परमाणु भौतिकी के विकास में एक नया चरण शुरू हुआ। इन वर्षों के दौरान, यह स्पष्ट हो गया कि परमाणु नाभिक के अंदर की प्रक्रियाओं के लिए जिम्मेदार और नाभिक की स्थिरता या रेडियोधर्मिता की व्याख्या करने वाली बातचीत की प्रकृति परमाणु के इलेक्ट्रॉन गोले में होने वाली प्रक्रियाओं को निर्धारित करने वाली बातचीत की तुलना में पूरी तरह से अलग है (देखें। प्रकृति की शक्तियों की एकता)। इस संबंध में, परमाणु भौतिकी से एक अलग वैज्ञानिक दिशा उभरी, जो परमाणु नाभिक के भौतिकी में अनुसंधान से जुड़ी थी; 40 के दशक में। इस दिशा ने एक स्वतंत्र भौतिक विज्ञान - परमाणु भौतिकी में आकार लिया। अंत में, 50 के दशक में। परमाणु भौतिकी से, एक शाखा जो प्राथमिक कणों के व्यवस्थित और अंतर्संबंधों के अध्ययन से जुड़ी है, - प्राथमिक कणों की भौतिकी, अलग हो गई।

नतीजतन, आधुनिक परमाणु भौतिकी की सामग्री का गठन करने वाले प्रश्नों की एक निश्चित श्रृंखला का पता चला था। वह परमाणु नाभिक में होने वाली प्रक्रियाओं के साथ-साथ प्राथमिक कणों के अंतःरूपांतरण में रूचि नहीं रखती है। परमाणु भौतिकी में परमाणुओं या आयनों को शामिल करने वाली प्रक्रियाओं का अध्ययन किया जाता है, और केवल ऐसी प्रक्रियाएं जो परमाणु नाभिक में कोई परिवर्तन नहीं करती हैं। नतीजतन, हम केवल परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोशों को प्रभावित करने वाली प्रक्रियाओं के बारे में बात कर रहे हैं। समान करने के लिए

प्रक्रियाओं में शामिल हैं: बाहरी विद्युत या चुंबकीय क्षेत्रों के प्रभाव में एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की स्थिति में परिवर्तन (उदाहरण के लिए, बाहरी क्षेत्रों के प्रभाव में, परमाणुओं के ऊर्जा स्तर विभाजित होते हैं); परमाणुओं द्वारा विद्युत चुम्बकीय विकिरण का अवशोषण और उत्सर्जन (स्पेक्ट्रोस्कोपी, एक्स-रे, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, लेजर देखें); मुक्त इलेक्ट्रॉनों के साथ-साथ अन्य परमाणुओं, आयनों, अणुओं के साथ परमाणुओं का टकराव (इलेक्ट्रॉनों या अन्य सूक्ष्म-वस्तुओं के साथ टकराव के परिणामस्वरूप, परमाणु उत्तेजित हो सकते हैं, उत्तेजित अवस्था से कम उत्तेजित अवस्था में जा सकते हैं, आयनों में बदल सकते हैं) , गैसों में विद्युत निर्वहन देखें); विभिन्न परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोशों की परस्पर क्रिया, जिससे अणुओं और क्रिस्टलों का निर्माण होता है। ये सभी प्रक्रियाएं विद्युत चुम्बकीय संपर्क के कारण होती हैं। इन प्रक्रियाओं की संभावनाओं की गणना क्वांटम यांत्रिकी के तंत्र का उपयोग करके की जाती है।

आधुनिक परमाणु भौतिकी मेसोएटम नामक एक विशेष प्रकार के परमाणुओं की भी जांच करती है। एक मेसोएटम एक सामान्य परमाणु से एक म्यूऑन (μ-), एक एंटीमसन (π-, के-), एक एंटीप्रोटॉन, या एक नकारात्मक चार्ज हाइपरॉन (हैड्रोन, लेप्टन देखें) के साथ इलेक्ट्रॉनों में से एक को बदलने के परिणामस्वरूप उत्पन्न होता है। विषम "हाइड्रोजन" परमाणु भी हैं - पॉज़िट्रोनियम, म्यूओनियम, जिसमें एक प्रोटॉन की भूमिका पॉज़िट्रॉन या सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए एंटीम्यून्स (μ +) द्वारा निभाई जाती है। ये सभी परमाणु अस्थिर हैं; उनका जीवनकाल ऊपर वर्णित कणों के जीवनकाल या ई + ई- और पीपी-विनाश प्रक्रियाओं द्वारा सीमित है। मेसोएटम कणों के मंदी की प्रक्रिया में बनते हैं - परमाणु नाभिक के कूलम्ब क्षेत्र द्वारा या पॉज़िट्रॉन और एंटीमुऑन द्वारा परमाणु इलेक्ट्रॉनों के कब्जे के दौरान नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कणों के कब्जे के परिणामस्वरूप। विभिन्न विषम परमाणुओं के साथ प्रयोग पदार्थ के गुणों के अध्ययन और नाभिक और प्राथमिक कणों के अध्ययन दोनों के लिए बहुत रुचि रखते हैं।

परमाणु भौतिकी

भौतिकी की वह शाखा जो परमाणुओं की संरचना और अवस्था का अध्ययन करती है। ए एफ। 19वीं सदी के अंत और 20वीं सदी की शुरुआत में उत्पन्न हुआ। 10 के दशक में। 20 वीं सदी यह पाया गया कि परमाणु में एक नाभिक और विद्युत बलों द्वारा जुड़े इलेक्ट्रॉन होते हैं। विकास के पहले चरण में ए.एफ. परमाणु नाभिक की संरचना से संबंधित मुद्दों को भी शामिल किया। 30 के दशक में। यह पता चला कि परमाणु नाभिक में होने वाली अंतःक्रियाओं की प्रकृति परमाणु के बाहरी आवरण और 40 के दशक में भिन्न होती है। परमाणु भौतिकी विज्ञान के एक स्वतंत्र क्षेत्र के रूप में उभरा। 50 के दशक में। प्राथमिक कण भौतिकी, या उच्च-ऊर्जा भौतिकी, इससे अलग हो गए।

परमाणु भौतिकी का प्रागितिहास: 17वीं-19वीं शताब्दी में परमाणुओं का सिद्धांत।पदार्थ के अविभाज्य कणों के रूप में परमाणुओं के अस्तित्व का विचार पुरातनता में उत्पन्न हुआ; परमाणुवाद के विचार सबसे पहले प्राचीन यूनानी विचारकों डेमोक्रिटस और एपिकुरस द्वारा व्यक्त किए गए थे। 17वीं शताब्दी में उन्हें फ्रांसीसी दार्शनिक पी. गसेन्दी और अंग्रेजी रसायनज्ञ आर. बॉयल द्वारा पुनर्जीवित किया गया था।

17वीं और 18वीं शताब्दी में प्रचलित परमाणुओं के बारे में विचारों को खराब रूप से परिभाषित किया गया था। परमाणुओं को पूर्ण रूप से अविभाज्य और अपरिवर्तनीय ठोस कण माना जाता था, जो विभिन्न प्रकार के आकार और आकार में एक दूसरे से भिन्न होते हैं। परमाणुओं का एक क्रम या किसी अन्य रूप में संयोजन विभिन्न निकायों का निर्माण करता है, परमाणुओं की गति पदार्थ में होने वाली सभी घटनाओं को निर्धारित करती है। I. न्यूटन, M. V. लोमोनोसोव और कुछ अन्य वैज्ञानिकों का मानना ​​​​था कि परमाणु अधिक जटिल कणों में इंटरलॉक कर सकते हैं - "कॉर्पसकल"। हालांकि, परमाणुओं को विशिष्ट रासायनिक और भौतिक गुण नहीं दिए गए थे। परमाणुवाद में अभी भी एक अमूर्त, प्राकृतिक-दार्शनिक चरित्र था।

18वीं सदी के अंत में - 19वीं सदी की शुरुआत। रसायन विज्ञान के तेजी से विकास के परिणामस्वरूप, परमाणु विज्ञान के मात्रात्मक विकास का आधार बनाया गया था। अंग्रेजी वैज्ञानिक जे. डाल्टन ने पहली बार (1803) परमाणु को एक रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण मानना ​​शुरू किया, जो अपने द्रव्यमान में अन्य तत्वों के परमाणुओं से भिन्न होता है। डाल्टन के अनुसार परमाणु का मुख्य गुण उसका परमाणु द्रव्यमान है। रासायनिक यौगिक "समग्र परमाणुओं" का एक संग्रह है जिसमें प्रत्येक तत्व के परमाणुओं की निश्चित (किसी दिए गए जटिल पदार्थ के लिए विशेषता) संख्या होती है। सभी रासायनिक प्रतिक्रियाएं नए जटिल कणों में परमाणुओं की केवल पुनर्व्यवस्था हैं। इन प्रावधानों के आधार पर, डाल्टन ने कई अनुपातों का अपना कानून तैयार किया (देखें। एकाधिक अनुपात कानून)। इतालवी वैज्ञानिकों ए. अवोगाद्रो (1811) और, विशेष रूप से, एस कैनिज़ारो (1858) के अध्ययन ने परमाणु और अणु के बीच एक स्पष्ट रेखा खींची। 19 वीं सदी में परमाणुओं के रासायनिक गुणों के साथ-साथ उनके प्रकाशिक गुणों का अध्ययन किया गया। यह पाया गया कि प्रत्येक तत्व में एक विशिष्ट ऑप्टिकल स्पेक्ट्रम होता है; वर्णक्रमीय विश्लेषण की खोज की गई थी (जर्मन भौतिक विज्ञानी जी. किरचॉफ और आर. बन्सन, 1860)।

इस प्रकार, परमाणु पदार्थ के गुणात्मक रूप से अद्वितीय कण के रूप में प्रकट हुआ, जिसे कड़ाई से परिभाषित भौतिक और रासायनिक गुणों की विशेषता है। लेकिन परमाणु के गुणों को शाश्वत और अकथनीय माना जाता था। यह माना जाता था कि परमाणुओं (रासायनिक तत्वों) के प्रकारों की संख्या यादृच्छिक थी और उनके बीच कोई संबंध नहीं था। हालांकि, यह धीरे-धीरे स्पष्ट हो गया कि समान रासायनिक गुणों वाले तत्वों के समूह हैं - समान अधिकतम संयोजकता, और भौतिक गुणों के परिवर्तन के समान नियम (जब एक समूह से दूसरे समूह में जाते हैं) - गलनांक, संपीड़ितता, आदि। 1869, डी.आई. मेंडेलीव ने तत्वों की आवधिक प्रणाली की खोज की (तत्वों की आवधिक प्रणाली देखें)। उन्होंने दिखाया कि जैसे-जैसे तत्वों का परमाणु द्रव्यमान बढ़ता है, उनके रासायनिक और भौतिक गुण समय-समय पर दोहराते हैं ( चावल। एक तथा 2 ).

आवधिक प्रणाली ने विभिन्न प्रकार के परमाणुओं के बीच संबंध के अस्तित्व को साबित किया। निष्कर्ष यह था कि परमाणु की एक जटिल संरचना होती है जो परमाणु द्रव्यमान के साथ बदलती है। रसायन विज्ञान और भौतिकी में परमाणु की संरचना को प्रकट करने की समस्या सबसे महत्वपूर्ण हो गई है (अधिक विवरण के लिए, परमाणुवाद देखें)।

परमाणु भौतिकी का उदय।विज्ञान में सबसे महत्वपूर्ण विकास, जिससे परमाणु भौतिकी की उत्पत्ति हुई, वे थे इलेक्ट्रॉन और रेडियोधर्मिता की खोज। अत्यधिक दुर्लभ गैसों के माध्यम से विद्युत प्रवाह के मार्ग का अध्ययन करते समय, एक निर्वहन ट्यूब (कैथोड किरणों) के कैथोड द्वारा उत्सर्जित किरणों की खोज की गई और अनुप्रस्थ विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में विक्षेपण की संपत्ति थी। यह पता चला कि इन बीमों में तेजी से उड़ने वाले नकारात्मक चार्ज कण होते हैं जिन्हें इलेक्ट्रॉन कहा जाता है। 1897 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे जे थॉमसन ने आवेश अनुपात को मापा इइन कणों का द्रव्यमान एम।धातुओं को तीव्र रूप से गर्म करने पर या लघु तरंगदैर्घ्य प्रकाश से प्रकाशित होने पर भी इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करते पाया गया है (देखें थर्मिओनिक उत्सर्जन, फोटोइलेक्ट्रॉन उत्सर्जन)। इससे यह निष्कर्ष निकला कि इलेक्ट्रॉन किसी भी परमाणु का हिस्सा होते हैं। इससे आगे यह हुआ कि तटस्थ परमाणुओं में भी धनात्मक आवेश वाले कण होने चाहिए। धनात्मक आवेशित परमाणु - आयन - वास्तव में दुर्लभ गैसों में विद्युत निर्वहन के अध्ययन में खोजे गए थे। डच भौतिक विज्ञानी एच। लोरेंज के सिद्धांत के अनुसार, आवेशित कणों की एक प्रणाली के रूप में एक परमाणु के विचार को समझाया गया है। , प्रकाश के एक परमाणु (विद्युत चुम्बकीय तरंगों) द्वारा विकिरण की संभावना: विद्युत चुम्बकीय विकिरण तब होता है जब अंतर्परमाण्विक आवेशों में उतार-चढ़ाव होता है; परमाणु स्पेक्ट्रा पर चुंबकीय क्षेत्र के प्रभाव का अध्ययन करके इसकी पुष्टि की गई थी (ज़ीमैन घटना देखें)। यह पता चला कि इंट्राआटोमिक इलेक्ट्रॉनों के आवेश का अनुपात उनके द्रव्यमान से है ई / एम,लोरेंत्ज़ द्वारा ज़ीमन परिघटना के अपने सिद्धांत में पाया गया मूल्य के बराबर है ई / एमथॉमसन के प्रयोगों में प्राप्त मुक्त इलेक्ट्रॉनों के लिए। इलेक्ट्रॉनों के सिद्धांत और इसकी प्रायोगिक पुष्टि ने परमाणु की जटिलता का निर्विवाद प्रमाण दिया।

परमाणु की अविभाज्यता और अपरिवर्तनशीलता की अवधारणा को अंततः फ्रांसीसी वैज्ञानिकों एम। स्कोलोडोव्स्का-क्यूरी और पी। क्यूरी (क्यूरी-स्कोलोडोव्स्का देखें) के कार्यों से खारिज कर दिया गया था। . रेडियोधर्मिता के अध्ययन के परिणामस्वरूप इसे स्थापित किया गया था (एफ सोड्डी) , कि परमाणु दो प्रकार के परिवर्तन से गुजरते हैं। एक α-कण (एक हीलियम आयन जिसका धनात्मक आवेश 2 . है) उत्सर्जित होने के बाद इ), एक रेडियोधर्मी रासायनिक तत्व का एक परमाणु आवधिक प्रणाली में बाईं ओर स्थित 2 कोशिकाओं में स्थित दूसरे तत्व के परमाणु में बदल जाता है, उदाहरण के लिए, एक पोलोनियम परमाणु एक सीसा परमाणु में। ऋणात्मक आवेश के साथ β-कण (इलेक्ट्रॉन) उत्सर्जित करना - इ,एक रेडियोधर्मी रासायनिक तत्व का परमाणु दाहिनी ओर स्थित एक तत्व के परमाणु में बदल जाता है, उदाहरण के लिए, एक बिस्मथ परमाणु एक पोलोनियम परमाणु में। इस तरह के परिवर्तनों के परिणामस्वरूप बनने वाले परमाणु का द्रव्यमान कभी-कभी उस तत्व के परमाणु भार से भिन्न होता है जिसकी कोशिका गिरती है। इसके बाद एक ही रासायनिक तत्व के विभिन्न द्रव्यमान वाले परमाणुओं की किस्मों का अस्तित्व हुआ; इन किस्मों को बाद में आइसोटोप कहा गया (यानी, आवर्त सारणी में एक ही स्थान पर कब्जा)। तो, किसी दिए गए रासायनिक तत्व के सभी परमाणुओं की पूर्ण पहचान के बारे में विचार गलत निकले।

इलेक्ट्रॉन और रेडियोधर्मिता के गुणों के अध्ययन के परिणामों ने परमाणु के विशिष्ट मॉडल बनाना संभव बना दिया। 1903 में थॉमसन द्वारा प्रस्तावित मॉडल में, परमाणु को एक धनात्मक आवेशित गोले के रूप में दर्शाया गया था, जिसमें ऋणात्मक इलेक्ट्रॉन, आकार में महत्वहीन (परमाणु की तुलना में), प्रतिच्छेदित होते हैं ( चावल। 3 ).

