ატომური ფიზიკა წარმოიშვა მე-19 და მე-20 საუკუნეების მიჯნაზე აირების ოპტიკური სპექტრების, ელექტრონისა და რადიოაქტიურობის აღმოჩენის საფუძველზე. განვითარების პირველ ეტაპზე (მე-20 საუკუნის პირველი მეოთხედი) ატომური ფიზიკა ძირითადად ატომის სტრუქტურის გამოვლენასა და მისი თვისებების შესწავლით იყო დაკავებული. ე. რეზერფორდის ექსპერიმენტებმა a-ნაწილაკების გაფანტვაზე თხელი ლითონის კილიტაზე (1908-1911 წწ.) გამოიწვია ატომის პლანეტარული მოდელის შექმნა; ამ მოდელის გამოყენებით N. Bohr (1913) და A. Sommerfeld (1915) შეიმუშავეს ატომის პირველი რაოდენობრივი თეორია (იხ. ატომი). ელექტრონისა და ატომების თვისებების შემდგომმა კვლევებმა კულმინაციას მიაღწია შექმნით 20-იანი წლების შუა ხანებში. კვანტური მექანიკა - ფიზიკური თეორია, რომელიც აღწერს მიკროსამყაროს კანონებს და საშუალებას აძლევს რაოდენობრივად განიხილოს ფენომენები, რომლებშიც მიკრონაწილაკები მონაწილეობენ (იხ. კვანტური მექანიკა).

კვანტური მექანიკა არის ატომური ფიზიკის თეორიული საფუძველი. ამავდროულად, ატომური ფიზიკა კვანტური მექანიკის ერთგვარი „გამოსაცდელი ადგილის“ როლს ასრულებს. კვანტური მექანიკის იდეები და დასკვნები, რომლებიც ხშირად არ შეესაბამება ჩვენს ყოველდღიურ გამოცდილებას, ექსპერიმენტულად ტესტირება ხდება ატომურ ფიზიკაში. თვალსაჩინო მაგალითია ფრანკ - ჰერცის (1913) და შტერნის - გერლახის (1922) ცნობილი ექსპერიმენტები; ქვემოთ მათზე უფრო დეტალურად ვისაუბრებთ.

XX საუკუნის დასაწყისისთვის. ატომების ოპტიკურ სპექტრებზე დაგროვდა მასალების სიმდიდრე. აღმოჩნდა, რომ თითოეულ ქიმიურ ელემენტს აქვს თავისი ხაზის სპექტრი, რომელიც ხასიათდება სპექტრალური ხაზების რეგულარული, მოწესრიგებული განლაგებით. კვანტური მექანიკა აკავშირებს სპექტრში დაკვირვებულ შაბლონებს მოცემული ატომის ენერგეტიკული დონეების სისტემასთან. 1913 წელს გერმანელმა ფიზიკოსებმა ჯ. ფრანკმა და გ. ჰერცმა ჩაატარეს ექსპერიმენტი, რომელმაც პირდაპირი ექსპერიმენტული დადასტურება მისცა, რომ ატომის შიდა ენერგია კვანტიზებულია და, შესაბამისად, შეიძლება შეიცვალოს მხოლოდ დისკრეტულად, ანუ გარკვეულ ნაწილებში. მათ გაზომეს ვერცხლისწყლის ატომების აგზნებაზე დახარჯული თავისუფალი ელექტრონების ენერგია. ინსტალაციის მთავარი ელემენტია ევაკუირებული მინის ცილინდრი სამი შედუღებული ელექტროდით: კათოდი, ანოდი, ბადე (თანამედროვე ვაკუუმ ტრიოდის პროტოტიპი). ცილინდრი შეიცავდა ვერცხლისწყლის ორთქლს 1 მმ Hg წნევით. Ხელოვნება. ელექტრონები, რომლებმაც დატოვეს კათოდი, აჩქარდნენ ველში კათოდსა და ქსელს შორის (აჩქარებული ძაბვა U) და შემდეგ შენელდნენ ველში ქსელსა და ანოდს შორის (დამუხრუჭების ძაბვა U 1). კათოდიდან ანოდისკენ მიმავალ გზაზე ელექტრონები ვერცხლისწყლის ატომებს შეეჯახნენ. ძაბვა U 1 შეირჩა U-ზე ბევრად ნაკლები; ამიტომ, ანოდიდან მხოლოდ საკმარისად ნელი ელექტრონები მოიგერიეს - ისინი, რომლებმაც ენერგია დაკარგეს) ვერცხლისწყლის ატომებთან არაელასტიური შეჯახების შედეგად. ექსპერიმენტში ანოდის დენის სიძლიერე იზომება U აჩქარების ძაბვის მიხედვით. ექსპერიმენტულ მრუდს აქვს მკაფიო მაქსიმუმების რაოდენობა, რომლებიც ერთმანეთისგან 4,9 ვ-ით არის დაშორებული. ამ მრუდის ფორმა აიხსნება შემდეგნაირად. U-ზე< 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.

ამ ტიპის ექსპერიმენტების უფრო ფრთხილად დაყენებით, შესაძლებელი გახდა ატომების შემდეგი ენერგეტიკული დონის აგზნების აღმოჩენა: ვერცხლისწყლისთვის ეს არის 6,7; 8.3 eV და ა.შ. (10.4 eV არის იონიზაციის პოტენციალი). გაზის სიკაშკაშეზე დაკვირვება გვიჩვენებს ვერცხლისწყლის ატომების სრული სპექტრის გამოჩენას.

ატომის ბირთვის გარშემო მოძრავი ელექტრონი შეიძლება შევადაროთ ელემენტარულ ელექტრულ დენს; ის წარმოქმნის მაგნიტურ ველს. სხვადასხვა ელექტრონების მაგნიტური ველები, შეკრებით, ქმნიან ატომის მაგნიტურ ველს. მის დასახასიათებლად შემოყვანილია ვექტორული სიდიდე, რომელსაც მაგნიტური მომენტი ეწოდება. თუ ელექტრონები მთლიანად ავსებენ ამა თუ იმ გარსს (1s, 2s, 2p და ა.შ.), მაშინ მათი მაგნიტური ველები აუქმებს ერთმანეთს; შესაბამისი ატომების მაგნიტური მომენტები ნულის ტოლია.

1922 წელს გერმანიაში O. Stern-მა და W. Gerlach-მა ჩაატარეს ექსპერიმენტი, რომელმაც აჩვენა, რომ ატომის მაგნიტური მომენტი სივრცით არის კვანტიზებული. მათ გაგზავნეს ატომების სხივი მაგნიტური მომენტით არაჰომოგენური მაგნიტური ველის მეშვეობით და შეისწავლეს ატომების გადახრები ამ ველის მოქმედების ქვეშ. გადახრის ხარისხი და ბუნება დამოკიდებულია ატომის მაგნიტური მომენტის ორიენტაციაზე ველის მიმართულების მიმართ. თუ სხივი შეიცავდა ატომებს მაგნიტური მომენტების ყველა შესაძლო ორიენტირებით, მაშინ შეინიშნებოდა თავდაპირველი სხივის უწყვეტი კუთხური "ნაცხი". თუმცა ექსპერიმენტში დაფიქსირდა ატომების სხივის რამდენიმე სხივად გაყოფა; ეს ნიშნავს, რომ ატომის მაგნიტური მომენტი სივრცით არის კვანტიზებული - მის პროექციას მაგნიტური ველის მიმართულებით შეიძლება ჰქონდეს მხოლოდ გარკვეული გარკვეული (დისკრეტული) მნიშვნელობები.

მოდით მივმართოთ ნატრიუმის ატომების გადახრების განაწილებას არაერთგვაროვან მაგნიტურ ველში (მიღებულია 1930 წელს). ამ განაწილებას აქვს ორი განსხვავებული მაქსიმუმი. ნატრიუმის ატომს აქვს სამი შევსებული გარსი (1s, 2s, 2p) და ერთი 3s ელექტრონი. s-ელექტრონების ელექტრონული ღრუბელი სფერულად სიმეტრიულია (იხ. ატომი), ამიტომ მათი მოძრაობა ბირთვის ველში არ იწვევს მაგნიტური მომენტის გაჩენას. ნატრიუმის ატომების სხივის ორ კომპონენტად დაყოფის ასახსნელად, აუცილებელია ვივარაუდოთ, რომ ელექტრონს აქვს თავისი მაგნიტური მომენტი, რომელიც არ არის დაკავშირებული ელექტრონის მოძრაობასთან ბირთვის გარშემო. ეს მაგნიტური მომენტი პირობითად უკავშირდება ელექტრონის ბრუნვას საკუთარი ღერძის გარშემო და ეწოდება სპინის მომენტი (იხ. Spin). ელექტრონის მაგნიტურ მომენტს, რომელიც დაკავშირებულია მის მოძრაობასთან ბირთვის გარშემო, ეწოდება ორბიტალური მომენტი. ამრიგად, ნატრიუმის ატომის შემთხვევაში, შევსებულ გარსებში ელექტრონების როგორც ორბიტალური, ასევე სპინის მომენტები ურთიერთკომპენსირებულია; 3s ელექტრონის ორბიტალური იმპულსი ნულის ტოლია და ამ ელექტრონის სპინის იმპულსი იწვევს ნატრიუმის ატომების სხივის გაყოფას არაერთგვაროვან მაგნიტურ ველში. ის ფაქტი, რომ შეინიშნება ორ სხივად გაყოფა, ნიშნავს, რომ ელექტრონის სპინის მომენტს აქვს ორი პროექცია მაგნიტური ველის მიმართულებით.