वे परमाणु में इस तथ्य के कारण आयोजित होते हैं कि उनके वितरित सकारात्मक चार्ज की आकर्षक ताकतें उनके पारस्परिक प्रतिकर्षण की ताकतों द्वारा संतुलित होती हैं। थॉमसन मॉडल ने एक परमाणु द्वारा प्रकाश के उत्सर्जन, प्रकीर्णन और अवशोषण की संभावना के लिए एक प्रसिद्ध स्पष्टीकरण प्रदान किया। जब इलेक्ट्रॉनों को संतुलन की स्थिति से विस्थापित किया जाता है, तो एक "लोचदार" बल उत्पन्न होता है, जो संतुलन को बहाल करने का प्रयास करता है; यह बल संतुलन की स्थिति से इलेक्ट्रॉन के विस्थापन के समानुपाती होता है और इसलिए, द्विध्रुवीय क्षण के लिए (द्विध्रुवीय क्षण देखें) परमाणु। घटना विद्युत चुम्बकीय तरंग के विद्युत बलों की कार्रवाई के तहत, परमाणु में इलेक्ट्रॉन प्रकाश तरंग में विद्युत तीव्रता के समान आवृत्ति के साथ दोलन करते हैं; बदले में, दोलन करने वाले इलेक्ट्रॉन समान आवृत्ति के प्रकाश का उत्सर्जन करते हैं। इस प्रकार पदार्थ के परमाणुओं द्वारा विद्युत चुम्बकीय तरंगें बिखरी हुई हैं। पदार्थ की मोटाई में प्रकाश किरण के क्षीणन की डिग्री से, आप बिखरने वाले इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या का पता लगा सकते हैं, और प्रति इकाई आयतन में परमाणुओं की संख्या को जानकर, आप प्रत्येक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित कर सकते हैं।

परमाणु के ग्रहीय मॉडल के रदरफोर्ड द्वारा निर्माण।थॉमसन का परमाणु मॉडल असंतोषजनक निकला। इसके आधार पर, परमाणुओं द्वारा α-कणों के प्रकीर्णन पर अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी ई। रदरफोर्ड और उनके सहयोगियों एच। गीगर और ई। मार्सडेन के प्रयोगों के पूरी तरह से अप्रत्याशित परिणाम की व्याख्या करना संभव नहीं था। इन प्रयोगों में, परमाणुओं की प्रत्यक्ष जांच के लिए तेज़ α-कणों का उपयोग किया गया था। पदार्थ से गुजरते हुए, α-कण परमाणुओं से टकराते हैं। प्रत्येक टक्कर के साथ, परमाणु के विद्युत क्षेत्र के माध्यम से उड़ने वाला α-कण गति की दिशा बदलता है - यह बिखरने का अनुभव करता है। प्रकीर्णन घटनाओं के भारी बहुमत में, α-कणों (बिखरने वाले कोण) के विचलन बहुत कम थे। इसलिए, पदार्थ की एक पतली परत के माध्यम से α-कणों के एक बीम के पारित होने के दौरान, बीम का केवल एक मामूली धुंधलापन हुआ। हालांकि, α-कणों का एक बहुत छोटा अनुपात 90° से अधिक कोणों से विक्षेपित हुआ। इस परिणाम की व्याख्या थॉमसन मॉडल के आधार पर नहीं की जा सकती, क्योंकि एक "ठोस" परमाणु में विद्युत क्षेत्र इतना मजबूत नहीं है कि एक बड़े कोण के माध्यम से एक तेज और बड़े पैमाने पर α-कण को ​​विक्षेपित कर सके। -कणों के प्रकीर्णन पर प्रयोगों के परिणामों की व्याख्या करने के लिए, रदरफोर्ड ने परमाणु का एक मौलिक रूप से नया मॉडल प्रस्तावित किया, जो सौर मंडल की संरचना की याद दिलाता है और इसे ग्रहीय कहा जाता है। इसका निम्न रूप है। परमाणु के केंद्र में एक धनावेशित नाभिक होता है, जिसकी विमाएँ (परमाणु भौतिकी10 -12 .) सेमी) परमाणु के आकार की तुलना में बहुत छोटे होते हैं (परमाणु भौतिकी10 -8 सेमी), और द्रव्यमान परमाणु के द्रव्यमान के लगभग बराबर होता है। इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं, जैसे सूर्य के चारों ओर ग्रह; एक अनावेशित (तटस्थ) परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संख्या ऐसी होती है कि उनका कुल ऋणात्मक आवेश नाभिक के धनात्मक आवेश की भरपाई (बेअसर) कर देता है। इलेक्ट्रॉनों को नाभिक के चारों ओर घूमना चाहिए, अन्यथा वे आकर्षक बलों के प्रभाव में उस पर गिर जाते। परमाणु और ग्रह प्रणाली के बीच का अंतर यह है कि उत्तरार्द्ध में गुरुत्वाकर्षण बल कार्य करते हैं, और परमाणु में, विद्युत (कूलम्ब) बल। नाभिक के पास, जिसे एक बिंदु धनात्मक आवेश माना जा सकता है, एक बहुत मजबूत विद्युत क्षेत्र है। इसलिए, नाभिक के पास उड़ते हुए, धनावेशित α-कण (हीलियम नाभिक) एक मजबूत विक्षेपण का अनुभव करते हैं (चित्र 1 देखें)। चावल। चार ) बाद में यह पता चला (जी। मोसले) कि नाभिक का आवेश एक रासायनिक तत्व से दूसरे में इलेक्ट्रॉन आवेश के बराबर आवेश की एक प्राथमिक इकाई द्वारा बढ़ता है (लेकिन एक सकारात्मक संकेत के साथ)। संख्यात्मक रूप से, परमाणु के नाभिक का आवेश, प्रारंभिक आवेश e की इकाइयों में व्यक्त किया जाता है, आवर्त प्रणाली में संबंधित तत्व की क्रमिक संख्या के बराबर होता है।

ग्रहीय मॉडल का परीक्षण करने के लिए, रदरफोर्ड और उनके सहयोगी चार्ल्स डार्विन ने कूलम्ब बलों के केंद्र, एक बिंदु नाभिक द्वारा बिखरे हुए α-कणों के कोणीय वितरण की गणना की। प्राप्त परिणाम को विभिन्न कोणों पर बिखरे हुए α-कणों की संख्या को मापकर प्रयोगात्मक रूप से सत्यापित किया गया था। प्रयोग के परिणाम सैद्धांतिक गणनाओं से बिल्कुल मेल खाते हैं, इस प्रकार रदरफोर्ड के परमाणु के ग्रहीय मॉडल की शानदार पुष्टि करते हैं।

हालाँकि, परमाणु का ग्रहीय मॉडल मूलभूत कठिनाइयों में भाग गया। शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के अनुसार, त्वरण के साथ गतिमान एक आवेशित कण लगातार विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का विकिरण करता है। इसलिए, इलेक्ट्रॉनों, नाभिक के चारों ओर घूमते हुए, यानी, त्वरित, विकिरण के लिए लगातार ऊर्जा खोनी होगी। लेकिन साथ ही, एक सेकंड के एक छोटे से अंश में, वे अपनी सारी गतिज ऊर्जा खो देंगे और कोर में गिर जाएंगे। विकिरण से जुड़ी एक और कठिनाई इस प्रकार थी: यदि हम (शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के अनुसार) स्वीकार करते हैं कि एक इलेक्ट्रॉन द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की आवृत्ति एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन के दोलनों की आवृत्ति के बराबर होती है (अर्थात, संख्या यह अपनी कक्षा में एक सेकण्ड में कितनी परिक्रमा करता है) या इसके गुणज हैं, तो उत्सर्जित प्रकाश, जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉन नाभिक के पास पहुंचता है, अपनी आवृत्ति को लगातार बदलना होगा, और इसके द्वारा उत्सर्जित प्रकाश का स्पेक्ट्रम निरंतर होना चाहिए। . लेकिन यह अनुभव के विपरीत है। एक परमाणु अच्छी तरह से परिभाषित आवृत्तियों की प्रकाश तरंगों का उत्सर्जन करता है, जो किसी दिए गए रासायनिक तत्व के लिए विशिष्ट है, और एक स्पेक्ट्रम की विशेषता है जिसमें अलग-अलग वर्णक्रमीय रेखाएं होती हैं - एक रेखा स्पेक्ट्रम। तत्वों के लाइन स्पेक्ट्रा में प्रयोगात्मक रूप से कई नियमितताएं स्थापित की गईं, जिनमें से पहली स्विस वैज्ञानिक आई। बाल्मर (1885) ने हाइड्रोजन के स्पेक्ट्रम में खोजी थी। सबसे सामान्य पैटर्न - संयोजन सिद्धांत - ऑस्ट्रियाई वैज्ञानिक डब्ल्यू. रिट्ज (1908) द्वारा खोजा गया था। इस सिद्धांत को निम्नानुसार तैयार किया जा सकता है: प्रत्येक तत्व के परमाणुओं के लिए, संख्याओं का एक क्रम पाया जा सकता है टी 1 ,टी 2 ,टी 3 ,... - तथाकथित। वर्णक्रमीय शब्द जैसे कि आवृत्ति वीकिसी दिए गए तत्व की प्रत्येक वर्णक्रमीय रेखा को दो पदों के अंतर के रूप में व्यक्त किया जाता है: वी = टीक - टीमैं . हाइड्रोजन परमाणु के लिए, पद टी नहीं = आर/एन 2 ,कहाँ पे एन-एक पूर्णांक जो एक मान लेता है एन= 1, 2, 3,..., ए आर-तथाकथित। Rydberg स्थिरांक (Rydberg स्थिरांक देखें)।

इस प्रकार, परमाणु के रदरफोर्ड के मॉडल के ढांचे के भीतर, विकिरण के संबंध में परमाणु की स्थिरता और इसके विकिरण के लाइन स्पेक्ट्रा को समझाया नहीं जा सका। इसके आधार पर, ऊष्मीय विकिरण के नियम और प्रकाश-विद्युत परिघटना के नियम, जो तब उत्पन्न होते हैं, जब विकिरण पदार्थ के साथ परस्पर क्रिया करता है, समझाया नहीं जा सकता। जर्मन भौतिक विज्ञानी एम। प्लैंक (1900) द्वारा पहली बार पेश की गई पूरी तरह से नई - क्वांटम - अवधारणाओं के आधार पर इन कानूनों की व्याख्या करना संभव हो गया। ऊष्मीय विकिरण के स्पेक्ट्रम में ऊर्जा वितरण के नियम को प्राप्त करने के लिए - गर्म पिंडों का विकिरण - प्लैंक ने सुझाव दिया कि पदार्थ के परमाणु विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा (प्रकाश) को अलग-अलग भागों के रूप में उत्सर्जित करते हैं - प्रकाश क्वांटा, जिसकी ऊर्जा आनुपातिक है वी(विकिरण आवृत्ति): ई = एचवीकहाँ पे एच-क्वांटम सिद्धांत की एक निरंतर विशेषता और प्लैंक स्थिरांक (प्लांक स्थिरांक देखें) कहा जाता है। 1905 में, ए आइंस्टीन ने फोटोइलेक्ट्रिक घटना की एक क्वांटम व्याख्या दी, जिसके अनुसार क्वांटम ऊर्जा एचवीधातु से इलेक्ट्रॉन निकालने के लिए जाता है - कार्य फलन आर -और उसे गतिज ऊर्जा का संचार करने के लिए टीस्वजन; एचवी = आर+ टिकिन। उसी समय, आइंस्टीन ने प्रकाश क्वांटा की अवधारणा को एक विशेष प्रकार के कणों के रूप में पेश किया; इन कणों को बाद में फोटॉन ओव नाम मिला।

शास्त्रीय भौतिकी के कई सामान्य विचारों को त्यागकर ही रदरफोर्ड के मॉडल के विरोधाभासों को हल करना संभव हो गया। परमाणु के सिद्धांत के निर्माण में सबसे महत्वपूर्ण कदम डेनिश भौतिक विज्ञानी एन. बोहर (1913) ने बनाया था।

बोहर की अभिधारणाएं और परमाणु का बोहर मॉडल. परमाणु के क्वांटम सिद्धांत के आधार पर, बोहर ने परमाणु के उन गुणों की विशेषता वाले 2 अभिधारणाएँ रखीं जो शास्त्रीय भौतिकी के ढांचे में फिट नहीं थीं। बोहर की इन अभिधारणाओं को निम्नानुसार सूत्रबद्ध किया जा सकता है:

1. स्थिर अवस्थाओं का अस्तित्व। परमाणु विकीर्ण नहीं होता है और केवल कुछ स्थिर (समय-अपरिवर्तनीय) अवस्थाओं में स्थिर होता है जो "अनुमेय" ऊर्जा मूल्यों की असतत (असंतत) श्रृंखला के अनुरूप होता है इ 1 , इ 2 , इ 3 , इ 4,... ऊर्जा में कोई भी परिवर्तन एक स्थिर अवस्था से दूसरी अवस्था में क्वांटम (कूद-समान) संक्रमण से जुड़ा होता है।

2. विकिरण आवृत्तियों की स्थिति (विकिरण के साथ क्वांटम संक्रमण)। ऊर्जा के साथ एक स्थिर अवस्था से संक्रमण पर इमैं ऊर्जा के साथ दूसरे में इ k एक परमाणु एक निश्चित आवृत्ति के प्रकाश का उत्सर्जन या अवशोषण करता है वीविकिरण क्वांटम (फोटॉन) के रूप में एचवी,अनुपात के अनुसार एचवी = ईमैं - इक । उत्सर्जित होने पर, एक परमाणु उच्च ऊर्जा की स्थिति से गुजरता है इमैं कम ऊर्जा की स्थिति में इ k , अवशोषण पर, इसके विपरीत, कम ऊर्जा वाले राज्य से इ k एक उच्च ऊर्जा अवस्था के लिए इमैं ।

बोह्र की अभिधारणाओं से तुरंत रिट्ज संयोजन सिद्धांत (ऊपर देखें) के भौतिक अर्थ को समझना संभव हो जाता है; अनुपात तुलना एचवी = इमैं - इकश्मीर और वी = टीक - टीमैं दिखाता है कि वर्णक्रमीय शब्द स्थिर अवस्थाओं के अनुरूप हैं, और बाद की ऊर्जा बराबर होनी चाहिए (एक स्थिर अवधि तक) इमैं = -एचटीमैं , इकश्मीर = -एचटीक ।

जब प्रकाश उत्सर्जित या अवशोषित होता है, तो परमाणु की ऊर्जा बदल जाती है, यह परिवर्तन उत्सर्जित या अवशोषित फोटॉन की ऊर्जा के बराबर होता है, अर्थात ऊर्जा के संरक्षण का नियम होता है। किसी परमाणु का रेखा स्पेक्ट्रम उसकी ऊर्जा के संभावित मूल्यों की विसंगति का परिणाम है।