30-იან წლებში. ჩვენი საუკუნის ახალი ეტაპი დაიწყო ატომური ფიზიკის განვითარებაში. ამ წლების განმავლობაში ცხადი გახდა, რომ ატომის ბირთვში მიმდინარე პროცესებზე პასუხისმგებელი ურთიერთქმედების ბუნება და ბირთვების სტაბილურობისა თუ რადიოაქტიურობის ახსნა სრულიად განსხვავებულია იმ ურთიერთქმედებებთან შედარებით, რომლებიც განსაზღვრავენ ატომის ელექტრონულ გარსებში მიმდინარე პროცესებს (იხ. ბუნების ძალების ერთიანობა). ამასთან დაკავშირებით ატომური ფიზიკიდან გაჩნდა ცალკე სამეცნიერო მიმართულება, რომელიც დაკავშირებულია ატომური ბირთვების ფიზიკის კვლევასთან; 40-იან წლებში. ეს მიმართულება ჩამოყალიბდა დამოუკიდებელ ფიზიკურ მეცნიერებაში - ბირთვულ ფიზიკაში. საბოლოოდ, 50-იან წლებში. ბირთვული ფიზიკიდან, ფილიალი, რომელიც დაკავშირებულია ელემენტარული ნაწილაკების სისტემატიკისა და ურთიერთკონვერსიის შესწავლასთან, - ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა, დაწნული.

შედეგად, გამოვლინდა კითხვების საკმაოდ გარკვეული დიაპაზონი, რომელიც წარმოადგენს თანამედროვე ატომური ფიზიკის შინაარსს. მას არ აინტერესებს ატომის ბირთვში მიმდინარე პროცესები, ისევე როგორც ელემენტარული ნაწილაკების ურთიერთკონვერსიები. ატომური ფიზიკა სწავლობს პროცესებს, რომლებიც მოიცავს ატომებს ან იონებს და მხოლოდ ისეთ პროცესებს, რომლებიც არ იწვევს რაიმე ცვლილებას ატომის ბირთვებში. შესაბამისად, ჩვენ ვსაუბრობთ პროცესებზე, რომლებიც გავლენას ახდენენ მხოლოდ ატომების ელექტრონულ გარსებზე. მსგავსი

პროცესები მოიცავს: ატომში ელექტრონების მდგომარეობის ცვლილებას გარე ელექტრული ან მაგნიტური ველების გავლენის ქვეშ (მაგალითად, გარე ველების გავლენის ქვეშ, ატომების ენერგეტიკული დონეები იყოფა); ატომების მიერ ელექტრომაგნიტური გამოსხივების შეწოვა და გამოსხივება (იხ. სპექტროსკოპია, რენტგენის სხივები, ფოტოელექტრული ეფექტი, ლაზერები); ატომების შეჯახება თავისუფალ ელექტრონებთან, ისევე როგორც სხვა ატომებთან, იონებთან, მოლეკულებთან (ელექტრონებთან ან სხვა მიკროობიექტებთან შეჯახების შედეგად, ატომები შეიძლება აღგზნდეს, გადავიდეს აღგზნებული მდგომარეობიდან ნაკლებად აღგზნებულ მდგომარეობაში, გადაიქცეს იონებად , იხილეთ ელექტრული გამონადენი გაზებში); სხვადასხვა ატომების ელექტრონული გარსების ურთიერთქმედება, რაც იწვევს მოლეკულების და კრისტალების წარმოქმნას. ყველა ეს პროცესი გამოწვეულია ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედებით. ამ პროცესების ალბათობა გამოითვლება კვანტური მექანიკის აპარატის გამოყენებით.

თანამედროვე ატომური ფიზიკა ასევე იკვლევს ატომების სპეციალურ ტიპს, რომელსაც მეზოატომები ეწოდება. მეზოატომი წარმოიქმნება ჩვეულებრივი ატომიდან ერთ-ერთი ელექტრონის მიონით (μ-), ანტიმეზონით (π-, K-), ანტიპროტონით ან უარყოფითად დამუხტული ჰიპერონით (იხ. ჰადრონები, ლეპტონები) ჩანაცვლების შედეგად. ასევე არსებობს ანომალიური „წყალბადის“ ატომები – პოზიტრონიუმი, მუონიუმი, რომლებშიც პროტონის როლს ასრულებენ პოზიტრონები ან დადებითად დამუხტული ანტიმუნები (μ +). ყველა ეს ატომები არასტაბილურია; მათი სიცოცხლე შემოიფარგლება ზემოთ ნახსენები ნაწილაკების სიცოცხლის ხანგრძლივობით ან e+ e- და pp-განადგურების პროცესებით. მეზოატომები წარმოიქმნება ნაწილაკების შენელების პროცესში - ატომური ბირთვების კულონის ველის მიერ უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკების დაჭერის ან პოზიტრონებისა და ანტიმუონების მიერ ატომური ელექტრონების დაჭერის შედეგად. ექსპერიმენტები სხვადასხვა ანომალიურ ატომებთან არის დიდი ინტერესი როგორც მატერიის თვისებების შესასწავლად, ასევე ბირთვებისა და ელემენტარული ნაწილაკების შესასწავლად.

ატომური ფიზიკა

ფიზიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ატომების სტრუქტურასა და მდგომარეობას. ა.ფ. წარმოიშვა მე-19 საუკუნის ბოლოს და მე-20 საუკუნის დასაწყისში. 10-იან წლებში. მე -20 საუკუნე აღმოჩნდა, რომ ატომი შედგება ბირთვისა და ელექტრონებისგან, რომლებიც დაკავშირებულია ელექტრული ძალებით. განვითარების პირველ ეტაპზე ა.ფ. ასევე გაშუქდა ატომის ბირთვის აგებულებასთან დაკავშირებული საკითხები. 30-იან წლებში. აღმოჩნდა, რომ ატომის ბირთვში მიმდინარე ურთიერთქმედების ბუნება განსხვავებულია, ვიდრე ატომის გარე გარსში და 40-იან წლებში. ბირთვული ფიზიკა მეცნიერების დამოუკიდებელ დარგად გაჩნდა. 50-იან წლებში. ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა, ან მაღალი ენერგიის ფიზიკა, მისგან წარმოიშვა.

ატომური ფიზიკის პრეისტორია: ატომების დოქტრინა მე-17-19 საუკუნეებში.ატომების, როგორც მატერიის განუყოფელი ნაწილაკების არსებობის იდეა გაჩნდა ანტიკურ ხანაში; ატომიზმის იდეები პირველად გამოთქვეს ძველმა ბერძენმა მოაზროვნეებმა დემოკრიტემ და ეპიკურუსმა. მე-17 საუკუნეში ისინი გააცოცხლეს ფრანგმა ფილოსოფოსმა პ.გასენდიმ და ინგლისელმა ქიმიკოსმა რ.ბოილმა.

ატომების შესახებ იდეები, რომლებიც ჭარბობდა მე-17 და მე-18 საუკუნეებში, ცუდად იყო განსაზღვრული. ატომები განიხილებოდა აბსოლუტურად განუყოფელ და შეუცვლელ მყარ ნაწილაკებად, რომელთა სხვადასხვა ტიპები ერთმანეთისგან განსხვავდებიან ზომითა და ფორმით. ატომების ერთობლიობა ამა თუ იმ რიგით ქმნის სხვადასხვა სხეულებს, ატომების მოძრაობა განსაზღვრავს მატერიაში მომხდარ ყველა ფენომენს. ი.ნიუტონი, მ.ვ.ლომონოსოვი და ზოგიერთი სხვა მეცნიერი თვლიდნენ, რომ ატომებს შეუძლიათ უფრო რთული ნაწილაკების - "კორპუსკულების" გადაკეტვა. თუმცა, ატომებს არ მიენიჭათ კონკრეტული ქიმიური და ფიზიკური თვისებები. ატომისტიკას ჯერ კიდევ ჰქონდა აბსტრაქტული, ბუნებრივ-ფილოსოფიური ხასიათი.

XVIII საუკუნის ბოლოს - XIX საუკუნის დასაწყისში. ქიმიის სწრაფი განვითარების შედეგად შეიქმნა ატომური მეცნიერების რაოდენობრივი განვითარების საფუძველი. ინგლისელმა მეცნიერმა ჯ. დალტონმა პირველად (1803) დაიწყო ატომის განხილვა, როგორც ქიმიური ელემენტის უმცირესი ნაწილაკი, რომელიც განსხვავდება სხვა ელემენტების ატომებისგან თავისი მასით. დალტონის აზრით, ატომის მთავარი მახასიათებელი მისი ატომური მასაა. ქიმიური ნაერთები არის "კომპოზიტური ატომების" ერთობლიობა, რომელიც შეიცავს თითოეული ელემენტის ატომების გარკვეულ (დასახული რთული ნივთიერებისთვის დამახასიათებელ) რაოდენობას. ყველა ქიმიური რეაქცია არის მხოლოდ ატომების გადაწყობა ახალ რთულ ნაწილაკებად. ამ დებულებებზე დაყრდნობით დალტონმა ჩამოაყალიბა თავისი კანონი მრავლობითი შეფარდების შესახებ (იხ. მრავალი თანაფარდობის კანონი). იტალიელი მეცნიერების ა. ავოგადროს (1811) და, კერძოდ, ს. კანიზაროს (1858) კვლევებმა ატომსა და მოლეკულას შორის მკაფიო ზღვარი გაავლეს. მე-19 საუკუნეში ატომების ქიმიურ თვისებებთან ერთად შეისწავლეს მათი ოპტიკური თვისებები. აღმოჩნდა, რომ თითოეულ ელემენტს აქვს დამახასიათებელი ოპტიკური სპექტრი; აღმოაჩინეს სპექტრალური ანალიზი (გერმანელი ფიზიკოსები გ. კირჩჰოფი და რ. ბუნსენი, 1860 წ.).