बोह्र ने परमाणु की ऊर्जा के अनुमत मूल्यों को निर्धारित करने के लिए शास्त्रीय (न्यूटोनियन) यांत्रिकी को लागू किया - इसकी ऊर्जा का परिमाणीकरण - और संबंधित स्थिर राज्यों की विशेषताओं को खोजने के लिए। "अगर हम सामान्य रूप से स्थिर अवस्थाओं का एक दृश्य प्रतिनिधित्व करना चाहते हैं, तो हमारे पास कोई अन्य साधन नहीं है, कम से कम अब, सामान्य यांत्रिकी को छोड़कर," बोहर ने 1913 में लिखा ("स्पेक्ट्रा और परमाणुओं की संरचना पर तीन लेख", एम। -एल।, 1923, पी। 22)। सबसे सरल परमाणु के लिए - एक हाइड्रोजन परमाणु, जिसमें चार्ज + . के साथ एक नाभिक होता है इ(प्रोटॉन) और एक आवेश वाला इलेक्ट्रॉन - इबोर ने नाभिक के चारों ओर गोलाकार कक्षाओं में एक इलेक्ट्रॉन की गति पर विचार किया। एक परमाणु की ऊर्जा की तुलना इवर्णक्रमीय शर्तों के साथ टी एन \u003d आर / एन 2हाइड्रोजन परमाणु के लिए, इसकी वर्णक्रमीय रेखाओं की आवृत्तियों से बड़ी सटीकता के साथ पाया गया, उसने परमाणु की ऊर्जा के संभावित मान प्राप्त किए ई नहीं= -एचटी एन \u003d -एचआर / एन 2(जहां नहीं= 1, 2, 3,...)। वे त्रिज्या की गोलाकार कक्षाओं के अनुरूप हैं ए एन \u003d ए 0 एन 2,कहाँ पे एक 0 = 0.53 10 -8 सेमी -बोह्र त्रिज्या - सबसे छोटी वृत्ताकार कक्षा की त्रिज्या (at .) एन= 1)। बोह्र ने क्रांति आवृत्तियों की गणना की वीइलेक्ट्रॉन की ऊर्जा के आधार पर वृत्ताकार कक्षाओं में नाभिक के चारों ओर इलेक्ट्रॉन। यह पता चला कि परमाणु द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की आवृत्ति क्रांति की आवृत्तियों के साथ मेल नहीं खाती वी n , जैसा कि शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स द्वारा आवश्यक है, लेकिन संबंध के अनुसार आनुपातिक हैं एचवी = ईमैं - इ k, दो संभावित कक्षाओं में एक इलेक्ट्रॉन का ऊर्जा अंतर।

एक इलेक्ट्रॉन की कक्षा की आवृत्ति और विकिरण आवृत्ति के बीच संबंध खोजने के लिए, बोह्र ने यह धारणा बनाई कि क्वांटम और शास्त्रीय सिद्धांतों के परिणाम कम विकिरण आवृत्तियों पर मेल खाना चाहिए (लंबी तरंग दैर्ध्य के लिए; ऐसा संयोग थर्मल विकिरण के लिए होता है, कानून जिनमें से प्लैंक द्वारा प्राप्त किया गया था)। उन्होंने बड़े के बराबर किया एनसंक्रमण आवृत्ति वी = (इएन+1 - इएन)/ एचपरिसंचरण आवृत्ति वी n दिए गए के साथ कक्षा में एनऔर Rydberg स्थिरांक के मान की गणना की आर,जो मूल्य के साथ बड़ी सटीकता के साथ मेल खाता है आर,अनुभव से प्राप्त हुआ, जिसने बोहर की धारणा की पुष्टि की। बोह्र न केवल हाइड्रोजन के स्पेक्ट्रम की व्याख्या करने में सफल रहे, बल्कि यह भी स्पष्ट रूप से दिखाते हैं कि कुछ वर्णक्रमीय रेखाएँ जिन्हें हाइड्रोजन के लिए जिम्मेदार ठहराया गया था, वे हीलियम से संबंधित थीं। बोहर की यह धारणा कि क्वांटम और शास्त्रीय सिद्धांतों के परिणाम कम विकिरण आवृत्तियों के सीमित मामले में मेल खाना चाहिए, तथाकथित के मूल रूप का प्रतिनिधित्व करते हैं। अनुरूपता का सिद्धांत। बाद में, बोहर ने स्पेक्ट्रम की रेखाओं की तीव्रता का पता लगाने के लिए इसे सफलतापूर्वक लागू किया। जैसा कि आधुनिक भौतिकी के विकास ने दिखाया है, पत्राचार सिद्धांत बहुत सामान्य निकला (पत्राचार सिद्धांत देखें) .

बोहर के परमाणु सिद्धांत में, ऊर्जा का परिमाणीकरण, यानी, इसके संभावित मूल्यों को खोजना, "अनुमत" कक्षाओं को खोजने के लिए सामान्य विधि का एक विशेष मामला निकला। क्वांटम सिद्धांत के अनुसार, ऐसी कक्षाएँ केवल वही होती हैं जिनके लिए एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन का कोणीय संवेग एक पूर्णांक गुणज के बराबर होता है। एच / 2π।प्रत्येक अनुमत कक्षा एक परमाणु की ऊर्जा के एक निश्चित संभावित मूल्य से मेल खाती है (परमाणु देखें)।

परमाणु के क्वांटम सिद्धांत के मुख्य प्रावधान - बोहर के 2 अभिगृहीत - प्रयोगात्मक रूप से व्यापक रूप से पुष्टि किए गए थे। जर्मन भौतिकविदों जे। फ्रैंक और जी। हर्ट्ज़ (1913-16) के प्रयोगों द्वारा विशेष रूप से स्पष्ट पुष्टि दी गई थी। इन अनुभवों का सार इस प्रकार है। इलेक्ट्रॉनों की एक धारा जिसकी ऊर्जा को नियंत्रित किया जा सकता है, पारा वाष्प वाले बर्तन में प्रवेश करती है। इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा दी जाती है, जो धीरे-धीरे बढ़ती है। जैसे-जैसे इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा बढ़ती है, विद्युत परिपथ में शामिल गैल्वेनोमीटर में धारा बढ़ती है; जब इलेक्ट्रॉन ऊर्जा कुछ मूल्यों के बराबर हो जाती है (4.9; 6.7; 10.4 .) ईवी), करंट तेजी से गिरता है ( चावल। 5 ) इसी समय, यह पाया जा सकता है कि पारा वाष्प एक निश्चित आवृत्ति की पराबैंगनी किरणों का उत्सर्जन करता है।

प्रस्तुत तथ्य केवल एक व्याख्या की अनुमति देते हैं। जब तक इलेक्ट्रॉन ऊर्जा 4.9 . से कम है ईव,पारा परमाणुओं से टकराने पर इलेक्ट्रॉन ऊर्जा नहीं खोते हैं - टकराव प्रकृति में लोचदार होते हैं। जब ऊर्जा एक निश्चित मान के बराबर हो जाती है, अर्थात् 4.9 ईव,इलेक्ट्रॉन अपनी ऊर्जा को पारा परमाणुओं में स्थानांतरित करते हैं, जो तब इसे पराबैंगनी प्रकाश क्वांटा के रूप में उत्सर्जित करते हैं। गणना से पता चलता है कि इन फोटॉनों की ऊर्जा इलेक्ट्रॉनों द्वारा खोई गई ऊर्जा के बराबर होती है। इन प्रयोगों ने साबित कर दिया कि परमाणु की आंतरिक ऊर्जा में केवल कुछ असतत मान हो सकते हैं, कि परमाणु बाहर से ऊर्जा को अवशोषित करता है और इसे पूरे क्वांटा में एक बार में उत्सर्जित करता है, और अंत में, परमाणु द्वारा उत्सर्जित प्रकाश की आवृत्ति से मेल खाती है परमाणु द्वारा खोई गई ऊर्जा।

आगे के विकास ए. एफ. न केवल परमाणुओं के लिए, बल्कि अन्य सूक्ष्म प्रणालियों के लिए भी - अणुओं के लिए और परमाणु नाभिक के लिए बोहर के अभिधारणा की वैधता को दिखाया। इन अभिधारणाओं को दृढ़ता से स्थापित प्रायोगिक क्वांटम नियमों के रूप में माना जाना चाहिए। वे बोहर के सिद्धांत के उस हिस्से का गठन करते हैं, जिसे न केवल क्वांटम सिद्धांत के आगे के विकास के दौरान संरक्षित किया गया था, बल्कि इसकी पुष्टि भी प्राप्त हुई थी। बोहर के परमाणु मॉडल के साथ स्थिति अलग है, जो कि अतिरिक्त परिमाणीकरण शर्तों को लागू करने के साथ शास्त्रीय यांत्रिकी के नियमों के अनुसार एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की गति के विचार पर आधारित है। इस दृष्टिकोण ने कई महत्वपूर्ण परिणाम प्राप्त करना संभव बना दिया, लेकिन असंगत था: क्वांटम अभिधारणाएं कृत्रिम रूप से शास्त्रीय यांत्रिकी के नियमों से जुड़ी हुई थीं। 20 के दशक में एक सुसंगत सिद्धांत बनाया गया था। 20 वीं सदी क्वांटम यांत्रिकी । इसका निर्माण बोहर के सिद्धांत के मॉडल निरूपण के आगे विकास द्वारा तैयार किया गया था, जिसके दौरान इसकी ताकत और कमजोरियां स्पष्ट हो गईं।

बोहर परमाणु के मॉडल सिद्धांत का विकास।बोहर के सिद्धांत का एक बहुत ही महत्वपूर्ण परिणाम हाइड्रोजन परमाणु के स्पेक्ट्रम की व्याख्या था। परमाणु स्पेक्ट्रा के सिद्धांत के विकास में एक और कदम जर्मन भौतिक विज्ञानी ए सोमरफेल्ड द्वारा बनाया गया था। एक परमाणु (अण्डाकार कक्षाओं के साथ) में इलेक्ट्रॉनों की गति की अधिक जटिल तस्वीर के आधार पर और नाभिक के क्षेत्र में एक बाहरी (तथाकथित वैलेंस) इलेक्ट्रॉन की स्क्रीनिंग को ध्यान में रखते हुए, अधिक विस्तार से परिमाणीकरण नियमों को विकसित किया है। और आंतरिक इलेक्ट्रॉनों, वह क्षार धातुओं के स्पेक्ट्रा में कई नियमितताओं की व्याख्या करने में सक्षम था।

बोहर के परमाणु के सिद्धांत ने तथाकथित की संरचना पर भी प्रकाश डाला। एक्स-रे की विशेषता स्पेक्ट्रा। परमाणुओं के एक्स-रे स्पेक्ट्रा, साथ ही उनके ऑप्टिकल स्पेक्ट्रा में किसी दिए गए तत्व (इसलिए नाम) की असतत रेखा संरचना विशेषता होती है। विभिन्न तत्वों के विशिष्ट एक्स-रे स्पेक्ट्रा की जांच करते हुए, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जी। मोसले ने निम्नलिखित पैटर्न की खोज की: उत्सर्जित लाइनों की आवृत्तियों के वर्गमूल परमाणु के अनुपात में मेंडेलीव की संपूर्ण आवधिक प्रणाली में तत्व से तत्व तक समान रूप से बढ़ते हैं। तत्व की संख्या। यह दिलचस्प है कि मोसले के कानून ने मेंडेलीव की शुद्धता की पूरी तरह से पुष्टि की, जिन्होंने कुछ मामलों में बढ़ते परमाणु भार के अनुसार तत्वों को तालिका में रखने के सिद्धांत का उल्लंघन किया और कुछ भारी तत्वों को हल्के वाले से आगे रखा।

बोर के सिद्धांत के आधार पर परमाणुओं के गुणों की आवर्तता की व्याख्या करना संभव था। एक जटिल परमाणु में, इलेक्ट्रॉन के गोले बनते हैं, जो क्रमिक रूप से भरे होते हैं, अंतरतम से शुरू होकर, निश्चित संख्या में इलेक्ट्रॉनों के साथ (कोशों के बनने का भौतिक कारण केवल पाउली सिद्धांत के आधार पर स्पष्ट हो गया, नीचे देखें)। बाहरी इलेक्ट्रॉन कोशों की संरचना समय-समय पर दोहराई जाती है, जो आवधिक प्रणाली के एक ही समूह में स्थित तत्वों के रासायनिक और कई भौतिक गुणों की आवधिक पुनरावृत्ति का कारण बनती है। बोहर के सिद्धांत के आधार पर, जर्मन रसायनज्ञ डब्ल्यू कोसेल (1916) ने तथाकथित में रासायनिक अंतःक्रिया की व्याख्या की। हेटरोपोलर अणु।

हालाँकि, परमाणु के सिद्धांत के सभी प्रश्नों को बोहर के सिद्धांत के मॉडल निरूपण के आधार पर नहीं समझाया जा सकता है। इसने स्पेक्ट्रा के सिद्धांत की कई समस्याओं का सामना नहीं किया, इसने हाइड्रोजन परमाणु और हाइड्रोजन जैसे परमाणुओं की वर्णक्रमीय रेखाओं की आवृत्तियों के केवल सही मान प्राप्त करने की अनुमति दी, जबकि इन रेखाओं की तीव्रता अस्पष्ट रही; तीव्रता को समझाने के लिए बोहर को पत्राचार सिद्धांत लागू करना पड़ा।

हाइड्रोजन परमाणु की तुलना में अधिक जटिल परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की गति की व्याख्या करने के संक्रमण में, बोहर का मॉडल सिद्धांत गतिरोध पर था। पहले से ही एक हीलियम परमाणु, जिसमें 2 इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर घूमते हैं, ने इसके आधार पर सैद्धांतिक व्याख्या के लिए खुद को उधार नहीं दिया। इस मामले में कठिनाइयाँ अनुभव के साथ मात्रात्मक विसंगतियों तक सीमित नहीं थीं। एक अणु में परमाणुओं के संयोजन जैसी समस्या को हल करने में सिद्धांत शक्तिहीन हो गया। हाइड्रोजन अणु बनाने के लिए 2 तटस्थ हाइड्रोजन परमाणु क्यों जुड़ते हैं? संयोजकता की प्रकृति की सामान्य रूप से व्याख्या कैसे करें? ठोस के परमाणुओं को क्या बांधता है? ये सवाल अनुत्तरित रह गए। बोहर मॉडल के ढांचे के भीतर, उनके समाधान के लिए एक दृष्टिकोण खोजना असंभव था।

परमाणु का क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत।बोहर के परमाणु मॉडल की सीमाएं सूक्ष्म कणों की गति के बारे में शास्त्रीय विचारों की सीमाओं में निहित थीं। यह स्पष्ट हो गया कि परमाणु के सिद्धांत के आगे विकास के लिए, सूक्ष्म कणों की गति और बातचीत के बारे में बुनियादी विचारों पर गंभीर रूप से पुनर्विचार करना आवश्यक है। शास्त्रीय यांत्रिकी पर आधारित एक मॉडल की असंतोषजनक प्रकृति को परिमाणीकरण की स्थिति के अलावा बोहर ने स्पष्ट रूप से समझा था, जिनके विचारों का बीजीय कार्यों के आगे के विकास पर बहुत प्रभाव था। ए.एफ. के विकास में एक नए चरण की शुरुआत। फ्रांसीसी भौतिक विज्ञानी एल डी ब्रोगली (1924) द्वारा सूक्ष्म-वस्तुओं की गति की दोहरी प्रकृति के बारे में व्यक्त किया गया विचार था, विशेष रूप से इलेक्ट्रॉन (डी ब्रोगली तरंगें देखें)। यह विचार क्वांटम यांत्रिकी का प्रारंभिक बिंदु बन गया (देखें क्वांटम यांत्रिकी), जिसे 1925-26 में डब्ल्यू। हाइजेनबर्ग और एम। बॉर्न (जर्मनी), ई। श्रोडिंगर (ऑस्ट्रिया), और पी। डिराक (इंग्लैंड) के कार्यों द्वारा बनाया गया था। और इसके आधार पर परमाणु का आधुनिक क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत विकसित हुआ।

एक इलेक्ट्रॉन (सामान्य रूप से माइक्रोपार्टिकल्स) की गति के बारे में क्वांटम यांत्रिकी के विचार शास्त्रीय लोगों से मौलिक रूप से भिन्न होते हैं। क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार, एक इलेक्ट्रॉन एक ठोस गेंद की तरह एक प्रक्षेपवक्र (कक्षा) के साथ नहीं चलता है; एक इलेक्ट्रॉन की गति में तरंगों के प्रसार की कुछ विशेषताएं भी होती हैं। एक ओर, एक इलेक्ट्रॉन हमेशा (उदाहरण के लिए, टकराव में) एक पूरे के रूप में कार्य करता है, एक अविभाज्य आवेश और द्रव्यमान वाले कण के रूप में; उसी समय, एक निश्चित ऊर्जा और गति वाले इलेक्ट्रॉन एक निश्चित आवृत्ति (और एक निश्चित तरंग दैर्ध्य) के साथ एक समतल तरंग की तरह फैलते हैं। इलेक्ट्रॉन ऊर्जा इकण आवृत्ति से कैसे संबंधित हैं वीइलेक्ट्रॉन तरंग अनुपात: ई = एचवी,और इसकी गति आर -तरंग दैर्ध्य के साथ λ अनुपात: पी = एच / λ।

एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की स्थिर गति, जैसा कि श्रोडिंगर (1926) द्वारा दिखाया गया है, कुछ मायनों में खड़ी तरंगों के अनुरूप हैं (खड़ी तरंगें देखें) , जिनके आयाम अलग-अलग बिंदुओं पर अलग-अलग होते हैं। उसी समय, परमाणु में, जैसा कि एक ऑसिलेटरी सिस्टम में होता है, केवल कुछ "चयनित" आंदोलन ऊर्जा के कुछ मूल्यों, कोणीय गति और परमाणु में इलेक्ट्रॉन गति के प्रक्षेपण के साथ संभव हैं। एक परमाणु की प्रत्येक स्थिर अवस्था को कुछ तरंग फलन (वेव फंक्शन देखें) का उपयोग करके वर्णित किया जाता है। , जो एक विशेष प्रकार के तरंग समीकरण का समाधान है - श्रोडिंगर समीकरण; तरंग फ़ंक्शन "इलेक्ट्रॉन क्लाउड" से मेल खाता है, जो परमाणु में इलेक्ट्रॉन चार्ज घनत्व के वितरण (औसतन) की विशेषता है (एटम देखें) , वहाँ पर चावल। 3 हाइड्रोजन परमाणु के "इलेक्ट्रॉन बादलों" के अनुमान दिखाए गए हैं)। 20-30 के दशक में। जटिल परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन आवेश घनत्व के वितरण की गणना के लिए अनुमानित तरीके विकसित किए गए, विशेष रूप से थॉमस-फर्मी विधि (1926, 1928)। यह मान और तथाकथित का संबद्ध मूल्य। परमाणु कारक (परमाणु कारक देखें) परमाणुओं के साथ इलेक्ट्रॉन टकराव के अध्ययन के साथ-साथ एक्स-रे के उनके प्रकीर्णन के अध्ययन में महत्वपूर्ण है।

क्वांटम यांत्रिकी के आधार पर श्रोडिंगर समीकरण को हल करके जटिल परमाणुओं में इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा की सही गणना करना संभव था। इस तरह की गणना के लिए अनुमानित तरीके 1928 में डी। हार्ट्री (इंग्लैंड) द्वारा और 1930 में वी। ए। फोक (यूएसएसआर) द्वारा विकसित किए गए थे। परमाणु स्पेक्ट्रा के अध्ययन ने परमाणु के क्वांटम यांत्रिक सिद्धांत की पूरी तरह से पुष्टि की। यह पता चला कि एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की स्थिति अनिवार्य रूप से उसके स्पिन a . पर निर्भर करती है - गति का अपना यांत्रिक क्षण। परमाणु पर बाहरी विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों की क्रिया के लिए एक स्पष्टीकरण दिया गया था (देखें स्टार्क घटना (स्टार्क प्रभाव देखें), ज़ीमन घटना)। इलेक्ट्रॉन स्पिन से संबंधित एक महत्वपूर्ण सामान्य सिद्धांत स्विस भौतिक विज्ञानी डब्ल्यू पाउली (1925) (पॉली सिद्धांत देखें) द्वारा खोजा गया था, इस सिद्धांत के अनुसार, एक परमाणु में प्रत्येक इलेक्ट्रॉनिक अवस्था में केवल एक इलेक्ट्रॉन हो सकता है; यदि यह अवस्था पहले से ही किसी इलेक्ट्रॉन के कब्जे में है, तो परमाणु की संरचना में प्रवेश करने वाला अगला इलेक्ट्रॉन, दूसरे राज्य पर कब्जा करने के लिए मजबूर हो जाता है। पाउली सिद्धांत के आधार पर, जटिल परमाणुओं में इलेक्ट्रॉन के गोले की भरने की संख्या अंततः स्थापित की गई, जो तत्वों के गुणों की आवधिकता निर्धारित करती है। क्वांटम यांत्रिकी के आधार पर, जर्मन भौतिकविदों डब्ल्यू। गेटलर और एफ। लंदन (1927) ने तथाकथित का सिद्धांत दिया। दो समान परमाणुओं (उदाहरण के लिए, H 2 अणु में हाइड्रोजन परमाणु) का होमोपोलर रासायनिक बंधन, जिसे परमाणु के बोहर मॉडल के ढांचे के भीतर नहीं समझाया जा सकता है।

30 के दशक में क्वांटम यांत्रिकी के महत्वपूर्ण अनुप्रयोग। और बाद में बाध्य परमाणुओं का अध्ययन किया गया जो एक अणु या क्रिस्टल बनाते हैं। एक परमाणु की अवस्थाएँ जो एक अणु का हिस्सा होती हैं, अनिवार्य रूप से एक मुक्त परमाणु की अवस्थाओं से भिन्न होती हैं। एक इंट्राक्रिस्टलाइन क्षेत्र की कार्रवाई के तहत परमाणु भी एक क्रिस्टल में महत्वपूर्ण परिवर्तन से गुजरता है, जिसका सिद्धांत सबसे पहले एच। बेथे (1929) द्वारा विकसित किया गया था। इन परिवर्तनों की जांच करके, कोई भी अपने पर्यावरण के साथ परमाणु की बातचीत की प्रकृति को स्थापित कर सकता है। इस क्षेत्र में सबसे बड़ी प्रयोगात्मक उपलब्धि ए.एफ. ई. के. ज़ावोस्की द्वारा 1944 में इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेजोनेंस की खोज की गई थी (इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेजोनेंस देखें) , जिसने पर्यावरण के साथ परमाणुओं के विभिन्न बंधनों का अध्ययन करना संभव बनाया।

आधुनिक परमाणु भौतिकी।आधुनिक ए.एफ. के मुख्य खंड। परमाणु का सिद्धांत, परमाणु (ऑप्टिकल) स्पेक्ट्रोस्कोपी, एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी, रेडियो स्पेक्ट्रोस्कोपी (यह अणुओं के घूर्णी स्तरों की भी जांच करता है), और परमाणु और आयन टकराव की भौतिकी है। स्पेक्ट्रोस्कोपी के विभिन्न खंड विकिरण आवृत्तियों की विभिन्न श्रेणियों को कवर करते हैं और तदनुसार, फोटॉन ऊर्जा की विभिन्न श्रेणियां। जबकि एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी सैकड़ों हजारों इलेक्ट्रॉनों तक फोटॉन ऊर्जा वाले परमाणुओं के विकिरण का अध्ययन करता है। ईव,रेडियो स्पेक्ट्रोस्कोपी बहुत छोटे क्वांटा से संबंधित है - 10 -6 से कम क्वांटा तक ईव

ए.एफ. का सबसे महत्वपूर्ण कार्य। - एक परमाणु की अवस्थाओं की सभी विशेषताओं की विस्तृत परिभाषा। हम एक परमाणु की ऊर्जा के संभावित मूल्यों को निर्धारित करने के बारे में बात कर रहे हैं - इसकी ऊर्जा का स्तर, गति के क्षणों के मूल्य और अन्य मात्राएं जो परमाणु की स्थिति को दर्शाती हैं। ऊर्जा स्तरों की सूक्ष्म और अति सूक्ष्म संरचनाओं का अध्ययन किया जाता है (परमाणु स्पेक्ट्रा देखें) , विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों के प्रभाव में ऊर्जा के स्तर में परिवर्तन - बाहरी, स्थूल और आंतरिक, सूक्ष्म दोनों। ऊर्जा स्तर पर एक इलेक्ट्रॉन के जीवनकाल के रूप में परमाणु की अवस्थाओं की ऐसी विशेषता बहुत महत्वपूर्ण है। अंत में, परमाणु स्पेक्ट्रा के उत्तेजना के तंत्र पर बहुत ध्यान दिया जाता है।

AF के विभिन्न वर्गों द्वारा अध्ययन किए गए परिघटनाओं के क्षेत्र ओवरलैप होते हैं। एक्स-रे स्पेक्ट्रोस्कोपी एक्स-रे के उत्सर्जन और अवशोषण को मापकर एक परमाणु के नाभिक (आयनीकरण ऊर्जा) के साथ आंतरिक इलेक्ट्रॉनों की बाध्यकारी ऊर्जा को मुख्य रूप से निर्धारित करना संभव बनाता है, परमाणु के अंदर विद्युत क्षेत्र का वितरण। ऑप्टिकल स्पेक्ट्रोस्कोपी परमाणुओं द्वारा उत्सर्जित वर्णक्रमीय रेखाओं के सेट का अध्ययन करता है, परमाणु के ऊर्जा स्तरों की विशेषताओं, वर्णक्रमीय रेखाओं की तीव्रता और उनसे जुड़ी उत्तेजित अवस्थाओं में परमाणु के जीवनकाल, ऊर्जा स्तरों की बारीक संरचना को निर्धारित करता है, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों में उनका विस्थापन और विभाजन। रेडियो स्पेक्ट्रोस्कोपी वर्णक्रमीय रेखाओं की चौड़ाई और आकार, उनकी अति सूक्ष्म संरचना, चुंबकीय क्षेत्र में बदलाव और विभाजन, और सामान्य रूप से, माध्यम के बहुत कमजोर अंतःक्रियाओं और प्रभावों के कारण होने वाली अंतर-परमाणु प्रक्रियाओं की विस्तार से जांच करती है।

परमाणुओं के साथ तेजी से इलेक्ट्रॉनों और आयनों के टकराव के परिणामों का विश्लेषण परमाणु के अंदर इलेक्ट्रॉन चार्ज घनत्व ("इलेक्ट्रॉन क्लाउड") के वितरण, परमाणु की उत्तेजना ऊर्जा और आयनीकरण ऊर्जा के बारे में जानकारी प्राप्त करना संभव बनाता है।

परमाणुओं की संरचना के विस्तृत अध्ययन के परिणाम न केवल भौतिकी की कई शाखाओं में, बल्कि रसायन विज्ञान, खगोल भौतिकी और विज्ञान के अन्य क्षेत्रों में भी व्यापक रूप से लागू होते हैं। वर्णक्रमीय रेखाओं के विस्तार और परिवर्तन के अध्ययन के आधार पर, कोई भी माध्यम (तरल, क्रिस्टल) में स्थानीय (स्थानीय) क्षेत्रों का न्याय कर सकता है जो इन परिवर्तनों का कारण बनते हैं, और इस माध्यम की स्थिति (तापमान, घनत्व, आदि)। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉन आवेश घनत्व के वितरण और बाहरी अंतःक्रियाओं के दौरान इसके परिवर्तनों को जानने से यह अनुमान लगाना संभव हो जाता है कि एक परमाणु किस प्रकार के रासायनिक बंधों का निर्माण कर सकता है, एक क्रिस्टल जाली में एक आयन का व्यवहार। क्वांटम इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों के लिए परमाणुओं और आयनों के ऊर्जा स्तरों की संरचना और विशेषताओं के बारे में जानकारी अत्यंत महत्वपूर्ण है (देखें।

2 1. प्रस्तावना 1.1। परमाणु भौतिकी का विषय, इसके विकास का संक्षिप्त इतिहास, लक्ष्य और उद्देश्य 1.2. बुनियादी परिभाषाएँ। इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन, न्यूट्रॉन, परमाणु, आयन, अणु, न्यूक्लाइड, परमाणु नाभिक, रासायनिक तत्व, समस्थानिक 1.3। परमाणु के परमाणु और खोल गुण 1.4. परमाणु भौतिकी में भौतिक मात्राओं के मापन की इकाइयाँ। इलेक्ट्रॉन-वोल्ट। मोल, अवोगाद्रो स्थिरांक, परमाणु द्रव्यमान इकाई, सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान। परमाणु और परमाणु भौतिकी में ऊर्जा, लंबाई, आवृत्ति, द्रव्यमान के पैमाने 1.5। शास्त्रीय, सापेक्षतावादी और क्वांटम भौतिकी। गति और ऊर्जा 1.6। फोटॉन। फोटॉन एनर्जी स्केल (इलेक्ट्रोमैग्नेटिक रेडिएशन स्केल)

3 परमाणु की भौतिकी परमाणु भौतिकी (परमाणु और परमाणु घटना का भौतिकी) भौतिकी की एक शाखा है जो परमाणुओं की संरचना और गुणों का अध्ययन करती है, साथ ही प्रारंभिक प्रक्रियाओं में परमाणु भाग लेते हैं। परमाणु भौतिकी के अध्ययन की वस्तुएं दोनों हैं परमाणु और अणु, परमाणु और आणविक आयन, विदेशी परमाणु और अन्य सूक्ष्म कण परमाणु भौतिकी के ढांचे के भीतर अध्ययन की गई घटनाओं में, विद्युत चुम्बकीय बातचीत मुख्य भूमिका निभाती है। अर्धचालक और नैनोमटेरियल्स) परमाणु भौतिकी का सैद्धांतिक आधार ही क्वांटम सिद्धांत और क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक्स है। परमाणु भौतिकी और भौतिकी की अन्य शाखाओं के बीच कोई स्पष्ट सीमा नहीं है, और अंतर्राष्ट्रीय वर्गीकरण के अनुसार, परमाणु भौतिकी को परमाणु, आणविक भौतिकी और प्रकाशिकी के क्षेत्र में शामिल किया गया है।

4 परमाणु भौतिकी के विकास का एक संक्षिप्त इतिहास प्राचीन यूनानी वैज्ञानिकों (5वीं - दूसरी शताब्दी ईसा पूर्व) द्वारा "परमाणु" की अवधारणा का उपयोग सबसे छोटे, अविभाज्य कणों को संदर्भित करने के लिए किया गया था जो दुनिया में मौजूद हर चीज को बनाते हैं। की प्रायोगिक पुष्टि परमाणुवादी विचार 19वीं शताब्दी में रासायनिक और भौतिक अनुसंधान में प्राप्त हुए थे। यह विचार कि एक परमाणु में धनात्मक और ऋणात्मक आवेश वाले भाग होते हैं, 19वीं शताब्दी के उत्तरार्ध में प्रमाणित हुआ। 1897 में, जे.जे. थॉमसन ने इलेक्ट्रॉन की खोज की, और जल्द ही यह साबित हो गया कि यह सभी परमाणुओं का एक अभिन्न अंग है।भौतिकी, परमाणु भौतिकी और कुछ समय बाद, प्राथमिक कण भौतिकी

5 परमाणु भौतिकी के विकास का एक संक्षिप्त इतिहास आधुनिक परमाणु भौतिकी की नींव 20वीं शताब्दी की शुरुआत में रखी गई थी, जब एन. बोहर ने परमाणु के कई सबसे महत्वपूर्ण गुणों की व्याख्या (1913) की और दो को सामने रखा। क्वांटम" अभिधारणाएँ उनमें से पहले के अनुसार, परमाणु की विशेष (स्थिर) अवस्थाएँ होती हैं जिनमें उत्तरार्द्ध ऊर्जा का विकिरण नहीं करता है, हालाँकि इसकी संरचना में शामिल आवेशित कण (इलेक्ट्रॉन) त्वरित गति करते हैं, दूसरे अभिधारणा के अनुसार, एक परमाणु का विकिरण एक स्थिर अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण के दौरान होता है, और इस विकिरण की आवृत्ति स्थिति h = E - E (बोहर की आवृत्ति नियम) से निर्धारित होती है, जहाँ h प्लैंक स्थिरांक है, E और E मान हैं प्रारंभिक और अंतिम अवस्थाओं में परमाणु की ऊर्जा का। पहला अभिधारणा परमाणु की स्थिरता के तथ्य को दर्शाता है, दूसरा परमाणु स्पेक्ट्रा में आवृत्तियों की विसंगति को दर्शाता है