ამრიგად, ატომი გამოჩნდა, როგორც მატერიის თვისობრივად უნიკალური ნაწილაკი, რომელიც ხასიათდება მკაცრად განსაზღვრული ფიზიკური და ქიმიური თვისებებით. მაგრამ ატომის თვისებები მარადიულად და აუხსნელად ითვლებოდა. ითვლებოდა, რომ ატომების (ქიმიური ელემენტების) ტიპების რაოდენობა შემთხვევითი იყო და მათ შორის არანაირი კავშირი არ არსებობდა. თუმცა, თანდათან გაირკვა, რომ არსებობს ელემენტების ჯგუფები, რომლებსაც აქვთ იგივე ქიმიური თვისებები - იგივე მაქსიმალური ვალენტობა და ფიზიკური თვისებების ცვლილების მსგავსი კანონები (ერთი ჯგუფიდან მეორეზე გადასვლისას) - დნობის წერტილი, შეკუმშვა და ა.შ. 1869, დ.ი. მენდელეევმა აღმოაჩინა ელემენტების პერიოდული სისტემა (იხ. ელემენტების პერიოდული სისტემა). მან აჩვენა, რომ ელემენტების ატომური მასის მატებასთან ერთად, მათი ქიმიური და ფიზიკური თვისებები პერიოდულად მეორდება. ბრინჯი. ერთი და 2 ).

პერიოდულმა სისტემამ დაადასტურა სხვადასხვა ტიპის ატომებს შორის კავშირის არსებობა. დასკვნა იყო, რომ ატომს აქვს რთული სტრუქტურა, რომელიც იცვლება ატომური მასის მიხედვით. ატომის სტრუქტურის გამოვლენის პრობლემა ყველაზე მნიშვნელოვანი გახდა ქიმიასა და ფიზიკაში (დაწვრილებით იხილეთ ატომიზმი).

ატომური ფიზიკის გაჩენა.მეცნიერების ყველაზე მნიშვნელოვანი განვითარება, საიდანაც წარმოიშვა ატომური ფიზიკა, იყო ელექტრონისა და რადიოაქტიურობის აღმოჩენა. ძალზე იშვიათი გაზების მეშვეობით ელექტრული დენის გავლის შესწავლისას აღმოაჩინეს გამონადენი მილის (კათოდური სხივები) კათოდის მიერ გამოსხივებული სხივები, რომლებსაც აქვთ განივი ელექტრულ და მაგნიტურ ველებში გადახრის თვისება. აღმოჩნდა, რომ ეს სხივები შედგება სწრაფად მფრინავი უარყოფითად დამუხტული ნაწილაკებისგან, რომლებსაც ელექტრონები ეწოდება. 1897 წელს ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯ.ჯ.ტომსონმა გაზომა მუხტის თანაფარდობა ეამ ნაწილაკების მათ მასაზე მ.ასევე აღმოჩნდა, რომ ლითონები ასხივებენ ელექტრონებს ძლიერად გაცხელებისას ან მოკლე ტალღის სიგრძის შუქით განათებისას (იხ. თერმიონის ემისია, ფოტოელექტრონის ემისია). აქედან დაასკვნეს, რომ ელექტრონები ნებისმიერი ატომის ნაწილია. აქედან მოჰყვა, რომ ნეიტრალური ატომები ასევე უნდა შეიცავდეს დადებითად დამუხტულ ნაწილაკებს. დადებითად დამუხტული ატომები - იონები - მართლაც აღმოაჩინეს იშვიათ გაზებში ელექტრული გამონადენის შესწავლისას. ატომის, როგორც დამუხტული ნაწილაკების სისტემის იდეა ახსნილია, ჰოლანდიელი ფიზიკოსის ჰ.ლორენცის თეორიის მიხედვით, ა. , სინათლის ატომის მიერ გამოსხივების შესაძლებლობა (ელექტრომაგნიტური ტალღები): ელექტრომაგნიტური გამოსხივება წარმოიქმნება ატომური მუხტების ცვალებადობისას; ეს დადასტურდა ატომურ სპექტრებზე მაგნიტური ველის გავლენის შესწავლით (იხ. ზეემანის ფენომენი). აღმოჩნდა, რომ ინტრაატომური ელექტრონების მუხტის თანაფარდობა მათ მასასთან ე/მ,ლორენცის მიერ ნაპოვნი ზეემანის ფენომენის თეორიაში ზუსტად ტოლია მნიშვნელობა ე/მტომსონის ექსპერიმენტებში მიღებული თავისუფალი ელექტრონებისთვის. ელექტრონების თეორიამ და მისმა ექსპერიმენტულმა დადასტურებამ ატომის სირთულის უდავო მტკიცებულება მისცა.

ატომის განუყოფლობისა და შეუცვლელობის იდეა საბოლოოდ უარყო ფრანგი მეცნიერების მ.სკლოდოვსკა-კურიისა და პ.კურიის ნაშრომებმა. . რადიოაქტიურობის შესწავლის შედეგად დადგინდა (ფ. სოდი) , რომ ატომები განიცდიან ორი ტიპის ტრანსფორმაციას. ა- ნაწილაკის გამოსხივება (ჰელიუმის იონი დადებითი მუხტით 2 ე), რადიოაქტიური ქიმიური ელემენტის ატომი გადაიქცევა სხვა ელემენტის ატომად, რომელიც მდებარეობს პერიოდულ სისტემაში მარცხნივ 2 უჯრედში, მაგალითად, პოლონიუმის ატომი ტყვიის ატომში. უარყოფითი მუხტის მქონე β-ნაწილაკის (ელექტრონის) გამოსხივება - ე,რადიოაქტიური ქიმიური ელემენტის ატომი იქცევა ელემენტის ატომად, რომელიც მდებარეობს 1 უჯრედის მარჯვნივ, მაგალითად, ბისმუტის ატომი პოლონიუმის ატომში. ასეთი გარდაქმნების შედეგად წარმოქმნილი ატომის მასა ზოგჯერ განსხვავებული აღმოჩნდებოდა იმ ელემენტის ატომური წონისგან, რომლის უჯრედშიც ის ჩავარდა. აქედან მოჰყვა ერთი და იგივე ქიმიური ელემენტის ატომების სხვადასხვა მასის არსებობა; ამ ჯიშებს მოგვიანებით უწოდეს იზოტოპები (ანუ პერიოდულ სისტემაში ერთი და იგივე ადგილი დაიკავეს). ასე რომ, იდეები მოცემული ქიმიური ელემენტის ყველა ატომის აბსოლუტური იდენტურობის შესახებ მცდარი აღმოჩნდა.

ელექტრონისა და რადიოაქტიურობის თვისებების შესწავლის შედეგებმა შესაძლებელი გახადა ატომის კონკრეტული მოდელების აგება. 1903 წელს ტომსონის მიერ შემოთავაზებულ მოდელში ატომი წარმოდგენილი იყო, როგორც დადებითად დამუხტული სფერო, რომელშიც იკვეთება ნეგატიური ელექტრონები, უმნიშვნელო ზომით (ატომთან შედარებით). ბრინჯი. 3 ).

ისინი ინახება ატომში იმის გამო, რომ მათი განაწილებული დადებითი მუხტის მიმზიდველი ძალები დაბალანსებულია მათი ურთიერთ მოგერიების ძალებით. ტომსონის მოდელმა ატომის მიერ სინათლის ემისიის, გაფანტვისა და შთანთქმის შესაძლებლობის კარგად ცნობილი ახსნა მისცა. როდესაც ელექტრონები გადაადგილდებიან წონასწორობის პოზიციიდან, წარმოიქმნება „ელასტიური“ ძალა, რომელიც ცდილობს წონასწორობის აღდგენას; ეს ძალა პროპორციულია ელექტრონის გადაადგილების წონასწორობის პოზიციიდან და, შესაბამისად, დიპოლური მომენტის (იხ. დიპოლური მომენტი) ატომი. შემხვედრი ელექტრომაგნიტური ტალღის ელექტრული ძალების მოქმედებით ატომში ელექტრონები რხევა იმავე სიხშირით, როგორც ელექტრული ინტენსივობა სინათლის ტალღაში; რხევადი ელექტრონები, თავის მხრივ, ასხივებენ იმავე სიხშირის სინათლეს. ასე იფანტება ელექტრომაგნიტური ტალღები მატერიის ატომებით. ნივთიერების სისქეში სინათლის სხივის შესუსტების ხარისხით, შეგიძლიათ გაიგოთ გაფანტული ელექტრონების საერთო რაოდენობა, ხოლო მოცულობის ერთეულზე ატომების რაოდენობის ცოდნით, შეგიძლიათ განსაზღვროთ ელექტრონების რაოდენობა თითოეულ ატომში.