6 परमाणु भौतिकी के विकास का एक संक्षिप्त इतिहास बोहर के सिद्धांत, जो परमाणुओं और अणुओं के गुणों को पूरी तरह से समझाने में असमर्थ साबित हुआ, को 1920 और 1930 के दशक में बनाए गए एक सुसंगत क्वांटम सिद्धांत (डब्ल्यू। हाइजेनबर्ग, ई। श्रोडिंगर, पी। डिराक) फिर भी, बोह्र की अभिधारणाएं अभी भी अपने महत्व को बरकरार रखती हैं और सूक्ष्म घटना के भौतिकी की नींव का एक अभिन्न अंग हैं। आधुनिक क्वांटम सिद्धांत के ढांचे के भीतर, परमाणु के गुणों का सबसे पूर्ण विवरण दिया गया है: गठन के सिद्धांत ऑप्टिकल और एक्स-रे स्पेक्ट्रा, चुंबकीय (ज़ीमन प्रभाव) और इलेक्ट्रिक (स्टार्क प्रभाव) क्षेत्रों में परमाणुओं का व्यवहार, तत्वों की आवधिक प्रणाली और रासायनिक बंधन की प्रकृति को सैद्धांतिक रूप से प्रमाणित किया गया था, इलेक्ट्रॉनिक संरचना की गणना के लिए तरीके विकसित किए गए थे। परमाणुओं, अणुओं और ठोस पदार्थों (हार्ट्री-फॉक स्व-संगत क्षेत्र विधि) की, पदार्थ की संरचना और गुणों का अध्ययन करने के लिए नए उपकरणों का निर्माण किया गया (इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप) क्वांटम सिद्धांत के विचारों का विकास (जीआई) स्पिन परिकल्पना, पाउली सिद्धांत, आदि), बदले में, परमाणु भौतिकी (परमाणुओं की रेखा स्पेक्ट्रा, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव, वर्णक्रमीय रेखाओं की ठीक और अति सूक्ष्म संरचना, फ्रैंक के प्रयोग और प्रयोग) के क्षेत्र में प्रयोगात्मक अध्ययन पर आधारित थी। हर्ट्ज, डेविसन और जर्मर, स्टर्न और गेरलाच, प्रभाव कॉम्पटन, ड्यूटेरियम और अन्य समस्थानिकों की खोज, बरमा प्रभाव, आदि)

7 परमाणु भौतिकी के विकास का एक संक्षिप्त इतिहास 20वीं शताब्दी के दूसरे तीसरे भाग में, परमाणु भौतिकी के ढांचे के भीतर और क्वांटम सिद्धांत के विचारों के आधार पर, भौतिक अनुसंधान के नए प्रयोगात्मक तरीकों का विकास किया गया: इलेक्ट्रॉन पैरामैग्नेटिक रेजोनेंस (ईपीआर), फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी (पीईएस), इलेक्ट्रॉन प्रभाव स्पेक्ट्रोस्कोपी (ईएसआई), उनके कार्यान्वयन के लिए उपकरण (मेजर, लेजर, आदि) बनाए गए हैं। क्वांटम सिद्धांत के मौलिक सिद्धांत (क्वांटम राज्यों का हस्तक्षेप, स्तरों का लैम्ब शिफ्ट, आदि) प्राप्त हुए हैं। प्रत्यक्ष प्रायोगिक पुष्टि, पदार्थ की इलेक्ट्रॉनिक संरचना (घनत्व कार्यात्मक सिद्धांत) की गणना के लिए नए तरीके, और नई भौतिक घटना (सुपररेडिएशन) की भविष्यवाणी की गई है, विद्युत और चुंबकीय क्षेत्रों द्वारा आयोजित एकल परमाणुओं, आयनों और इलेक्ट्रॉनों के साथ होने वाली प्रक्रियाओं के प्रयोगात्मक अध्ययन के लिए तरीके विकसित किए गए हैं। एक विशेष विन्यास की (परमाणु और आयन "जाल")

8 परमाणु भौतिकी के विकास का एक संक्षिप्त इतिहास 20वीं शताब्दी के अंतिम तीसरे और 21वीं सदी की शुरुआत में परमाणु भौतिकी के क्षेत्र में नए परिणाम मुख्य रूप से एकल परमाणुओं और अणुओं के साथ लेजर माप के उपयोग से जुड़े हैं, निर्धारित करते हैं परमाणुओं की अत्यधिक उत्तेजित अवस्थाओं की विशेषताएँ, कई फीमटोसेकंड (10–15 सेकंड) तक चलने वाली इंट्राआटोमिक और इंट्रामोल्युलर प्रक्रियाओं की गतिशीलता का अध्ययन करती हैं, साथ ही साथ व्यक्तिगत परमाणुओं को अल्ट्रालो तापमान पर ठंडा करती हैं। के क्षेत्र में हाल के दशकों के सैद्धांतिक अध्ययन परमाणु भौतिकी कंप्यूटर प्रौद्योगिकी की तीव्र प्रगति से जुड़ी है और इसका उद्देश्य कुशल तरीके और साधन विकसित करना है बहुइलेक्ट्रॉन परमाणु प्रणालियों की संरचना और गुण, इलेक्ट्रॉन सहसंबंध ऊर्जा, सापेक्षतावादी क्वांटम यांत्रिक और क्वांटम इलेक्ट्रोडायनामिक सुधारों को ध्यान में रखते हुए

परमाणु भौतिकी के क्षेत्र में अनुसंधान ने कई वैज्ञानिक और व्यावहारिक अनुप्रयोगों को पाया है औद्योगिक उद्देश्यों के लिए, किसी पदार्थ की मौलिक संरचना का निर्धारण करने के लिए, परमाणु वर्णक्रमीय विश्लेषण विधियों का उपयोग किया जाता है, जिसमें ईपीआर, एफईएस और एसईए शामिल हैं भूवैज्ञानिक, जैविक और चिकित्सा को हल करने के लिए समस्याओं, दूरस्थ और स्थानीय लेजर वर्णक्रमीय परमाणु विश्लेषण के तरीके, लेजर आइसोटोप पृथक्करण औद्योगिक और तकनीकी उद्देश्यों के लिए किया जाता है परमाणु भौतिकी के प्रायोगिक और सैद्धांतिक तरीकों का उपयोग खगोल भौतिकी में किया जाता है (तारों और इंटरस्टेलर के पदार्थ की संरचना और भौतिक विशेषताओं का निर्धारण) माध्यम, रिडबर्ग परमाणुओं का अध्ययन), मेट्रोलॉजी (परमाणु घड़ियां) और विज्ञान और प्रौद्योगिकी के अन्य क्षेत्र

10 परमाणु भौतिकी के पाठ्यक्रम के लक्ष्य और उद्देश्य सामान्य भौतिकी के पाठ्यक्रम के हिस्से के रूप में "परमाणु और परमाणु घटना के भौतिकी" अनुशासन का मुख्य लक्ष्य, परमाणु पर सूक्ष्म घटना के भौतिकी के बुनियादी ज्ञान का निर्माण करना है- आणविक स्तर और लागू समस्याओं को हल करने के लिए उन्हें लागू करने की क्षमता इस लक्ष्य को प्राप्त करने के लिए निम्नलिखित कार्यों को हल किया जाता है: - परमाणु के विकास और क्वांटम अवधारणाओं के गठन का विश्लेषण; - परमाणु भौतिकी और उनके अंतर्संबंध के सबसे महत्वपूर्ण प्रयोगात्मक तथ्यों का अध्ययन; - सूक्ष्म-घटना की बारीकियों का खुलासा करना और उन्हें समझाने के लिए शास्त्रीय सिद्धांत की विफलता; - क्वांटम यांत्रिकी के मूल सिद्धांतों और क्वांटम यांत्रिक समस्याओं को हल करने के तरीकों का अध्ययन; - परमाणुओं और अणुओं की संरचना और गुणों के क्वांटम सिद्धांत के आधार पर व्यवस्थित अध्ययन और स्पष्टीकरण, बाहरी क्षेत्रों में उनका व्यवहार और एक दूसरे के साथ बातचीत में

12 इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रॉन एक ऋणात्मक विद्युत आवेश वाला एक स्थिर प्राथमिक कण है इलेक्ट्रॉन आवेश का निरपेक्ष मान प्राथमिक आवेश q e = –e –1.610 –19 C के बराबर होता है इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान m e = m-31 kg इलेक्ट्रॉन ½ है इलेक्ट्रॉन का चुंबकीय क्षण लगभग बोहर मैग्नेटन μ e - μ B - -4 eV / T के बराबर होता है प्रतीक e या e का उपयोग इलेक्ट्रॉन को नामित करने के लिए किया जाता है - इलेक्ट्रॉन सभी परमाणुओं और आयनों के इलेक्ट्रॉन गोले बनाते हैं। इलेक्ट्रॉन में एक एंटीपार्टिकल पॉज़िट्रॉन (e +) होता है

15 प्रोटॉन एक धनात्मक विद्युत आवेश वाला एक स्थिर प्राथमिक कण है प्रोटॉन का आवेश प्राथमिक आवेश के बराबर होता है q p = e-19 C प्रोटॉन का द्रव्यमान m p 1836m e-27 kg प्रोटॉन का स्पिन ½ चुंबकीय होता है प्रोटॉन का आघूर्ण μp-8 eV/T प्रोटॉन में एक प्रतिकण प्रतिप्रोटॉन (p-) होता है

16 एक एंटीप्रोटोन का विनाश एक एंटीप्रोटोन (नीला ट्रैक) एक बुलबुला कक्ष में एक प्रोटॉन से टकराता है जिसके परिणामस्वरूप चार सकारात्मक पायन (लाल ट्रैक) और चार नकारात्मक पायन (हरे रंग के ट्रैक) होते हैं। पीला ट्रैक एक म्यूऑन से संबंधित होता है, जिसके परिणामस्वरूप पैदा होता है पायन क्षय का

17 न्यूट्रॉन न्यूट्रॉन प्राथमिक कण शून्य विद्युत आवेश के साथ एक मुक्त अवस्था में न्यूट्रॉन का जीवनकाल लगभग 886 s होता है न्यूट्रॉन का द्रव्यमान m n 1839m e-27 kg न्यूट्रॉन का स्पिन ½ होता है विद्युत आवेश की अनुपस्थिति के बावजूद, न्यूट्रॉन एक चुंबकीय क्षण है μ n - -8 eV / T न्यूट्रॉन प्रतीक n या n द्वारा निरूपित है 0 न्यूट्रॉन में एक एंटीपार्टिकल एंटीन्यूट्रॉन होता है प्रोटॉन और न्यूट्रॉन सामान्य नाम न्यूक्लियंस द्वारा एकजुट होते हैं परमाणु नाभिक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से मिलकर बनता है

18 न्यूट्रॉन क्योंकि न्यूट्रॉन में कोई विद्युत आवेश नहीं होता है, वे कण डिटेक्टर कक्षों में ट्रैक नहीं छोड़ते हैं न्यूट्रॉन को फिर भी अन्य आवेशित कणों के साथ उनकी बातचीत से पता लगाया जा सकता है रंगीन छवि हाइड्रोजन गैस, एथिल अल्कोहल के मिश्रण से भरे बादल कक्ष में कण ट्रैक दिखाती है और पानी न्यूट्रॉन बीम नीचे से कक्ष में प्रवेश करता है और ऑक्सीजन और कार्बन परमाणुओं के रूपांतरण का कारण बनता है, जो एथिल अल्कोहल के अणुओं का हिस्सा हैं।

19 परमाणु परमाणु एक माइक्रोपार्टिकल है जिसमें एक परमाणु नाभिक और उसके आसपास के इलेक्ट्रॉन (इलेक्ट्रॉन शेल) होते हैं। न्यूट्रॉन का मान शून्य होता है, इलेक्ट्रॉन आवेश e के बराबर होता है, तब जब कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या नाभिक में प्रोटॉनों की संख्या के बराबर होती है, तो परमाणु का कुल विद्युत आवेश शून्य होता है। इस तथ्य के लिए कि एक प्रोटॉन का द्रव्यमान (एक न्यूट्रॉन की तरह) एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान से लगभग 2 हजार गुना अधिक होता है, परमाणु का लगभग पूरा द्रव्यमान () नाभिक में केंद्रित होता है

20 गोल्ड एटम एयू एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्राप्त एकल सोने के परमाणु की छवि 35 मिमी . के आकार का आवर्धन समय

22 सिलिकॉन परमाणु एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्राप्त सिलिकॉन परमाणुओं की रंगीन छवि। क्रिस्टल की इकाई सेल को दिखाया गया है। परमाणुओं के बीच के बंधन भी दिखाई दे रहे हैं। 35 मिमी . के आकार का आवर्धन समय

24 यूरेनियम परमाणु यू एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके यूरेनियम परमाणुओं की एक रंगीन छवि प्राप्त की गई थी। छोटे नियमित बिंदु व्यक्तिगत परमाणु होते हैं, बड़े फॉर्मेशन क्लस्टर होते हैं जिनमें 2-20 परमाणु होते हैं देखने का क्षेत्र लगभग 100 है। 35 मिमी . के आकार तक का आवर्धन

25 यूरेनल माइक्रोक्रिस्टल यूओ 2 2+ एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके प्राप्त यूरेनिल माइक्रोक्रिस्टल की रंगीन छवि प्रत्येक स्पेक एक एकल यूरेनियम परमाणु का प्रतिनिधित्व करता है 35 मिमी के आकार के लिए आवर्धन समय

27 रासायनिक तत्व, न्यूक्लाइड, आइसोटोप नाभिक में एक निश्चित संख्या में प्रोटॉन Z वाले परमाणु एक ही रासायनिक तत्व के होते हैं। Z संख्या को किसी रासायनिक तत्व का परमाणु क्रमांक कहते हैं। परमाणु के एक समूह के नाभिक में एक निश्चित संख्या में प्रोटॉन Z और न्यूट्रॉन N होते हैं, जिसे न्यूक्लाइड कहा जाता है। तत्व के नाम में द्रव्यमान संख्या A के मान को Z + N (उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन -16, यूरेनियम -235) के योग के बराबर जोड़कर या संख्या A को प्रतीक के पास रखकर न्यूक्लाइड को नामित किया जाता है। तत्व (16 ओ, 235 यू)। एक ही तत्व के न्यूक्लाइड को समस्थानिक कहते हैं। एक प्रोटॉन और एक इलेक्ट्रॉन से मिलकर बने हाइड्रोजन परमाणु के सबसे हल्के परमाणु का द्रव्यमान mH 1.67 10-27 kg के बराबर होता है। शेष परमाणुओं का द्रव्यमान mH से लगभग A गुना अधिक है। प्रकृति में 90 रासायनिक तत्व और 300 से अधिक विभिन्न न्यूक्लाइड हैं; उनमें से 270 स्थिर हैं, बाकी रेडियोधर्मी हैं। कृत्रिम रूप से प्राप्त रेडियोधर्मी न्यूक्लाइड के बारे में।

31 आयन किसी परमाणु से इलेक्ट्रॉनों को हटाने या जोड़ने की प्रक्रिया को आयनीकरण कहा जाता है यदि कोश में इलेक्ट्रॉनों की संख्या Z से कम है, तो एक सकारात्मक परमाणु आयन प्राप्त होता है, यदि Z से अधिक ऋणात्मक है। इस प्रकार, एक आयन एक विद्युत आवेशित परमाणु है (या अणु) जो एक या एक से अधिक इलेक्ट्रॉनों को एक तटस्थ परमाणु (या अणु) से अलग करने या संलग्न करने पर बनता है

32 आयन सकारात्मक रूप से आवेशित आयनों को धनायन कहा जाता है, ऋणात्मक रूप से आवेशित आयन। आयनों को एक रासायनिक प्रतीक द्वारा एक सूचकांक के साथ दर्शाया जाता है जो बहुलता (प्राथमिक आवेश की इकाइयों में आवेश की मात्रा) और आयन के संकेत को इंगित करता है: H -, Na +, UO 2 2+ आयन दोनों स्थिर रूप हो सकते हैं (आमतौर पर) समाधान या क्रिस्टल में), इसलिए और अस्थिर (सामान्य परिस्थितियों में गैसों में) परमाणु धनायन +(Z-1) के आवेश तक प्राप्त किए जा सकते हैं। इसलिए, उदाहरण के लिए, आयन त्वरक पर U 90+ और U 91+ प्राप्त किए गए थे। 2 या अधिक के आवेश वाले परमाणु आयन मुक्त अवस्था में मौजूद नहीं होते हैं।

34 अणु एक अणु एक पदार्थ का सबसे छोटा स्थिर कण है, जिसमें एक से अधिक परमाणु होते हैं। एक अणु परमाणु नाभिक की एक निश्चित संरचना, इलेक्ट्रॉनों की संख्या और एक स्थानिक संरचना की विशेषता है। रासायनिक सूत्रों का उपयोग मात्रात्मक और इंगित करने के लिए किया जाता है अणुओं की गुणात्मक संरचना: ओ 2 (ऑक्सीजन अणु), एच 2 ओ (अणु पानी), सीएच 4 (मीथेन अणु), सी 6 एच 6 (बेंजीन अणु), सी 60 (फुलरीन अणु)