რეზერფორდის მიერ ატომის პლანეტარული მოდელის შექმნა.ტომსონის ატომის მოდელი არადამაკმაყოფილებელი აღმოჩნდა. მის საფუძველზე შეუძლებელი იყო ინგლისელი ფიზიკოსის ე.რეზერფორდისა და მისი თანამშრომლების ჰ.გეიგერის და ე.მარსდენის ექსპერიმენტების სრულიად მოულოდნელი შედეგის ახსნა ატომების მიერ α-ნაწილაკების გაფანტვაზე. ამ ექსპერიმენტებში სწრაფი α-ნაწილაკები გამოიყენებოდა ატომების პირდაპირი გამოკვლევისთვის. მატერიის გავლით α-ნაწილაკები ეჯახება ატომებს. ყოველი შეჯახებისას α-ნაწილაკი, რომელიც დაფრინავს ატომის ელექტრულ ველში, იცვლის მოძრაობის მიმართულებას - ის განიცდის გაფანტვას. გაფანტული მოვლენების აბსოლუტურ უმრავლესობაში α-ნაწილაკების გადახრები (გაფანტვის კუთხეები) ძალიან მცირე იყო. მაშასადამე, α-ნაწილაკების სხივის მატერიის თხელ ფენაში გავლისას სხივის მხოლოდ უმნიშვნელო დაბინდვა მოხდა. თუმცა, α-ნაწილაკების ძალიან მცირე ნაწილი გადახრილი იყო 90°-ზე მეტი კუთხით. ეს შედეგი ვერ აიხსნება ტომსონის მოდელის საფუძველზე, რადგან „მყარ“ ატომში ელექტრული ველი არ არის საკმარისად ძლიერი, რომ გადახრის სწრაფი და მასიური α-ნაწილაკი დიდი კუთხით. α-ნაწილაკების გაფანტვაზე ექსპერიმენტების შედეგების ასახსნელად, რეზერფორდმა შემოგვთავაზა ატომის ფუნდამენტურად ახალი მოდელი, რომელიც მოგვაგონებს მზის სისტემის სტრუქტურას და უწოდა პლანეტარული. მას აქვს შემდეგი ფორმა. ატომის ცენტრში არის დადებითად დამუხტული ბირთვი, რომლის ზომები (ატომური ფიზიკა 10 -12 სმ) ძალიან მცირეა ატომის ზომასთან შედარებით (Atomic Physics10 -8 სმ), და მასა თითქმის ტოლია ატომის მასის. ელექტრონები მოძრაობენ ბირთვის გარშემო, ისევე როგორც პლანეტები მზის გარშემო; დაუმუხტავ (ნეიტრალურ) ატომში ელექტრონების რაოდენობა ისეთია, რომ მათი მთლიანი უარყოფითი მუხტი ანაზღაურებს (ანეიტრალებს) ბირთვის დადებით მუხტს. ელექტრონები უნდა მოძრაობდნენ ბირთვის გარშემო, წინააღმდეგ შემთხვევაში ისინი დაეცემა მასზე მიზიდულობის ძალების გავლენის ქვეშ. ატომსა და პლანეტურ სისტემას შორის განსხვავება ისაა, რომ ამ უკანასკნელში მოქმედებენ გრავიტაციული ძალები, ატომში კი ელექტრული (კულონის) ძალები. ბირთვთან, რომელიც შეიძლება ჩაითვალოს წერტილოვან დადებით მუხტად, არის ძალიან ძლიერი ელექტრული ველი. ამრიგად, ბირთვის მახლობლად ფრენისას, დადებითად დამუხტული α-ნაწილაკები (ჰელიუმის ბირთვები) განიცდიან ძლიერ გადახრისას (იხ. ბრინჯი. 4 ). მოგვიანებით გაირკვა (გ. მოსელი), რომ ბირთვის მუხტი ერთი ქიმიური ელემენტიდან მეორეზე იზრდება ელექტრონის მუხტის ტოლი მუხტის ელემენტარული ერთეულით (მაგრამ დადებითი ნიშნით). რიცხობრივად, ატომის ბირთვის მუხტი, გამოხატული ელემენტარული მუხტის ერთეულებში e, უდრის პერიოდულ სისტემაში შესაბამისი ელემენტის რიგით რიცხვს.

პლანეტარული მოდელის შესამოწმებლად, რეზერფორდმა და მისმა თანამშრომელმა ჩარლზ დარვინმა გამოთვალეს α-ნაწილაკების კუთხური განაწილება, რომლებიც გაბნეულია წერტილოვანი ბირთვით, კულონის ძალების ცენტრით. მიღებული შედეგი დადასტურდა ექსპერიმენტულად სხვადასხვა კუთხით მიმოფანტული α-ნაწილაკების რაოდენობის გაზომვით. ექსპერიმენტის შედეგები ზუსტად ემთხვეოდა თეორიულ გამოთვლებს, რითაც ბრწყინვალედ დადასტურდა რეზერფორდის ატომის პლანეტარული მოდელი.

თუმცა, ატომის პლანეტარული მოდელი ფუნდამენტურ სირთულეებს წააწყდა. კლასიკური ელექტროდინამიკის მიხედვით, დამუხტული ნაწილაკი, რომელიც მოძრაობს აჩქარებით, განუწყვეტლივ ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ენერგიას. ამრიგად, ელექტრონებს, რომლებიც მოძრაობენ ბირთვის ირგვლივ, ანუ აჩქარებულნი, მუდმივად უნდა დაკარგონ ენერგია რადიაციისთვის. მაგრამ ამავე დროს, წამის უმცირეს ნაწილში, ისინი დაკარგავდნენ მთელ კინეტიკურ ენერგიას და ჩავარდებიან ბირთვში. კიდევ ერთი სირთულე, რომელიც ასევე ასოცირდება რადიაციასთან, იყო შემდეგი: თუ მივიღებთ (კლასიკური ელექტროდინამიკის შესაბამისად), რომ ელექტრონის მიერ გამოსხივებული სინათლის სიხშირე ტოლია ატომში ელექტრონის რხევების სიხშირისა (ანუ რიცხვი). ბრუნები, რომლებიც ის აკეთებს თავის ორბიტაზე ერთ წამში) ან აქვს მისი მრავალჯერადი, მაშინ გამოსხივებული სინათლე, როდესაც ელექტრონი უახლოვდება ბირთვს, მუდმივად უნდა შეცვალოს მისი სიხშირე და მის მიერ გამოსხივებული სინათლის სპექტრი უნდა იყოს უწყვეტი. . მაგრამ ეს ეწინააღმდეგება გამოცდილებას. ატომი ასხივებს მოცემული ქიმიური ელემენტისთვის დამახასიათებელ კარგად განსაზღვრული სიხშირის სინათლის ტალღებს და ახასიათებს ცალკეული სპექტრული ხაზებისგან შემდგარი სპექტრი – ხაზის სპექტრი. ელემენტების ხაზის სპექტრში ექსპერიმენტულად დადგინდა რიგი კანონზომიერებები, რომელთაგან პირველი აღმოაჩინა შვეიცარიელმა მეცნიერმა ი.ბალმერმა (1885 წ.) წყალბადის სპექტრში. ყველაზე ზოგადი ნიმუში - კომბინაციის პრინციპი - აღმოაჩინა ავსტრიელმა მეცნიერმა W. Ritz-მა (1908 წ.). ეს პრინციპი შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად: თითოეული ელემენტის ატომისთვის შეგიძლიათ იპოვოთ რიცხვების თანმიმდევრობა. თ 1 ,თ 2 ,თ 3 ,... - ე.წ. სპექტრალური ტერმინები ისეთი, რომ სიხშირე ვმოცემული ელემენტის თითოეული სპექტრული ხაზი გამოიხატება ორი ტერმინის სხვაობით: ვ = თკ - თმე . წყალბადის ატომისთვის, ტერმინი ტ ნ = R/n 2,სადაც n-მთელი რიცხვი, რომელიც იღებს მნიშვნელობას ნ= 1, 2, 3,..., ა R-ე. წ. რიდბერგის მუდმივა (იხ. რიდბერგის მუდმივა).

ამრიგად, რეზერფორდის ატომის მოდელის ფარგლებში, ატომის სტაბილურობა გამოსხივების მიმართ და მისი გამოსხივების ხაზის სპექტრების ახსნა ვერ მოხერხდა. მის საფუძველზე ვერ აიხსნება თერმული გამოსხივების კანონები და ფოტოელექტრული ფენომენების კანონები, რომლებიც წარმოიქმნება მატერიასთან რადიაციის ურთიერთქმედებისას. ამ კანონების ახსნა შესაძლებელი გახდა სრულიად ახალი - კვანტური - ცნებების საფუძველზე, რომელიც პირველად შემოიღო გერმანელმა ფიზიკოსმა მ.პლანკმა (1900 წ.). თერმული გამოსხივების სპექტრში ენერგიის განაწილების კანონის - გაცხელებული სხეულების გამოსხივების გამოსაყვანად - პლანკი ვარაუდობს, რომ მატერიის ატომები გამოყოფენ ელექტრომაგნიტურ ენერგიას (სინათლეს) ცალკეული ნაწილების სახით - სინათლის კვანტები, რომელთა ენერგია პროპორციულია. ვ(რადიაციული სიხშირე): E = hvსადაც თ-კვანტური თეორიის მუდმივი მახასიათებელი და ეწოდება პლანკის მუდმივა (იხ. პლანკის მუდმივა). 1905 წელს ა.აინშტაინმა მისცა ფოტოელექტრული ფენომენების კვანტური ახსნა, რომლის მიხედვითაც კვანტური ენერგია ჰვმიდის ლითონისგან ელექტრონის ამოსაღებად - სამუშაო ფუნქცია R -და გადასცეს მას კინეტიკური ენერგია თნათესავი; ჰვ = რ+ ტკინი. ამავე დროს, აინშტაინმა შემოიღო სინათლის კვანტების, როგორც ნაწილაკების განსაკუთრებული სახეობის კონცეფცია; ამ ნაწილაკებმა შემდგომში მიიღეს სახელი Photon ov.

რეზერფორდის მოდელის წინააღმდეგობების გადაჭრა შესაძლებელი აღმოჩნდა მხოლოდ კლასიკური ფიზიკის რიგი ჩვეულებრივი იდეების მიტოვებით. ატომის თეორიის აგებაში ყველაზე მნიშვნელოვანი ნაბიჯი გადადგა დანიელმა ფიზიკოსმა ნ.ბორმა (1913).

ბორის პოსტულატები და ატომის ბორის მოდელი. ატომის კვანტური თეორიის საფუძველზე ბორმა დააყენა 2 პოსტულატი, რომელიც ახასიათებს ატომის იმ თვისებებს, რომლებიც არ ჯდება კლასიკური ფიზიკის ჩარჩოებში. ბორის ეს პოსტულატები შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად:

1. სტაციონარული მდგომარეობების არსებობა. ატომი არ ასხივებს და მდგრადია მხოლოდ ზოგიერთ სტაციონარულ (დროში უცვლელი) მდგომარეობებში, რომლებიც შეესაბამება "დაშვებული" ენერგეტიკული მნიშვნელობების დისკრეტულ (შეწყვეტილ) სერიას. ე 1 , ე 2 , ე 3 , ე 4 ,... ენერგიის ნებისმიერი ცვლილება დაკავშირებულია კვანტურ (ნახტომის მსგავსი) გადასვლასთან ერთი სტაციონარული მდგომარეობიდან მეორეში.

2. გამოსხივების სიხშირეების მდგომარეობა (კვანტური გადასვლები გამოსხივებით). ერთი სტაციონარული მდგომარეობიდან ენერგიით გადასვლისას ეენერგიით მეორეში შევედი ე k ატომი ასხივებს ან შთანთქავს გარკვეული სიხშირის სინათლეს ვგამოსხივების კვანტის სახით (ფოტონი) hv,ურთიერთობის მიხედვით hv=Eმე - ეკ . გამოსხივებისას ატომი გადის უმაღლესი ენერგიის მდგომარეობიდან ემე დაბალი ენერგიის მდგომარეობამდე ე k, შეწოვისას, პირიქით, უფრო დაბალი ენერგიის მქონე მდგომარეობიდან ე k უფრო ენერგეტიკულ მდგომარეობამდე ემე .

ბორის პოსტულატები დაუყოვნებლივ იძლევა საშუალებას გავიგოთ რიცის კომბინაციის პრინციპის ფიზიკური მნიშვნელობა (იხ. ზემოთ); თანაფარდობის შედარება ჰვ = ემე - ეკ და ვ = ტკ - თმე გვიჩვენებს, რომ სპექტრული ტერმინები შეესაბამება სტაციონარულ მდგომარეობებს და ამ უკანასკნელის ენერგია უნდა იყოს ტოლი (მუდმივ წევრამდე) ემე = -hTმე , ე k = -hTკ .

როდესაც სინათლე გამოიყოფა ან შეიწოვება, იცვლება ატომის ენერგია, ეს ცვლილება უდრის გამოსხივებული ან შთანთქმის ფოტონის ენერგიას, ანუ ხდება ენერგიის შენარჩუნების კანონი. ატომის ხაზის სპექტრი არის მისი ენერგიის შესაძლო მნიშვნელობების დისკრეტულობის შედეგი.

ბორმა გამოიყენა კლასიკური (ნიუტონის) მექანიკა ატომის ენერგიის დასაშვები მნიშვნელობების დასადგენად - მისი ენერგიის კვანტიზაცია - და შესაბამისი სტაციონარული მდგომარეობების მახასიათებლების საპოვნელად. „თუ ჩვენ გვსურს ზოგადად სტაციონარული მდგომარეობების ვიზუალური წარმოდგენა, ჩვენ არ გვაქვს სხვა საშუალება, ყოველ შემთხვევაში, ახლა, გარდა ჩვეულებრივი მექანიკისა“, წერდა ბორი 1913 წელს („სამი სტატია სპექტრებსა და ატომების სტრუქტურაზე“, მ. -ლ., 1923, გვ. 22). უმარტივესი ატომისთვის - წყალბადის ატომი, რომელიც შედგება ბირთვისგან + მუხტით ე(პროტონი) და ელექტრონი მუხტით - ებორმა განიხილა ელექტრონის მოძრაობა ბირთვის გარშემო წრიულ ორბიტებში. ატომის ენერგიის შედარება ესპექტრული ტერმინებით T n \u003d R / n 2წყალბადის ატომისთვის, რომელიც დიდი სიზუსტით იქნა ნაპოვნი მისი სპექტრული ხაზების სიხშირეებიდან, მან მიიღო ატომის ენერგიის შესაძლო მნიშვნელობები E n= -hT n \u003d -hR / n 2(სადაც ნ= 1, 2, 3,...). ისინი შეესაბამება რადიუსის წრიულ ორბიტებს a n \u003d a 0 n 2,სადაც ა 0 = 0.53 10 -8 სმ -ბორის რადიუსი - ყველაზე პატარა წრიული ორბიტის რადიუსი (at ნ= 1). ბორმა გამოთვალა რევოლუციის სიხშირეები ველექტრონი ბირთვის ირგვლივ წრიულ ორბიტებზე დამოკიდებულია ელექტრონის ენერგიაზე. აღმოჩნდა, რომ ატომის მიერ გამოსხივებული სინათლის სიხშირეები არ ემთხვევა რევოლუციის სიხშირეს ვ n , როგორც ამას მოითხოვს კლასიკური ელექტროდინამიკა, მაგრამ პროპორციულები არიან მიმართების მიხედვით hv=Eმე - ე k , ელექტრონის ენერგიის სხვაობა ორ შესაძლო ორბიტაზე.

ელექტრონის ორბიტის სიხშირესა და გამოსხივების სიხშირეს შორის კავშირის საპოვნელად, ბორმა გამოთქვა ვარაუდი, რომ კვანტური და კლასიკური თეორიების შედეგები უნდა ემთხვეოდეს დაბალ რადიაციის სიხშირეებზე (გრძელი ტალღის სიგრძეზე; ასეთი დამთხვევა ხდება თერმული გამოსხივებისთვის, კანონები. რომელთაგან მიღებული იყო პლანკი). მან გაათანაბრა დიდი ნგადასვლის სიხშირე ვ = (ე n+1 - ენ)/ თცირკულაციის სიხშირე ვ n ორბიტაზე მოცემული ნდა გამოითვალა რიდბერგის მუდმივის მნიშვნელობა R,რომელიც დიდი სიზუსტით დაემთხვა მნიშვნელობას R,აღმოჩენილი გამოცდილებიდან, რამაც დაადასტურა ბორის ვარაუდი. ბორმა ასევე მოახერხა არა მხოლოდ წყალბადის სპექტრის ახსნა, არამედ დამაჯერებლად აჩვენა, რომ ზოგიერთი სპექტრული ხაზები, რომლებიც წყალბადს მიეკუთვნებოდა, ჰელიუმს ეკუთვნის. ბორის დაშვება, რომ კვანტური და კლასიკური თეორიების შედეგები უნდა ემთხვეოდეს გამოსხივების დაბალი სიხშირეების შემზღუდველ შემთხვევაში წარმოადგენდა ე.წ. შესაბამისობის პრინციპი. მოგვიანებით, ბორმა წარმატებით გამოიყენა იგი სპექტრის ხაზების ინტენსივობის მოსაძებნად. როგორც თანამედროვე ფიზიკის განვითარებამ აჩვენა, კორესპონდენციის პრინციპი ძალიან ზოგადი აღმოჩნდა (იხ. კორესპონდენციის პრინციპი) .

ბორის ატომის თეორიაში ენერგიის კვანტიზაცია, ანუ მისი შესაძლო მნიშვნელობების პოვნა, „დაშვებული“ ორბიტების პოვნის ზოგადი მეთოდის განსაკუთრებული შემთხვევა აღმოჩნდა. კვანტური თეორიის მიხედვით, ასეთი ორბიტებია მხოლოდ ის ორბიტები, რომლებშიც ატომში ელექტრონის კუთხური იმპულსი უდრის მთელ რიცხვს. სთ/2π.თითოეული ნებადართული ორბიტა შეესაბამება ატომის ენერგიის გარკვეულ შესაძლო მნიშვნელობას (იხ. ატომი).

ატომის კვანტური თეორიის ძირითადი დებულებები - ბორის 2 პოსტულატი - სრულყოფილად დადასტურდა ექსპერიმენტულად. განსაკუთრებით ნათელი დადასტურება იყო გერმანელი ფიზიკოსების ჯ. ფრანკისა და გ.ჰერცის (1913-16) ექსპერიმენტებმა. ამ გამოცდილების არსი შემდეგია. ელექტრონების ნაკადი, რომლის ენერგიის კონტროლიც შესაძლებელია, შედის ჭურჭელში, რომელიც შეიცავს ვერცხლისწყლის ორთქლს. ელექტრონებს ეძლევა ენერგია, რომელიც თანდათან იზრდება. ელექტრონების ენერგიის მატებასთან ერთად იზრდება დენი ელექტრული წრეში შემავალ გალვანომეტრში; როდესაც ელექტრონის ენერგია აღმოჩნდება გარკვეული მნიშვნელობების ტოლი (4.9; 6.7; 10.4 ევ), დენი მკვეთრად ეცემა ( ბრინჯი. 5 ). ამავდროულად, შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ ვერცხლისწყლის ორთქლი ასხივებს გარკვეული სიხშირის ულტრაიისფერ სხივებს.

წარმოდგენილი ფაქტები მხოლოდ ერთი ინტერპრეტაციის საშუალებას იძლევა. სანამ ელექტრონის ენერგია ნაკლებია 4,9-ზე ev,ელექტრონები არ კარგავენ ენერგიას ვერცხლისწყლის ატომებთან შეჯახებისას – შეჯახებები ბუნებით ელასტიურია. როდესაც ენერგია აღმოჩნდება ტოლი გარკვეული მნიშვნელობის, კერძოდ 4.9 ev,ელექტრონები თავიანთ ენერგიას გადასცემენ ვერცხლისწყლის ატომებს, რომლებიც შემდეგ ასხივებენ მას ულტრაიისფერი სინათლის კვანტების სახით. გამოთვლა გვიჩვენებს, რომ ამ ფოტონების ენერგია უდრის ზუსტად იმ ენერგიას, რომელსაც ელექტრონები კარგავენ. ამ ექსპერიმენტებმა დაამტკიცა, რომ ატომის შინაგან ენერგიას შეიძლება ჰქონდეს მხოლოდ გარკვეული დისკრეტული მნიშვნელობები, რომ ატომი შთანთქავს ენერგიას გარედან და ასხივებს მას ერთბაშად მთელ კვანტებში და რომ, საბოლოოდ, ატომის მიერ გამოსხივებული სინათლის სიხშირე შეესაბამება ატომის მიერ დაკარგული ენერგია.