39 डीएनए अणु एक ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप का उपयोग करके डीएनए अणु की एक रंगीन छवि प्राप्त की गई थी एक उच्च वैक्यूम वाले कक्ष में, एक डीएनए नमूना प्लैटिनम की एक पतली परत के साथ लेपित होता है धातुई कोटिंग एक इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप में एक विपरीत छवि देता है

परमाणु के 40 परमाणु और खोल गुण परमाणु गुणशैल गुण नाभिक की संरचना द्वारा निर्धारित: रेडियोधर्मिता, परमाणु प्रतिक्रियाओं में भाग लेने की क्षमता, आदि। इलेक्ट्रॉन खोल की संरचना द्वारा निर्धारित: रासायनिक, भौतिक (विद्युत, चुंबकीय, ऑप्टिकल, आदि) ।) 42 ऊर्जा एसआई में ऊर्जा की इकाई जूल (जे) है, हालांकि, वस्तुओं के ऊर्जा मूल्यों और परमाणु भौतिकी की घटनाओं के लिए, ऐसी इकाई का शायद ही कभी उपयोग किया जाता है। अधिक सामान्यतः उपयोग किया जाता है एक ऑफ- ऊर्जा की प्रणाली इकाई जिसे इलेक्ट्रॉन वोल्ट (ईवी, ईवी) कहा जाता है, जो 1 वोल्ट: 1 ईवी = जे -6 ईवी) के त्वरित संभावित अंतर से होकर गुजरती है, इलेक्ट्रॉन-वोल्ट की इकाइयों के साथ-साथ कुछ अन्य: राइडबर्ग (Rydberg, Ry), hartree (hartree, Ha, या परमाणु इकाई, a. e.) Rydberg संख्यात्मक रूप से आयनीकरण ऊर्जा के बराबर है नाभिक के अनंत द्रव्यमान के सन्निकटन में जमीनी अवस्था से एक हाइड्रोजन परमाणु का: 1 Ry eV Hartree एक अनंत के सन्निकटन में हाइड्रोजन परमाणु की जमीनी अवस्था में एक इलेक्ट्रॉन की स्थितिज ऊर्जा के निरपेक्ष मान के बराबर होता है नाभिक का द्रव्यमान: 1 Ha = 2 Ry eV परमाणु प्रणालियों के राज्यों की ऊर्जा, साथ ही राज्यों के बीच संक्रमण को अन्य इकाइयों में मापा जा सकता है

43 मास एसआई में द्रव्यमान की इकाई किलोग्राम (किलो) है, हालांकि, परमाणु भौतिकी की वस्तुओं के द्रव्यमान को मापने के लिए, माप की एक ऑफ-सिस्टम इकाई का उपयोग किया जाता है, जिसे परमाणु द्रव्यमान इकाई (एमु) कहा जाता है। परमाणु द्रव्यमान इकाई एक अनबाउंड, अनएक्साइटेड कार्बन-12 परमाणु (12 सी): 1 ए के द्रव्यमान के 1/12 के बराबर है। ई. एम किलो 1 ए। mu एक प्रोटॉन या न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के लगभग बराबर होता है सापेक्ष परमाणु द्रव्यमान एक परमाणु का द्रव्यमान होता है, जिसे a में व्यक्त किया जाता है। मी. अवोगाद्रो स्थिरांक N A एक भौतिक नियतांक है जो संख्यात्मक रूप से शुद्ध कार्बन-12 समस्थानिक के 12 g में परमाणुओं की संख्या के बराबर है: N A mol-1 मोल (एसआई में किसी पदार्थ की मात्रा की एक इकाई) में परिभाषा के अनुसार N A संरचनात्मक तत्व होते हैं ( परमाणु, अणु, आयन)।

44 लंबाई लंबाई की SI इकाई मीटर (m) है। 1 मीटर उस दूरी के बराबर है जो प्रकाश निर्वात में 1/सेकंड के बराबर समय अंतराल में यात्रा करता है। रेडियो रेंज में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के तरंग दैर्ध्य के माप के अपवाद के साथ, परमाणु भौतिकी में लंबाई की ऐसी इकाई का उपयोग शायद ही कभी किया जाता है, और इसके बजाय, रैखिक आयामों को मापने के लिए, साथ ही तरंग दैर्ध्य, एक मीटर की सब-मल्टीपल इकाइयों का उपयोग किया जाता है: सेंटीमीटर ( सेमी, 1 सेमी \u003d 10 -2 मीटर), मिलीमीटर (मिमी, 1 मिमी = 10–3 मीटर), माइक्रोमीटर (माइक्रोन, माइक्रोन, 1 माइक्रोन = 10–6 मीटर), नैनोमीटर (एनएम, 1 एनएम = 10–9 मी), पिकोमीटर (अपराह्न 1 बजे = 10-12 मीटर) और अन्य, साथ ही ऑफ-सिस्टम इकाइयां: एंगस्ट्रॉम (Å, 1 Å = 0.1 एनएम = 10–10 मीटर), बोरॉन (या बोहर त्रिज्या) (1 बोरान )

45 Time समय की SI इकाई दूसरी (s) है। परमाणु समय मानक: एक सेकंड (या परमाणु सेकंड) आइसोटोप 133 Cs (सीज़ियम -133) की जमीनी अवस्था की हाइपरफाइन संरचना के दो स्तरों के बीच ऊर्जा संक्रमण के अनुरूप विद्युत चुम्बकीय विकिरण की अवधि के बराबर है। तेज प्रक्रियाओं की अवधि परमाणु भौतिकी में आमतौर पर एक सेकंड की भिन्नात्मक इकाइयों में मापा जाता है: नैनो-, पिको- या फेमटोसेकंड (एनएस, पीएस, एफएस, 1 एफएस = 10 -15 एस)

परमाणु और परमाणु भौतिकी में भौतिक मात्रा के 46 पैमाने परमाणु भौतिकी की घटना 10-12 मीटर (भारी परमाणुओं के आंतरिक उपकोश) से नैनोमीटर (परमाणुओं और छोटे अणुओं के आकार) के दसवें हिस्से तक, 10-6 ईवी से ऊर्जा के आयामों की विशेषता है। (स्तरों की अति सूक्ष्म संरचना) से 10 5 ईवी (आंतरिक उपकोशों के इलेक्ट्रॉनों की बाध्यकारी ऊर्जा), दसियों फेमटोसेकंड (अल्ट्राशॉर्ट लेजर पल्स की अवधि) से हजारों सेकंड (परमाणुओं की मेटास्टेबल अवस्थाओं का जीवनकाल) अणुओं के विशिष्ट आकार 0.1 हैं -1 एनएम। सबसे छोटे अणु (एच 2) की आंतरिक दूरी एनएम है। डीएनए मैक्रोमोलेक्यूल्स और कई पॉलिमर में मैक्रोस्कोपिक आयाम हो सकते हैं। इस प्रकार, एक खुला डीएनए हेलिक्स की लंबाई लगभग 2 एनएम की चौड़ाई के साथ कई सेंटीमीटर तक पहुंच सकती है।

47 फोटॉन एक फोटॉन, या विद्युत चुम्बकीय विकिरण (क्षेत्र) की मात्रा, एक द्रव्यमान रहित प्राथमिक कण है जिसमें विद्युत आवेश नहीं होता है एक निर्वात में, एक फोटॉन एक गति से चलता है c एक फोटॉन में 1 के बराबर एक स्पिन होता है। फोटॉन प्रसार की दिशा के लंबवत दिशाओं पर स्पिन इसके ध्रुवीकरण की स्थिति निर्धारित करते हैं

11.1. परमाणु का रदरफोर्ड मॉडल

1911 तक परमाणु की संरचना के बारे में कोई सही विचार नहीं थे। 1911 में, रदरफोर्ड और उनके सहयोगियों ने धातु की पतली परतों से गुजरते समय -कणों के प्रकीर्णन का अध्ययन किया (-कण रेडियोधर्मी तत्वों का उत्सर्जन करते हैं। वे 2 के आवेश के साथ हीलियम परमाणुओं के नाभिक होते हैं। इऔर एक हाइड्रोजन परमाणु के द्रव्यमान से लगभग 4 गुना अधिक द्रव्यमान। उनकी गति पहुँचती है  10 7 एमएस) यह पाया गया कि सोने की एक शीट की मोटाई के साथ विकिरण करने पर 6 µm 8000 -कणों में से केवल एक ने गति की प्रारंभिक दिशा से महत्वपूर्ण विचलन का अनुभव किया। परिणाम उस समय के लिए उतना ही अप्रत्याशित था, मानो, जब एक ईंट की दीवार पर कई हजार ईंटों की मोटी ईंटें दागी जाती थीं, तो लगभग सभी ईंटें दीवार से होकर गुजरती थीं और कुछ ही दीवार से उछलती थीं।

अपने शोध के आधार पर रदरफोर्ड ने परमाणु का एक परमाणु मॉडल प्रस्तावित किया। इस मॉडल के अनुसार, एक परमाणु में एक आवेश के साथ एक धनात्मक नाभिक होता है जेडइ (जेड- आवर्त सारणी में तत्व की क्रम संख्या, इ- प्राथमिक आवेश), आकार 10 -5 -10 -4 A (1A \u003d 10 -10 m) और द्रव्यमान लगभग एक परमाणु के द्रव्यमान के बराबर होता है। इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर बंद कक्षाओं में घूमते हैं, जिससे परमाणु का इलेक्ट्रॉन खोल बनता है। चूँकि परमाणु उदासीन होते हैं, इसलिए नाभिक के चारों ओर घूमना चाहिए जेडइलेक्ट्रॉन जिनका कुल आवेश है जेडई. परमाणु के आयाम आयामों द्वारा निर्धारित होते हैं

इलेक्ट्रॉनों की बाहरी कक्षाएँ और A की इकाइयों के क्रम की हैं।

इलेक्ट्रॉनों का द्रव्यमान नाभिक के द्रव्यमान का एक बहुत छोटा अंश होता है (हाइड्रोजन के लिए 0.054%, अन्य तत्वों के लिए 0.03% से कम)। "इलेक्ट्रॉन आकार" की अवधारणा को लगातार तैयार नहीं किया जा सकता है, हालांकि आर हे 10 -3 A को इलेक्ट्रॉन की शास्त्रीय त्रिज्या कहते हैं।

तो, एक परमाणु का नाभिक परमाणु के आयतन के एक नगण्य हिस्से पर कब्जा कर लेता है और व्यावहारिक रूप से परमाणु का पूरा ( 99.95%) द्रव्यमान इसमें केंद्रित होता है। यदि परमाणुओं के नाभिक एक दूसरे के करीब स्थित होते, तो ग्लोब का त्रिज्या  200 मीटर होता और न कि  6400 किमी (परमाणु नाभिक के पदार्थ का घनत्व 1.810 17 किग्रा / मी 3)। इसलिए, परमाणुवादी विचारों के दृष्टिकोण से, किसी भी माध्यम को एक निर्वात के रूप में माना जाना चाहिए जिसमें परमाणु नाभिक और इलेक्ट्रॉनों को आपस में जोड़ा जाता है (या, दूसरे शब्दों में, परमाणु नाभिक द्वारा थोड़ा खराब किए गए वैक्यूम के रूप में और उसमें बिखरे हुए इलेक्ट्रॉनों)।

-कणों के प्रकीर्णन पर किए गए प्रयोगों के परिणाम परमाणु के परमाणु मॉडल के पक्ष में गवाही देते हैं। हालांकि, परमाणु मॉडल शास्त्रीय यांत्रिकी और इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों के विपरीत निकला। आइए इसे दिखाते हैं।

मान लीजिए कि एक इलेक्ट्रॉन नाभिक के चारों ओर त्रिज्या की वृत्ताकार कक्षा में चक्कर लगाता है आर. इस मामले में, इलेक्ट्रॉन और नाभिक के बीच परस्पर क्रिया का कूलम्ब बल इलेक्ट्रॉन को न्यूटन के दूसरे नियम से निर्धारित एक सामान्य (केन्द्रापसारक) त्वरण प्रदान करता है।

r = 1A के लिए, (1) से हम पाते हैं कि एक एन  10 22 एमएस 2 . शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के अनुसार, तेजी से चलने वाले इलेक्ट्रॉनों को विद्युत चुम्बकीय तरंगों को विकीर्ण करना चाहिए (पैराग्राफ 2.4 देखें।) और, परिणामस्वरूप, ऊर्जा खो देते हैं। नतीजतन, इलेक्ट्रॉन नाभिक के पास पहुंचेंगे और अंततः उस पर गिरेंगे, जो वास्तविकता के विपरीत है।

इसे बनाने वाले गतिरोध से बाहर निकलने का रास्ता 1913 में नील्स बोहर द्वारा खोजा गया था, जिन्होंने शास्त्रीय विचारों के विपरीत दो सिद्धांतों को तैयार किया था।

11.2. बोहर की अभिधारणाएं

1. पहली अभिधारणा इस प्रकार है:

परमाणु की केवल कुछ स्थिर अवस्थाएँ होती हैं, जिनमें वह ऊर्जा का विकिरण नहीं करता है। ये स्थिर अवस्थाएँ अच्छी तरह से परिभाषित (स्थिर) कक्षाओं के अनुरूप होती हैं जिनके साथ इलेक्ट्रॉन चलते हैं। स्थिर कक्षाओं में चलते समय, इलेक्ट्रॉन अपने त्वरण के बावजूद विद्युत चुम्बकीय तरंगों का विकिरण नहीं करते हैं।

परमाणु की स्थिर अवस्था में, इलेक्ट्रॉन में कोणीय गति के असतत (मात्राबद्ध) मान होने चाहिए

ली एन = श्रीमानवी = एन, एन = 1, 2, ... (2)

यहां एम, वी इलेक्ट्रॉन का द्रव्यमान और गति हैं, आरइसकी कक्षा की त्रिज्या है। (1) और (2) को ध्यान में रखते हुए, हम इलेक्ट्रॉनों की स्थिर कक्षाओं की त्रिज्या पाते हैं

. (3)

हाइड्रोजन परमाणु के लिए ( जेड=1 ) पर पहली इलेक्ट्रॉन कक्षा की त्रिज्या एन = 1 , पहला बोहर त्रिज्या कहा जाता है (एक),बराबरी

आर 1 \u003d ए \u003d 0.528 ए। (4)

परमाणु की आंतरिक ऊर्जा इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा का योग है ( टी =एमवी 2 /2 ) और एक नाभिक के साथ एक इलेक्ट्रॉन की बातचीत की संभावित ऊर्जा ( यू =- ज़ी 2 /(4  0 आर)),

(5)

सूत्र (5) प्राप्त करते समय, सूत्र (1) को ध्यान में रखा गया। (5) इलेक्ट्रॉनों की कक्षाओं की क्वांटम त्रिज्या (3) को प्रतिस्थापित करते हुए, हम प्राप्त करते हैं कि परमाणु की ऊर्जा (जो कि इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा के बराबर है, क्योंकि परमाणु का नाभिक गतिहीन है) केवल निम्नलिखित ले सकता है अनुमत असतत (क्वांटम) मान

जहां ऋण चिह्न का अर्थ है कि इलेक्ट्रॉन एक बाध्य अवस्था में है। (परमाणु भौतिकी में, ऊर्जा को इलेक्ट्रॉन वोल्ट में मापा जाता है, 1 ईवी = 1.6 10 -19 जे).