შემდგომი განვითარება ა.ფ. აჩვენა ბორის პოსტულატების მართებულობა არა მხოლოდ ატომებისთვის, არამედ სხვა მიკროსკოპული სისტემებისთვის - მოლეკულებისთვის და ატომების ბირთვებისთვის. ეს პოსტულატები უნდა ჩაითვალოს მყარად ჩამოყალიბებულ ექსპერიმენტულ კვანტურ კანონებად. ისინი შეადგენენ ბორის თეორიის იმ ნაწილს, რომელიც არა მხოლოდ კვანტური თეორიის შემდგომი განვითარების დროს იყო შემონახული, არამედ მისი დასაბუთებაც მიიღო. განსხვავებული სიტუაციაა ატომის ბორის მოდელთან დაკავშირებით, რომელიც ემყარება ატომში ელექტრონების მოძრაობის განხილვას კლასიკური მექანიკის კანონების მიხედვით, დამატებითი კვანტიზაციის პირობების დაწესებით. ამ მიდგომამ შესაძლებელი გახადა მრავალი მნიშვნელოვანი შედეგის მიღება, მაგრამ არათანმიმდევრული იყო: კვანტური პოსტულატები ხელოვნურად იყო მიმაგრებული კლასიკური მექანიკის კანონებთან. თანმიმდევრული თეორია შეიქმნა 20-იან წლებში. მე -20 საუკუნე Კვანტური მექანიკა . მისი შექმნა მომზადდა ბორის თეორიის სამოდელო წარმოდგენის შემდგომი განვითარებით, რომლის დროსაც ნათელი გახდა მისი ძლიერი და სუსტი მხარეები.

ბორის ატომის მოდელის თეორიის შემუშავება.ბორის თეორიის ძალიან მნიშვნელოვანი შედეგი იყო წყალბადის ატომის სპექტრის ახსნა. ატომური სპექტრების თეორიის შემუშავების შემდგომი ნაბიჯი გადადგა გერმანელმა ფიზიკოსმა ა. სომერფელდმა. კვანტიზაციის წესების უფრო დეტალურად შემუშავების შემდეგ, ატომში ელექტრონების მოძრაობის უფრო რთულ სურათზე დაყრდნობით (ელიფსური ორბიტების გასწვრივ) და ბირთვის ველში გარე (ე.წ. ვალენტური) ელექტრონის სკრინინგის გათვალისწინებით. და შიდა ელექტრონები, მან შეძლო აეხსნა რიგი კანონზომიერება ტუტე ლითონების სპექტრებში.

ბორის ატომის თეორიამ ასევე ნათელი მოჰფინა აგებულებას ე.წ. რენტგენის სხივების დამახასიათებელი სპექტრები. ატომების რენტგენის სპექტრებს, ისევე როგორც მათ ოპტიკურ სპექტრებს, აქვთ მოცემული ელემენტისთვის დამახასიათებელი დისკრეტული ხაზის სტრუქტურა (აქედან გამომდინარე, სახელი). სხვადასხვა ელემენტების დამახასიათებელი რენტგენის სპექტრის გამოკვლევისას, ინგლისელმა ფიზიკოსმა გ. მოსელიმ აღმოაჩინა შემდეგი ნიმუში: გამოსხივებული ხაზების სიხშირის კვადრატული ფესვები ერთნაირად იზრდება ელემენტიდან ელემენტამდე მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში ატომური რიცხვის პროპორციულად. ელემენტი. საინტერესოა, რომ მოსელის კანონი სრულად ადასტურებდა მენდელეევის სისწორეს, რომელიც ზოგ შემთხვევაში არღვევდა ატომური წონის ზრდის მიხედვით ცხრილში ელემენტების მოთავსების პრინციპს და უფრო მძიმე ელემენტებს უსწრებდა მსუბუქს.

ბორის თეორიის საფუძველზე შესაძლებელი გახდა ატომების თვისებების პერიოდულობის ახსნა. რთულ ატომში წარმოიქმნება ელექტრონული გარსები, რომლებიც თანმიმდევრულად ივსება, შიგნიდან დაწყებული, გარკვეული რაოდენობის ელექტრონებით (ჭურვების წარმოქმნის ფიზიკური მიზეზი ცხადი გახდა მხოლოდ პაულის პრინციპის საფუძველზე, იხილეთ ქვემოთ). გარე ელექტრონული გარსების სტრუქტურა პერიოდულად მეორდება, რაც იწვევს პერიოდული სისტემის იმავე ჯგუფში მდებარე ელემენტების ქიმიური და მრავალი ფიზიკური თვისების პერიოდულ გამეორებას. ბორის თეორიის საფუძველზე გერმანელმა ქიმიკოსმა W. Kossel-მა (1916 წ.) ახსნა ქიმიური ურთიერთქმედება ე.წ. ჰეტეროპოლარული მოლეკულები.

თუმცა, ატომის თეორიის ყველა კითხვა არ შეიძლება აიხსნას ბორის თეორიის მოდელის წარმოდგენის საფუძველზე. ის არ გაუმკლავდა სპექტრების თეორიის ბევრ პრობლემას, მას მხოლოდ წყალბადის ატომისა და წყალბადის მსგავსი ატომების სპექტრალური ხაზების სიხშირეების სწორი მნიშვნელობების მოპოვების საშუალება მისცა, ხოლო ამ ხაზების ინტენსივობა აუხსნელი დარჩა; ბორს უნდა გამოეყენებინა კორესპონდენციის პრინციპი ინტენსივობის ასახსნელად.

წყალბადის ატომზე უფრო რთულ ატომებში ელექტრონების მოძრაობის ახსნაზე გადასვლისას ბორის მოდელის თეორია ჩიხში იყო. უკვე ჰელიუმის ატომი, რომელშიც 2 ელექტრონი მოძრაობს ბირთვის ირგვლივ, მასზე დაფუძნებულ თეორიულ ინტერპრეტაციას არ ექვემდებარება. სირთულეები ამ შემთხვევაში არ შემოიფარგლებოდა გამოცდილებასთან რაოდენობრივი შეუსაბამობებით. თეორია უძლური აღმოჩნდა ისეთი პრობლემის გადაჭრაში, როგორიცაა ატომების მოლეკულაში გაერთიანება. რატომ ერწყმის წყალბადის 2 ნეიტრალური ატომი წყალბადის მოლეკულას? როგორ ავხსნათ ზოგადად ვალენტობის ბუნება? რა აკავშირებს მყარი ნივთიერების ატომებს? ეს კითხვები პასუხგაუცემელი დარჩა. ბორის მოდელის ფარგლებში შეუძლებელი იყო მათი გადაწყვეტის მიდგომის პოვნა.

ატომის კვანტური მექანიკური თეორია.ბორის ატომის მოდელის შეზღუდვები სათავეს იღებს მიკრონაწილაკების მოძრაობის შესახებ კლასიკური იდეების შეზღუდვებში. ცხადი გახდა, რომ ატომის თეორიის შემდგომი განვითარებისთვის აუცილებელია მიკრონაწილაკების მოძრაობისა და ურთიერთქმედების შესახებ ძირითადი იდეების კრიტიკულად გადახედვა. კლასიკურ მექანიკაზე დაფუძნებული მოდელის არადამაკმაყოფილებელი ბუნება კვანტიზაციის პირობების დამატებით აშკარად ესმოდა თავად ბორს, რომლის შეხედულებებმა დიდი გავლენა მოახდინა ალგებრული ფუნქციების შემდგომ განვითარებაზე. ა.ფ.-ის განვითარების ახალი ეტაპის დასაწყისი. იყო ფრანგი ფიზიკოსის L. de Broglie-ის (1924) მიერ გამოთქმული იდეა მიკრო-ობიექტების, კერძოდ ელექტრონის (იხ. De Broglie ტალღები) მოძრაობის ორმაგი ბუნების შესახებ. ეს იდეა გახდა კვანტური მექანიკის ამოსავალი წერტილი (იხ. კვანტური მექანიკა), რომელიც შეიქმნა 1925–26 წლებში W. Heisenberg და M. Born (გერმანია), E. Schrödinger (ავსტრია) და P. Dirac (ინგლისი) ნაშრომებით. და მის საფუძველზე შეიმუშავა ატომის თანამედროვე კვანტური მექანიკური თეორია.

კვანტური მექანიკის იდეები ელექტრონის (ზოგადად მიკრონაწილაკების) მოძრაობის შესახებ რადიკალურად განსხვავდება კლასიკურისგან. კვანტური მექანიკის მიხედვით, ელექტრონი არ მოძრაობს ტრაექტორიის (ორბიტის) გასწვრივ, როგორც მყარი ბურთი; ელექტრონის მოძრაობას ასევე აქვს ტალღების გავრცელებისთვის დამახასიათებელი გარკვეული მახასიათებლები. ერთის მხრივ, ელექტრონი ყოველთვის მოქმედებს (მაგალითად, შეჯახებისას), როგორც ერთი მთლიანი, განუყოფელი მუხტისა და მასის მქონე ნაწილაკი; ამავდროულად, გარკვეული ენერგიითა და იმპულსის მქონე ელექტრონები ვრცელდება, როგორც სიბრტყე ტალღა გარკვეული სიხშირით (და გარკვეული ტალღის სიგრძით). ელექტრონის ენერგია ეროგორ უკავშირდება ნაწილაკები სიხშირეს ველექტრონული ტალღის თანაფარდობა: E=hv,და მისი იმპულსი R -ტალღის სიგრძით λ თანაფარდობა: p = h/λ.

ელექტრონის სტაბილური მოძრაობა ატომში, როგორც შრედინგერი (1926) აჩვენა, გარკვეულწილად ანალოგიურია მდგარი ტალღების (იხ. მუდმივი ტალღები) , რომელთა ამპლიტუდები სხვადასხვა წერტილში განსხვავებულია. ამავდროულად, ატომში, ისევე როგორც ოსცილატორულ სისტემაში, შესაძლებელია მხოლოდ ზოგიერთი „შერჩეული“ მოძრაობა ენერგიის გარკვეული მნიშვნელობებით, კუთხური იმპულსითა და ატომში ელექტრონის იმპულსის პროექციის გამო. ატომის თითოეული სტაციონარული მდგომარეობა აღწერილია ზოგიერთი ტალღის ფუნქციის გამოყენებით (იხილეთ ტალღის ფუნქცია) , რომელიც წარმოადგენს სპეციალური ტიპის ტალღური განტოლების - შროდინგერის განტოლების ამოხსნას; ტალღის ფუნქცია შეესაბამება „ელექტრონულ ღრუბელს“, რომელიც ახასიათებს (საშუალოდ) ელექტრონის მუხტის სიმკვრივის განაწილებას ატომში (იხ. ატომი , იქით ბრინჯი. 3 ნაჩვენებია წყალბადის ატომის „ელექტრონული ღრუბლების“ პროგნოზები). 20-30-იან წლებში. შემუშავდა სავარაუდო მეთოდები ელექტრონის მუხტის სიმკვრივის რთულ ატომებში განაწილების გამოსათვლელად, კერძოდ, თომას-ფერმის მეთოდი (1926, 1928). ეს ღირებულება და მასთან დაკავშირებული ღირებულება ე.წ. ატომური ფაქტორი (იხ. ატომური ფაქტორი) მნიშვნელოვანია ატომებთან ელექტრონების შეჯახების, აგრეთვე რენტგენის სხივების მათი გაფანტვის შესწავლაში.

კვანტური მექანიკის საფუძველზე, შრედინგერის განტოლების ამოხსნით შესაძლებელი გახდა ელექტრონების ენერგიების სწორად გამოთვლა რთულ ატომებში. ასეთი გამოთვლების სავარაუდო მეთოდები შეიმუშავა 1928 წელს დ.ჰარტრიმ (ინგლისი) და 1930 წელს ვ.ა.ფოკმა (სსრკ). ატომური სპექტრების შესწავლამ სრულად დაადასტურა ატომის კვანტური მექანიკური თეორია. აღმოჩნდა, რომ ატომში ელექტრონის მდგომარეობა არსებითად დამოკიდებულია მის Spin a-ზე - იმპულსის საკუთარი მექანიკური მომენტი. ახსნა იყო ატომზე გარე ელექტრული და მაგნიტური ველების მოქმედება (იხ. სტარკის ფენომენი (იხ. სტარკის ეფექტი), ზეემანის ფენომენი). მნიშვნელოვანი ზოგადი პრინციპი, რომელიც დაკავშირებულია ელექტრონის სპინთან, აღმოაჩინა შვეიცარიელმა ფიზიკოსმა ვ. პაულიმ (1925) (იხ. პაულის პრინციპი), ამ პრინციპის მიხედვით, ატომში თითოეულ ელექტრონულ მდგომარეობაში მხოლოდ ერთი ელექტრონი შეიძლება იყოს; თუ ეს მდგომარეობა უკვე დაკავებულია რომელიმე ელექტრონით, მაშინ შემდეგი ელექტრონი, რომელიც შედის ატომის შემადგენლობაში, იძულებულია დაიკავოს სხვა მდგომარეობა. პაულის პრინციპის საფუძველზე საბოლოოდ დადგინდა რთულ ატომებში ელექტრონული გარსების შევსების რიცხვები, რომლებიც განსაზღვრავენ ელემენტების თვისებების პერიოდულობას. კვანტურ მექანიკაზე დაყრდნობით გერმანელმა ფიზიკოსებმა ვ.გეიტლერმა და ფ.ლონდონმა (1927) მისცეს თეორია ე.წ. ორი იდენტური ატომის ჰომეოპოლარული ქიმიური ბმა (მაგალითად, წყალბადის ატომები H 2 მოლეკულაში), რომელიც არ შეიძლება აიხსნას ატომის ბორის მოდელის ფარგლებში.

კვანტური მექანიკის მნიშვნელოვანი გამოყენება 30-იან წლებში. მოგვიანებით კი იყო შეკრული ატომების კვლევები, რომლებიც ქმნიან მოლეკულას ან კრისტალს. ატომის მდგომარეობა, რომელიც არის მოლეკულის ნაწილი, არსებითად განსხვავდება თავისუფალი ატომის მდგომარეობებისგან. ატომი ასევე განიცდის მნიშვნელოვან ცვლილებებს კრისტალში ინტრაკრისტალური ველის მოქმედებით, რომლის თეორია პირველად H. Bethe-მ (1929) შეიმუშავა. ამ ცვლილებების გამოკვლევით შეიძლება დადგინდეს ატომის ურთიერთქმედების ბუნება მის გარემოსთან. ყველაზე დიდი ექსპერიმენტული მიღწევა ამ სფეროში არის A.f. ზავოისკის მიერ 1944 წელს აღმოაჩინა ელექტრონის პარამაგნიტური რეზონანსი (იხ. ელექტრონის პარამაგნიტური რეზონანსი) , რამაც შესაძლებელი გახადა გარემოსთან ატომების სხვადასხვა კავშირის შესწავლა.

თანამედროვე ატომური ფიზიკა.თანამედროვე ა.ფ.-ის ძირითადი მონაკვეთები. არის ატომის თეორია, ატომური (ოპტიკური) სპექტროსკოპია, რენტგენის სპექტროსკოპია, რადიო სპექტროსკოპია (ის ასევე იკვლევს მოლეკულების ბრუნვის დონეებს) და ატომისა და იონის შეჯახების ფიზიკას. სპექტროსკოპიის სხვადასხვა განყოფილება მოიცავს რადიაციის სიხშირეების სხვადასხვა დიაპაზონს და, შესაბამისად, ფოტონების ენერგიების სხვადასხვა დიაპაზონს. მაშინ როცა რენტგენის სპექტროსკოპია სწავლობს ატომების გამოსხივებას ფოტონის ენერგიით ასობით ათას ელექტრონამდე. ev,რადიო სპექტროსკოპია ეხება ძალიან მცირე კვანტებს - კვანტამდე 10 -6-ზე ნაკლები ევ.

ყველაზე მნიშვნელოვანი ამოცანა ა.ფ. - ატომის მდგომარეობის ყველა მახასიათებლის დეტალური განმარტება. ჩვენ ვსაუბრობთ ატომის ენერგიის შესაძლო მნიშვნელობების განსაზღვრაზე - მისი ენერგეტიკული დონეები, იმპულსის მომენტების მნიშვნელობები და სხვა რაოდენობები, რომლებიც ახასიათებს ატომის მდგომარეობას. შესწავლილია ენერგიის დონის წვრილი და ჰიპერწვრილი სტრუქტურები (იხ. ატომური სპექტრები) , ენერგიის დონეების ცვლილებები ელექტრული და მაგნიტური ველების გავლენით - როგორც გარე, მაკროსკოპული, ასევე შიდა, მიკროსკოპული. დიდი მნიშვნელობა აქვს ატომის მდგომარეობებს ისეთ მახასიათებელს, როგორიცაა ელექტრონის სიცოცხლე ენერგეტიკულ დონეზე. და ბოლოს, დიდი ყურადღება ეთმობა ატომური სპექტრის აგზნების მექანიზმს.

AF-ის სხვადასხვა განყოფილების მიერ შესწავლილი ფენომენების არეები ერთმანეთს ემთხვევა. რენტგენის სპექტროსკოპია რენტგენის სხივების ემისიის და შთანთქმის გაზომვით შესაძლებელს ხდის ძირითადად განსაზღვროს შიდა ელექტრონების შემაკავშირებელი ენერგიები ატომის ბირთვთან (იონიზაციის ენერგია), ატომის შიგნით ელექტრული ველის განაწილება. ოპტიკური სპექტროსკოპია სწავლობს ატომების მიერ გამოსხივებული სპექტრული ხაზების სიმრავლეს, განსაზღვრავს ატომის ენერგეტიკული დონის მახასიათებლებს, სპექტრული ხაზების ინტენსივობას და ატომის სიცოცხლეს მათთან დაკავშირებულ აღგზნებულ მდგომარეობებში, ენერგეტიკული დონეების წვრილ სტრუქტურას. მათი გადაადგილება და გაყოფა ელექტრულ და მაგნიტურ ველებში. რადიო სპექტროსკოპია დეტალურად იკვლევს სპექტრული ხაზების სიგანეს და ფორმას, მათ ჰიპერწვრილ სტრუქტურას, გადაადგილებას და გაყოფას მაგნიტურ ველში და, ზოგადად, ატომშიდა პროცესებს, რომლებიც გამოწვეულია გარემოს ძალიან სუსტი ურთიერთქმედებითა და გავლენით.

სწრაფი ელექტრონებისა და იონების ატომებთან შეჯახების შედეგების ანალიზი შესაძლებელს ხდის ინფორმაციის მიღებას ატომის შიგნით ელექტრონული მუხტის სიმკვრივის („ელექტრონული ღრუბელი“) განაწილების, ატომის აგზნების ენერგიების და იონიზაციის ენერგიების შესახებ.