2. दूसरा अभिधारणा स्थापित करती है:

एक परमाणु (इलेक्ट्रॉन) के एक स्थिर अवस्था से दूसरे में संक्रमण के दौरान, ऊर्जा के साथ एक फोटॉन उत्सर्जित या अवशोषित होता है

कहाँ पे इ एन , इ एम- स्थिर अवस्था में परमाणु (इलेक्ट्रॉन) की ऊर्जा एनतथा एम, जो (6) के अनुसार निर्धारित किया जाता है।

अपने अभिधारणाओं के आधार पर, बोहर ने सरलतम हाइड्रोजन जैसे परमाणु का एक अर्धशास्त्रीय सिद्धांत बनाया और हाइड्रोजन परमाणु के रेखा स्पेक्ट्रम की व्याख्या की। हाइड्रोजन जैसे परमाणुओं में एक हाइड्रोजन परमाणु (z=1), एक हीलियम आयन He + (z=2), एक लिथियम आयन Li++ ( जेड=3 ) और अन्य। यह उनके लिए विशिष्ट है कि नाभिक के चारों ओर आवेश के साथ = ज़ीकेवल एक इलेक्ट्रॉन घूमता है।

11.3. हाइड्रोजन परमाणु का रेखा स्पेक्ट्रम

परमाणु हाइड्रोजन के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम में अलग-अलग वर्णक्रमीय रेखाएँ होती हैं, जो एक निश्चित क्रम में व्यवस्थित होती हैं। 1885 में, बामर ने स्थापित किया कि इन रेखाओं की तरंग दैर्ध्य (या आवृत्तियों) को एक सूत्र द्वारा दर्शाया जा सकता है। दरअसल, (7) से, हाइड्रोजन के लिए (6) को ध्यान में रखते हुए ( जेड = 1), यह इस प्रकार है कि

कहाँ पे आर = 2,07  10 16 साथ -1 - रिडबर्ग स्थिरांक

यह मानते हुए कि 1/ = वी/s = /2s और (8) का उपयोग करके, हम पाते हैं

, (9)

कहाँ पे आर =1,0974  10 7 एम -1 इसे Rydberg स्थिरांक भी कहते हैं।

अंजीर पर। 1 हाइड्रोजन परमाणु के ऊर्जा स्तरों का एक आरेख दिखाता है, जिसकी गणना (6) के अनुसार z=1 पर की जाती है।

0 एन =

जब कोई इलेक्ट्रॉन उच्च ऊर्जा स्तरों से n = 1 के स्तर तक जाता है, तो लाइमैन श्रृंखला (SL) का पराबैंगनी विकिरण या विकिरण होता है। जब इलेक्ट्रॉन स्तर पर जाते हैं एन = 2 बामर श्रृंखला (एसबी) का दृश्य विकिरण या विकिरण होता है। जब इलेक्ट्रॉन उच्च स्तर से स्तर की ओर बढ़ते हैं एन = 3 अवरक्त विकिरण उत्पन्न होता है, या पासचेन श्रृंखला (एसपी), आदि का विकिरण होता है।

परिणामी विकिरण की आवृत्तियों या तरंग दैर्ध्य का निर्धारण सूत्रों (8) या (9) के साथ . द्वारा किया जाता है एम=1 - लाइमैन श्रृंखला के लिए, at एम=2 - बामर श्रृंखला के लिए और साथ एम = 3 - पाशेन श्रृंखला के लिए। फोटॉन ऊर्जा सूत्र (7) द्वारा निर्धारित की जाती है, जिसे ध्यान में रखते हुए (6) हाइड्रोजन जैसे परमाणुओं के रूप में कम किया जा सकता है:

ईवी (10)

बोहर के सिद्धांत ने परमाणु भौतिकी के निर्माण में बहुत बड़ी भूमिका निभाई। इसके विकास के दौरान (1913 - 1925) महत्वपूर्ण खोजें की गईं, उदाहरण के लिए, परमाणु स्पेक्ट्रोस्कोपी के क्षेत्र में। हालांकि, बोहर के सिद्धांत ने महत्वपूर्ण कमियों को उजागर किया, उदाहरण के लिए, इसकी मदद से हाइड्रोजन परमाणु की तुलना में अधिक जटिल परमाणुओं का सिद्धांत बनाना असंभव है। इसलिए, यह स्पष्ट हो गया कि बोर का सिद्धांत परमाणु और परमाणु घटना के एक सुसंगत सिद्धांत के निर्माण के रास्ते पर एक संक्रमणकालीन चरण का प्रतिनिधित्व करता है। ऐसा ही एक सुसंगत सिद्धांत क्वांटम (लहर) यांत्रिकी था।

11.4 क्वांटम यांत्रिकी के अनुसार हाइड्रोजन परमाणु। एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की क्वांटम संख्या

हाइड्रोजन जैसे परमाणुओं में एक इलेक्ट्रॉन के ऊर्जा स्तरों की समस्या को हल करने में बोहर के सिद्धांत के अनुसार प्राप्त परिणाम बोहर के अभिधारणाओं को शामिल किए बिना क्वांटम यांत्रिकी में प्राप्त किए जाते हैं। आइए इसे दिखाते हैं।

हाइड्रोजन जैसे परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की स्थिति का वर्णन कुछ तरंग फलन द्वारा किया जाता है जो स्थिर श्रोडिंगर समीकरण [देखें (9.22)] को संतुष्ट करता है। यह देखते हुए कि एक इलेक्ट्रॉन की संभावित ऊर्जा

कहाँ पे आर - इलेक्ट्रॉन और नाभिक के बीच की दूरी, हम श्रोडिंगर समीकरण के रूप में प्राप्त करते हैं

(12)

गोलाकार समन्वय प्रणाली का उपयोग करना उचित है आर,  ,  और निम्नलिखित eigenfunctions के रूप में इस समीकरण के समाधान की तलाश करें

(13)

कहाँ पे एन, मैं, एम eigenfunctions के पूर्णांक पैरामीटर हैं। जिसमें एन प्रधान क्वांटम संख्या कहलाती है मैं - कक्षीय (अज़ीमुथ) और एम- चुंबकीय क्वांटम संख्या।

यह साबित होता है कि समीकरण (12) में केवल ऊर्जा के असतत नकारात्मक मूल्यों का समाधान है

कहाँ पे एन = 1, 2, 3,... प्रमुख क्वांटम संख्या

अभिव्यक्ति के साथ तुलना (6) से पता चलता है कि क्वांटम यांत्रिकी उसी ऊर्जा मूल्यों की ओर ले जाती है जो बोहर के सिद्धांत में प्राप्त होते हैं। हालांकि, क्वांटम यांत्रिकी में, इन मूल्यों को इस विज्ञान के बुनियादी प्रावधानों के परिणामस्वरूप प्राप्त किया जाता है।

(14) में प्रतिस्थापित करना जेड=1 और स्वीकार करना एन = 1 , हम हाइड्रोजन परमाणु की जमीनी अवस्था (अर्थात सबसे कम ऊर्जा वाली अवस्था) का ऊर्जा मान प्राप्त करते हैं

ईवी (15)

श्रोडिंगर समीकरण (12) के समाधान (13) से यह भी पता चलता है कि एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन के कोणीय गति को सूत्र के अनुसार परिमाणित किया जाता है

(16)

कहाँ पे मैं= 0, 1, 2, ... (एन-1), कक्षीय (अज़ीमुथ) क्वांटम संख्या।

कोणीय गति का प्रक्षेपण लीप्रति दिशा इलेक्ट्रॉन जेडचुंबकीय क्षेत्र केवल पूर्णांक मान, गुणज (स्थानिक परिमाणीकरण), अर्थात ले सकता है।

एमचुंबकीय क्वांटम संख्या कहलाती है। इसके लिए चुंबकीय क्वांटम संख्या विभिन्न मान ले सकती है।

सापेक्षता का विशेष सिद्धांत (SRT) दो अभिधारणाओं पर आधारित है:

1. सापेक्षता का सिद्धांत:किसी भी जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम में, एक ही प्रारंभिक परिस्थितियों में सभी भौतिक घटनाएं उसी तरह आगे बढ़ती हैं, यानी। बंद निकायों में किए गए कोई भी प्रयोग यह प्रकट नहीं कर सकते हैं कि शरीर आराम पर है या समान रूप से और सीधा चलता है।
2. प्रकाश की गति की स्थिरता का सिद्धांत:संदर्भ के सभी जड़त्वीय फ्रेम में निर्वात में प्रकाश की गति समान होती है और यह गतिमान प्रकाश स्रोत की गति पर निर्भर नहीं करती है।

SRT की अभिधारणाओं के बराबर, निर्वात में प्रकाश की गति की सीमित प्रकृति पर SRT की स्थिति: प्रकृति में किसी भी संकेत की गति निर्वात में प्रकाश की गति से अधिक नहीं हो सकती: सी= 3∙10 8 मी/से. जब वस्तुएं प्रकाश की गति की तुलना में गति से चलती हैं, तो नीचे वर्णित विभिन्न प्रभाव देखे जाते हैं।

1. सापेक्ष लंबाई संकुचन।

संदर्भ फ्रेम में किसी पिंड की लंबाई जहां वह आराम पर है, उसकी अपनी लंबाई कहलाती है। ली 0. फिर गति से गतिमान पिण्ड की लम्बाई वीजड़त्वीय संदर्भ फ्रेम में गति की दिशा में लंबाई घट जाती है:

कहाँ पे: सीनिर्वात में प्रकाश की गति है, ली 0 संदर्भ के एक निश्चित फ्रेम में शरीर की लंबाई है (आराम पर शरीर की लंबाई), लीगति के साथ गतिमान संदर्भ के फ्रेम में शरीर की लंबाई है वी(गति से गतिमान पिंड की लंबाई वी) इस प्रकार, शरीर की लंबाई सापेक्ष है। निकायों की कमी केवल प्रकाश की गति की तुलना में गति पर ध्यान देने योग्य है।

2. घटना के समय का सापेक्षिक विस्तार।

अंतरिक्ष में एक निश्चित बिंदु पर होने वाली घटना की अवधि संदर्भ के उस जड़त्वीय फ्रेम में सबसे छोटी होगी, जिसके सापेक्ष यह बिंदु स्थिर है। इसका मतलब यह है कि एक जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम के सापेक्ष चलने वाली घड़ियाँ स्थिर घड़ियों की तुलना में धीमी चलती हैं और घटनाओं के बीच एक लंबा समय अंतराल दिखाती हैं। सापेक्ष समय फैलाव केवल प्रकाश की गति की तुलना में गति पर ध्यान देने योग्य हो जाता है, और सूत्र द्वारा व्यक्त किया जाता है:

समय τ 0, जो शरीर के सापेक्ष आराम करने वाली घड़ी द्वारा मापा जाता है, घटना का उचित समय कहलाता है।

3. वेगों के योग का सापेक्षिक नियम।

न्यूटनियन यांत्रिकी में वेगों के योग का नियम SRT की अभिधारणाओं का खंडन करता है और इसे वेगों के योग के एक नए सापेक्षवादी नियम द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है। यदि दो पिंड एक दूसरे की ओर गति करते हैं, तो उनकी गति की गति सूत्र द्वारा व्यक्त की जाती है:

कहाँ पे: वी 1 और वी 2 - संदर्भ के एक निश्चित फ्रेम के सापेक्ष निकायों की गति की गति। यदि पिंड एक ही दिशा में चलते हैं, तो उनकी सापेक्ष गति:

4. द्रव्यमान में सापेक्षिक वृद्धि।

गतिमान पिंड का द्रव्यमान एमशरीर के बाकी द्रव्यमान से अधिक एम 0:

5. ऊर्जा और शरीर द्रव्यमान के बीच संबंध।

सापेक्षता के सिद्धांत के दृष्टिकोण से, शरीर का द्रव्यमान और शरीर की ऊर्जा व्यावहारिक रूप से एक ही चीज है। इस प्रकार, केवल शरीर के अस्तित्व के तथ्य का अर्थ है कि शरीर में ऊर्जा है। कम से कम ऊर्जा इ 0 शरीर में जड़त्वीय संदर्भ फ्रेम होता है जिसके सापेक्ष यह आराम पर होता है और कहलाता है शरीर की अपनी ऊर्जा (शरीर की शेष ऊर्जा):

शरीर की ऊर्जा में किसी भी परिवर्तन का अर्थ है शरीर के द्रव्यमान में परिवर्तन और इसके विपरीत:

कहा पे: इशरीर की ऊर्जा में परिवर्तन है, एमद्रव्यमान में संगत परिवर्तन है। शरीर की कुल ऊर्जा:

कहाँ पे: एम- शरीर का द्रव्यमान। कुल शरीर ऊर्जा इआनुपातिक सापेक्षतावादी द्रव्यमानऔर गतिमान पिंड की गति पर निर्भर करता है, इस अर्थ में निम्नलिखित संबंध महत्वपूर्ण हैं:

वैसे, सापेक्ष गति से गतिमान पिंड की गतिज ऊर्जा की गणना केवल सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

सापेक्षता के सिद्धांत की दृष्टि से शेष जनों के संरक्षण का नियम अनुचित है। उदाहरण के लिए, परमाणु नाभिक का शेष द्रव्यमान नाभिक में कणों के शेष द्रव्यमान के योग से कम होता है। हालांकि, सहज क्षय में सक्षम कण का शेष द्रव्यमान उसके घटकों के अपने द्रव्यमान के योग से अधिक होता है।

इसका मतलब द्रव्यमान के संरक्षण के कानून का उल्लंघन नहीं है। सापेक्षता के सिद्धांत में, सापेक्षतावादी द्रव्यमान के संरक्षण का नियम मान्य है, क्योंकि निकायों की एक पृथक प्रणाली में कुल ऊर्जा संरक्षित होती है, और इसलिए सापेक्षतावादी द्रव्यमान, जो आइंस्टीन के सूत्र से अनुसरण करता है, इसलिए हम एक ही कानून के बारे में बात कर सकते हैं द्रव्यमान और ऊर्जा के संरक्षण का। इसका मतलब यह नहीं है कि द्रव्यमान को ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है और इसके विपरीत।

शरीर की कुल ऊर्जा, विश्राम ऊर्जा और गति के बीच एक संबंध है:

फोटॉन और उसके गुण

रोशनीविद्युत चुम्बकीय विकिरण के क्वांटा की एक धारा है जिसे फोटॉन कहा जाता है। फोटोनएक कण है जो प्रकाश की ऊर्जा वहन करता है। यह विरामावस्था में नहीं हो सकता, परन्तु सदैव प्रकाश की गति के बराबर गति से गति करता है। एक फोटॉन में निम्नलिखित विशेषताएं होती हैं:

1. फोटॉन ऊर्जा है:

कहाँ पे: एच= 6.63∙10 -34 J∙s = 4.14∙10 -15 eV∙s - प्लैंक स्थिरांक, ν प्रकाश की आवृत्ति है, λ प्रकाश की तरंग दैर्ध्य है, सीनिर्वात में प्रकाश की गति है। जूल में फोटॉन की ऊर्जा बहुत कम होती है, इसलिए गणितीय सुविधा के लिए, इसे अक्सर एक ऑफ-सिस्टम इकाई - इलेक्ट्रॉन वोल्ट में मापा जाता है:

1 ईवी = 1.6∙10 -19 जे।

2. एक फोटान निर्वात में प्रकाश की गति से गमन करता है। सी.

3. एक फोटॉन में गति होती है:

4. एक फोटॉन में हमारे लिए सामान्य अर्थों में द्रव्यमान नहीं होता है (वह द्रव्यमान जिसे तराजू पर मापा जा सकता है, न्यूटन के दूसरे नियम के अनुसार गणना की जाती है, और इसी तरह), लेकिन आइंस्टीन के सापेक्षता के सिद्धांत के अनुसार, इसका द्रव्यमान माप के रूप में होता है ऊर्जा ( इ = एम सी 2))। दरअसल, जिस भी पिंड में कुछ ऊर्जा होती है उसका द्रव्यमान भी होता है। यदि हम मानते हैं कि एक फोटॉन में ऊर्जा होती है, तो इसका एक द्रव्यमान भी होता है, जिसे इस प्रकार पाया जा सकता है:

5. एक फोटॉन में कोई विद्युत आवेश नहीं होता है।

प्रकाश की दोहरी प्रकृति है। जब प्रकाश फैलता है, तो इसके तरंग गुण प्रकट होते हैं (हस्तक्षेप, विवर्तन, ध्रुवीकरण), और पदार्थ के साथ बातचीत करते समय, कणिका गुण (फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव)। प्रकाश की इस दोहरी प्रकृति को कहा जाता है तरंग-कण द्वैत.

बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव

प्रकाश विद्युत प्रभाव- एक घटना जिसमें एक वैक्यूम बोतल में एक फोटोक्रेक्ट की उपस्थिति होती है जब कैथोड एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के मोनोक्रोमैटिक प्रकाश से प्रकाशित होता है λ .

जब एनोड के आर-पार वोल्टेज ऋणात्मक होता है, तो कैथोड और एनोड के बीच विद्युत क्षेत्र इलेक्ट्रॉनों को धीमा कर देता है। दिए गए को मापना रिटार्डिंग वोल्टेजजिस पर फोटोक्रेक्ट गायब हो जाता है, कैथोड से निकलने वाले फोटोइलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा निर्धारित करना संभव है:

कई प्रयोगकर्ताओं ने निम्नलिखित की स्थापना की है: फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के बुनियादी नियम:

1. फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव जड़ताहीन होता है। इसका मतलब यह है कि प्रकाश से विकिरण की शुरुआत के तुरंत बाद इलेक्ट्रॉन धातु से बाहर निकलने लगते हैं।
2. प्रकाश की आवृत्ति में वृद्धि के साथ फोटोइलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा रैखिक रूप से बढ़ती है ν और इसकी तीव्रता पर निर्भर नहीं करता है।
3. प्रत्येक पदार्थ के लिए एक तथाकथित है लाल सीमा फोटो प्रभाव, यानी, सबसे कम आवृत्ति ν न्यूनतम (या सबसे लंबी तरंग दैर्ध्य λ मैक्स) जिस पर बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अभी भी संभव है।
4. 1 s में कैथोड से प्रकाश द्वारा निकाले गए फोटोइलेक्ट्रॉनों की संख्या प्रकाश की तीव्रता के सीधे आनुपातिक होती है।

पदार्थ के साथ बातचीत करते समय, एक फोटॉन अपनी सारी ऊर्जा स्थानांतरित करता है इ = होएक इलेक्ट्रॉन। इस ऊर्जा का एक हिस्सा पदार्थ के परमाणुओं के साथ टकराव में एक इलेक्ट्रॉन द्वारा नष्ट किया जा सकता है। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का एक हिस्सा धातु-वैक्यूम इंटरफेस में संभावित अवरोध पर काबू पाने पर खर्च किया जाता है। ऐसा करने के लिए, इलेक्ट्रॉन को बनाना होगा समारोह का कार्य एकैथोड सामग्री के गुणों के आधार पर बाहर। कैथोड से उत्सर्जित एक फोटोइलेक्ट्रॉन की उच्चतम गतिज ऊर्जा, इस मामले में, ऊर्जा के संरक्षण के नियम द्वारा निर्धारित की जाती है:

इस सूत्र को कहा जाता है बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए आइंस्टीन का समीकरण. आइंस्टीन समीकरण का उपयोग करके, कोई भी बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की सभी नियमितताओं की व्याख्या कर सकता है। के लिये लाल सीमा फोटो प्रभावआइंस्टीन के सूत्र के अनुसार, हम व्यंजक प्राप्त कर सकते हैं:

बोहर की अभिधारणाएं

बोहर की पहली अभिधारणा (स्थिर अवस्था अभिधारणा):एक परमाणु प्रणाली केवल विशेष स्थिर या क्वांटम अवस्थाओं में हो सकती है, जिनमें से प्रत्येक एक निश्चित संख्या से मेल खाती है एनऔर ऊर्जा ई नहीं. स्थिर अवस्था में परमाणु ऊर्जा का उत्सर्जन या अवशोषण नहीं करता है।

सबसे कम ऊर्जा वाले राज्य को "1" नंबर दिया गया है। इसे कहते हैं मुख्य. अन्य सभी राज्यों को अनुक्रमिक संख्या "2", "3", और इसी तरह सौंपी जाती है। उन्हें कहा जाता है उत्तेजित. एक परमाणु अपनी जमीनी अवस्था में अनिश्चित काल तक रह सकता है। उत्तेजित अवस्था में परमाणु कुछ समय (लगभग 10 ns) रहता है और जमीनी अवस्था में चला जाता है।

बोहर की पहली अभिधारणा के अनुसार, एक परमाणु को ऊर्जा स्तरों की एक प्रणाली की विशेषता होती है, जिनमें से प्रत्येक एक निश्चित स्थिर अवस्था से मेल खाती है। किसी धनावेशित नाभिक के चारों ओर बंद पथ पर गतिमान इलेक्ट्रॉन की यांत्रिक ऊर्जा ऋणात्मक होती है। इसलिए, सभी स्थिर राज्य ऊर्जा मूल्यों के अनुरूप हैं ई नहीं < 0. При ई नहीं 0 इलेक्ट्रॉन नाभिक से दूर चला जाता है (आयनीकरण होता है)। मूल्य | इ 1 | बुलाया आयनीकरण ऊर्जा. ऊर्जा के साथ राज्य इ 1 परमाणु की जमीनी अवस्था कहलाती है।

बोहर की दूसरी अभिधारणा (आवृत्ति नियम):ऊर्जा के साथ एक स्थिर अवस्था से परमाणु के संक्रमण के दौरान ई नहींऊर्जा के साथ एक और स्थिर अवस्था में ई एमएक क्वांटम उत्सर्जित या अवशोषित होता है, जिसकी ऊर्जा स्थिर अवस्थाओं की ऊर्जाओं के अंतर के बराबर होती है:

हाइड्रोजन परमाणु

परमाणुओं में सबसे सरल हाइड्रोजन परमाणु है। इसमें एक ही इलेक्ट्रॉन होता है। परमाणु का नाभिक एक प्रोटॉन है - एक धनात्मक आवेशित कण, जिसका आवेश इलेक्ट्रॉन के आवेश के निरपेक्ष मान के बराबर होता है। आमतौर पर, एक इलेक्ट्रॉन पहले (मुख्य, बिना उत्तेजित) ऊर्जा स्तर पर होता है (एक इलेक्ट्रॉन, किसी भी अन्य प्रणाली की तरह, न्यूनतम ऊर्जा वाले राज्य में जाता है)। इस अवस्था में इसकी ऊर्जा होती है इ 1 = -13.6 ईवी। हाइड्रोजन परमाणु में, निम्नलिखित संबंध संतुष्ट होते हैं जो नाभिक के चारों ओर घूमते हुए एक इलेक्ट्रॉन के प्रक्षेपवक्र की त्रिज्या, उसकी गति और ऊर्जा को पहली कक्षा में अन्य कक्षाओं में समान विशेषताओं के साथ संबंधित करते हैं:

हाइड्रोजन परमाणु की किसी भी कक्षा में गतिज ( प्रति) और संभावित ( पी) इलेक्ट्रॉन ऊर्जा कुल ऊर्जा से संबंधित हैं ( इ) निम्नलिखित सूत्रों द्वारा:

परमाणु नाभिक

अब यह दृढ़ता से स्थापित हो गया है कि विभिन्न तत्वों के परमाणु नाभिक में दो कण होते हैं - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन, जिन्हें आमतौर पर न्यूक्लियॉन कहा जाता है। परमाणु नाभिक को चिह्नित करने के लिए कई संकेतन पेश किए गए हैं। परमाणु नाभिक बनाने वाले प्रोटॉन की संख्या को प्रतीक Z द्वारा दर्शाया जाता है और इसे आवेश संख्या या परमाणु संख्या कहा जाता है (यह मेंडेलीव की आवर्त सारणी में क्रम संख्या है)। न्यूट्रॉन की संख्या को प्रतीक N द्वारा दर्शाया जाता है। न्यूक्लियंस की कुल संख्या (यानी, प्रोटॉन और न्यूट्रॉन) को द्रव्यमान संख्या A कहा जाता है, जिसके लिए निम्नलिखित सूत्र लिखा जा सकता है:

संचार ऊर्जा। सामूहिक दोष

परमाणु भौतिकी में सबसे महत्वपूर्ण भूमिका अवधारणा द्वारा निभाई जाती है परमाणु बंधन ऊर्जा. नाभिक की बंधन ऊर्जा उस न्यूनतम ऊर्जा के बराबर होती है जिसे नाभिक को अलग-अलग कणों में पूर्ण रूप से विभाजित करने के लिए खर्च किया जाना चाहिए। यह ऊर्जा के संरक्षण के नियम का अनुसरण करता है कि बाध्यकारी ऊर्जा उस ऊर्जा के बराबर होती है जो अलग-अलग कणों से नाभिक के निर्माण के दौरान निकलती है।

किसी भी नाभिक की बंधन ऊर्जा उसके द्रव्यमान को सही-सही मापकर निर्धारित की जा सकती है। इस तरह के मापों से पता चलता है कि किसी भी नाभिक का द्रव्यमान एम i हमेशा इसके घटक प्रोटॉन और न्यूट्रॉन के द्रव्यमान के योग से कम होता है: एममैं< Zएमपी + एन एमएन। इन द्रव्यमानों के बीच के अंतर को कहा जाता है सामूहिक दोष, और सूत्र द्वारा गणना की जाती है:

आइंस्टीन सूत्र का उपयोग करके द्रव्यमान दोष का निर्धारण किया जा सकता है इ = एम सी 2 किसी दिए गए नाभिक के निर्माण के दौरान निकलने वाली ऊर्जा, यानी नाभिक की बंधन ऊर्जा इअनुसूचित जनजाति:

लेकिन एक अलग सूत्र का उपयोग करके बाध्यकारी ऊर्जा की गणना करना अधिक सुविधाजनक है (यहां, द्रव्यमान परमाणु इकाइयों में लिया जाता है, और बाध्यकारी ऊर्जा MeV ​​में प्राप्त होती है):

रेडियोधर्मिता। रेडियोधर्मी क्षय का नियम

ज्ञात परमाणु नाभिक का लगभग 90% अस्थिर है। एक अस्थिर नाभिक अनायास कणों के उत्सर्जन के साथ अन्य नाभिकों में बदल जाता है। नाभिक के इस गुण को कहते हैं रेडियोधर्मिता.

अल्फा क्षय।अल्फा क्षय एक परमाणु नाभिक का स्वतःस्फूर्त परिवर्तन है जिसमें प्रोटॉन Z और न्यूट्रॉन N की संख्या दूसरे (बेटी) नाभिक में होती है जिसमें प्रोटॉन Z - 2 और न्यूट्रॉन N - 2 की संख्या होती है। इस मामले में, α -कण - हीलियम परमाणु का केंद्रक 4 2 He. अल्फा क्षय की सामान्य योजना:

बीटा क्षय।बीटा क्षय के दौरान, एक इलेक्ट्रॉन (0-1e) नाभिक से बाहर निकल जाता है। बीटा क्षय की योजना:

गामा क्षय।भिन्न α - तथा β -रेडियोधर्मिता γ -नाभिक की रेडियोधर्मिता नाभिक की आंतरिक संरचना में परिवर्तन से जुड़ी नहीं है और इसके साथ आवेश या द्रव्यमान संख्या में परिवर्तन नहीं होता है। साथ ही α - साथ ही β -क्षय, बेटी नाभिक कुछ उत्तेजित अवस्था में हो सकता है और उसमें ऊर्जा की अधिकता हो सकती है। नाभिक का उत्तेजित अवस्था से जमीनी अवस्था में संक्रमण एक या अधिक के उत्सर्जन के साथ होता है γ -क्वांटा, जिसकी ऊर्जा कई MeV तक पहुंच सकती है।

रेडियोधर्मी क्षय का नियम।रेडियोधर्मी सामग्री के किसी भी नमूने में बड़ी संख्या में रेडियोधर्मी परमाणु होते हैं। चूंकि रेडियोधर्मी क्षय यादृच्छिक होता है और बाहरी परिस्थितियों पर निर्भर नहीं करता है, इसलिए घटती मात्रा का नियम एन(टी) कच्चाइस समय तक टीनाभिक रेडियोधर्मी क्षय की प्रक्रिया की एक महत्वपूर्ण सांख्यिकीय विशेषता के रूप में काम कर सकता है। रेडियोधर्मी क्षय के नियम का रूप है:

मूल्य टीबुलाया हाफ लाइफ, एन 0 पर रेडियोधर्मी नाभिक की प्रारंभिक संख्या है टी= 0. अर्ध-आयु मुख्य मात्रा है जो रेडियोधर्मी क्षय की दर को दर्शाती है। आधा जीवन जितना छोटा होगा, क्षय उतना ही तीव्र होगा।

पर α - तथा β रेडियोधर्मी क्षय में, संतति नाभिक भी अस्थिर हो सकता है। इसलिए, लगातार रेडियोधर्मी क्षय की एक श्रृंखला संभव है, जो स्थिर नाभिक के निर्माण में समाप्त होती है।

परमाणु प्रतिक्रियाएं

परमाणु प्रतिक्रिया- यह एक परमाणु नाभिक के दूसरे नाभिक या प्राथमिक कण के साथ बातचीत की प्रक्रिया है, साथ ही नाभिक की संरचना और संरचना में परिवर्तन और माध्यमिक कणों की रिहाई या γ -क्वांटा। परमाणु प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप, नए रेडियोधर्मी समस्थानिक बन सकते हैं जो प्राकृतिक परिस्थितियों में पृथ्वी पर नहीं पाए जाते हैं।

परमाणु प्रतिक्रियाओं में, कई संरक्षण कानून पूरे होते हैं: संवेग, ऊर्जा, कोणीय गति, आवेश। इन शास्त्रीय संरक्षण कानूनों के अलावा, परमाणु प्रतिक्रियाएं होती हैं तथाकथित बेरियन चार्ज के संरक्षण का कानून(अर्थात, न्यूक्लियंस की संख्या - प्रोटॉन और न्यूट्रॉन)। उदाहरण के लिए, एक सामान्य प्रतिक्रिया में:

निम्नलिखित शर्तें पूरी होती हैं (प्रतिक्रिया से पहले और बाद में न्यूक्लियंस की कुल संख्या अपरिवर्तित रहती है):

परमाणु प्रतिक्रिया की ऊर्जा उपज

परमाणु प्रतिक्रियाएं ऊर्जा परिवर्तनों के साथ होती हैं। परमाणु प्रतिक्रिया की ऊर्जा उपज मूल्य है:

कहाँ पे: एमए और एमबी प्रारंभिक उत्पादों के द्रव्यमान हैं, एमसी और एमडी अंतिम प्रतिक्रिया उत्पादों के द्रव्यमान हैं। मूल्य एमबुलाया सामूहिक दोष. रिलीज के साथ परमाणु प्रतिक्रियाएं आगे बढ़ सकती हैं ( क्यू> 0) या ऊर्जा अवशोषण के साथ ( क्यू < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |क्यू|, जिसे कहा जाता है प्रतिक्रिया सीमा.

सकारात्मक ऊर्जा प्राप्त करने के लिए परमाणु प्रतिक्रिया के लिए, प्रारंभिक उत्पादों के नाभिक में न्यूक्लियंस की विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा अंतिम उत्पादों के नाभिक में न्यूक्लियंस की विशिष्ट बाध्यकारी ऊर्जा से कम होनी चाहिए। इसका मतलब है कि मूल्य एम

भौतिकी में सभी सूत्र और नियम और गणित में सूत्र और विधियाँ सीखें। वास्तव में, ऐसा करना भी बहुत आसान है, भौतिकी में केवल 200 आवश्यक सूत्र हैं, और गणित में भी थोड़ा कम। इनमें से प्रत्येक विषय में बुनियादी स्तर की जटिलता की समस्याओं को हल करने के लिए लगभग एक दर्जन मानक तरीके हैं, जिन्हें सीखा भी जा सकता है, और इस प्रकार, पूरी तरह से स्वचालित रूप से और बिना कठिनाई के, अधिकांश डिजिटल परिवर्तन को सही समय पर हल किया जा सकता है। उसके बाद, आपको केवल सबसे कठिन कार्यों के बारे में सोचना होगा।

भौतिकी और गणित में पूर्वाभ्यास परीक्षण के सभी तीन चरणों में भाग लें। दोनों विकल्पों को हल करने के लिए प्रत्येक आरटी को दो बार देखा जा सकता है। फिर से, डीटी पर, समस्याओं को जल्दी और कुशलता से हल करने की क्षमता, और सूत्रों और विधियों के ज्ञान के अलावा, समय की योजना बनाने, बलों को वितरित करने और सबसे महत्वपूर्ण रूप से उत्तर फॉर्म को सही ढंग से भरने में सक्षम होना भी आवश्यक है। , उत्तरों और कार्यों की संख्या, या अपने स्वयं के उपनाम को भ्रमित किए बिना। साथ ही, RT के दौरान, कार्यों में प्रश्नों को प्रस्तुत करने की शैली के लिए अभ्यस्त होना महत्वपूर्ण है, जो DT पर एक अप्रस्तुत व्यक्ति के लिए बहुत ही असामान्य लग सकता है।

इन तीन बिंदुओं का सफल, मेहनती और जिम्मेदार कार्यान्वयन आपको सीटी पर एक उत्कृष्ट परिणाम दिखाने की अनुमति देगा, जो आप करने में सक्षम हैं।

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