ატომების სტრუქტურის დეტალური შესწავლის შედეგები ყველაზე ფართო გამოყენებას პოულობს არა მხოლოდ ფიზიკის ბევრ დარგში, არამედ ქიმიაში, ასტროფიზიკასა და მეცნიერების სხვა დარგებში. სპექტრული ხაზების გაფართოებისა და გადაადგილების შესწავლის საფუძველზე, შეიძლება ვიმსჯელოთ გარემოში (თხევადი, კრისტალი) ადგილობრივი (ლოკალური) ველების შესახებ, რომლებიც იწვევენ ამ ცვლილებებს და ამ გარემოს მდგომარეობას (ტემპერატურა, სიმკვრივე და ა.შ.). ატომში ელექტრონული მუხტის სიმკვრივის განაწილების ცოდნა და მისი ცვლილებები გარე ურთიერთქმედების დროს შესაძლებელს ხდის წინასწარ განსაზღვროს ატომის ქიმიური ბმების ტიპი, იონის ქცევა ბროლის ბადეში. ინფორმაცია ატომებისა და იონების ენერგეტიკული დონის სტრუქტურისა და მახასიათებლების შესახებ ძალზე მნიშვნელოვანია კვანტური ელექტრონიკის მოწყობილობებისთვის.

2 1. შესავალი 1.1. ატომური ფიზიკის საგანი, მისი განვითარების მოკლე ისტორია, მიზნები და ამოცანები 1.2. ძირითადი განმარტებები. ელექტრონი, პროტონი, ნეიტრონი, ატომი, იონი, მოლეკულა, ნუკლიდი, ატომის ბირთვი, ქიმიური ელემენტი, იზოტოპები 1.3. ატომის ბირთვული და გარსის თვისებები 1.4. ფიზიკური სიდიდეების საზომი ერთეულები ატომურ ფიზიკაში. ელექტროვოლტი. მოლი, ავოგადროს მუდმივი, ატომური მასის ერთეული, ფარდობითი ატომური მასა. ენერგიების, სიგრძეების, სიხშირეების, მასების სკალები ატომურ და ბირთვულ ფიზიკაში 1.5. კლასიკური, რელატივისტური და კვანტური ფიზიკა. იმპულსი და ენერგია 1.6. ფოტონი. ფოტონის ენერგიის მასშტაბი (ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მასშტაბი)

3 ატომის ფიზიკა ატომური ფიზიკა (ატომის ფიზიკა და ატომური ფენომენები) არის ფიზიკის ფილიალი, რომელიც სწავლობს ატომების აგებულებასა და თვისებებს, აგრეთვე ელემენტარულ პროცესებს, რომლებშიც ატომები მონაწილეობენ.ატომური ფიზიკის შესწავლის ობიექტებია ორივე. ატომები და მოლეკულები, ატომური და მოლეკულური იონები, ეგზოტიკური ატომები და სხვა მიკრონაწილაკები ატომური ფიზიკის ფარგლებში შესწავლილ მოვლენებში მთავარ როლს თამაშობს ელექტრომაგნიტური ურთიერთქმედება.ნახევარგამტარები და ნანომასალები) თავად ატომური ფიზიკის თეორიული საფუძველია კვანტური თეორია და კვანტური ელექტროდინამიკა. არ არის მკაფიო საზღვარი ატომურ ფიზიკასა და ფიზიკის სხვა დარგებს შორის და საერთაშორისო კლასიფიკაციის მიხედვით, ატომური ფიზიკა შედის ატომური, მოლეკულური ფიზიკის და ოპტიკის სფეროში.

4 ატომური ფიზიკის განვითარების მოკლე ისტორია „ატომის“ ცნებას იყენებდნენ ძველი ბერძენი მეცნიერები (ძვ. წ. V - II სს.) უმცირესი, განუყოფელი ნაწილაკების აღსანიშნავად, რომლებიც ქმნიან ყველაფერს, რაც მსოფლიოში არსებობს. ექსპერიმენტული დადასტურება ატომისტური იდეები მიიღეს მე-19 საუკუნეში ქიმიურ და ფიზიკურ კვლევებში მოსაზრება იმის შესახებ, რომ ატომი შედგება დადებითად და უარყოფითად დამუხტული ნაწილებისგან, დასაბუთდა მე-19 საუკუნის მეორე ნახევარში.1897 წელს ჯ. ტომსონმა აღმოაჩინა ელექტრონი და მალევე დადასტურდა, რომ ის ყველა ატომის განუყოფელი ნაწილია.ატომის, როგორც ატომის ბირთვისა და ელექტრონული გარსისგან შემდგარი სისტემის იდეა დაასაბუთა E. ფიზიკამ, გამოიკვეთა ბირთვული ფიზიკა. და ცოტა მოგვიანებით, ელემენტარული ნაწილაკების ფიზიკა

5 ატომური ფიზიკის განვითარების მოკლე ისტორია თანამედროვე ატომურ ფიზიკას საფუძველი ჩაეყარა მე-20 საუკუნის დასაწყისში, როდესაც ნ. ბორმა ახსნა ატომის მთელი რიგი ყველაზე მნიშვნელოვანი თვისებები (1913) და წამოაყენა ორი. კვანტური პოსტულატები პირველი მათგანის მიხედვით, არსებობს ატომის სპეციალური (სტაციონარული) მდგომარეობები, რომლებშიც ეს უკანასკნელი არ ასხივებს ენერგიას, თუმცა მის შემადგენლობაში შემავალი დამუხტული ნაწილაკები (ელექტრონები) აჩქარებულ მოძრაობას ახორციელებენ მეორე პოსტულატის მიხედვით, ატომის გამოსხივება ხდება ერთი სტაციონარული მდგომარეობიდან მეორეზე გადასვლისას და ამ გამოსხივების ν სიხშირე განისაზღვრება პირობით h = E - E (ბორის სიხშირის წესი), სადაც h არის პლანკის მუდმივი, E და E არის მნიშვნელობები. ატომის ენერგიის საწყის და საბოლოო მდგომარეობებში პირველი პოსტულატი ასახავს ატომის სტაბილურობის ფაქტს, მეორე სიხშირეების დისკრეტულობას ატომურ სპექტრებში.

6 ატომური ფიზიკის განვითარების მოკლე ისტორია ბორის თეორია, რომელმაც ვერ შეძლო ამომწურავად აეხსნა ატომებისა და მოლეკულების თვისებები, შეიცვალა თანმიმდევრული კვანტური თეორიით, რომელიც შეიქმნა 1920-იან და 1930-იან წლებში (W. Heisenberg, E. Schrödinger, P. დირაკი) მიუხედავად ამისა, ბორის პოსტულატები კვლავ ინარჩუნებენ მნიშვნელობას და წარმოადგენს მიკროსკოპული ფენომენების ფიზიკის საფუძვლების განუყოფელ ნაწილს.თანამედროვე კვანტური თეორიის ფარგლებში მოცემულია ატომის თვისებების ყველაზე სრულყოფილი ახსნა: ფორმირების პრინციპები. თეორიულად დასაბუთდა ოპტიკური და რენტგენის სპექტრის, ატომების ქცევა მაგნიტურ (ზეემანის ეფექტი) და ელექტრულ (სტარკის ეფექტი) ველებში, ელემენტების პერიოდული სისტემა და ქიმიური ბმის ბუნება, შემუშავდა ელექტრონული სტრუქტურის გამოთვლის მეთოდები. ატომების, მოლეკულების და მყარი ნივთიერებების (ჰარტრი-ფოკის თვითშეთანხმებული ველის მეთოდი), შეიქმნა ახალი მოწყობილობები მატერიის სტრუქტურისა და თვისებების შესასწავლად (ელექტრონული მიკროსკოპი) კვანტური თეორიის იდეების განვითარება (გი სპინის ჰიპოთეზა, პაულის პრინციპი და ა.შ., თავის მხრივ, ეფუძნებოდა ექსპერიმენტულ კვლევებს ატომური ფიზიკის სფეროში (ატომების ხაზის სპექტრები, ფოტოელექტრული ეფექტი, სპექტრული ხაზების წვრილი და ჰიპერწვრილი სტრუქტურა, ფრენკის და ექსპერიმენტები. ჰერცი, დევისონი და გერმერი, შტერნი და გერლახი, კომპტონის ეფექტი, დეიტერიუმის და სხვა იზოტოპების აღმოჩენა, აუგერის ეფექტი და ა.შ.)

7 ატომური ფიზიკის განვითარების მოკლე ისტორია XX საუკუნის მეორე მესამედში, ატომური ფიზიკის ფარგლებში და კვანტური თეორიის იდეებზე დაყრდნობით, შემუშავდა ფიზიკური კვლევის ახალი ექსპერიმენტული მეთოდები: ელექტრონის პარამაგნიტური რეზონანსი (EPR), შექმნილია ფოტოელექტრონული სპექტროსკოპია (PES), ელექტრონის ზემოქმედების სპექტროსკოპია (ESI), მათი განხორციელების მოწყობილობები (მაზერი, ლაზერი და ა.შ.) მიღებულია კვანტური თეორიის ფუნდამენტური პრინციპები (კვანტური მდგომარეობების ჩარევა, დონეების Lamb ცვლა და ა.შ.). პირდაპირი ექსპერიმენტული დადასტურება, მატერიის ელექტრონული სტრუქტურის გამოთვლის ახალი მეთოდები (სიმკვრივის ფუნქციონალური თეორია) და წინასწარმეტყველური ახალი ფიზიკური ფენომენი (სუპერრადიაციული) მეთოდები შემუშავებულია იმ პროცესების ექსპერიმენტული კვლევისთვის, რომლებიც წარმოიქმნება ელექტრული და მაგნიტური ველების მიერ შეკავებული ცალკეული ატომების, იონების და ელექტრონების მიერ. სპეციალური კონფიგურაციის (ატომური და იონური "ხაფანგები")

8 ატომური ფიზიკის განვითარების მოკლე ისტორია ახალი შედეგები ატომური ფიზიკის დარგში მე-20 საუკუნის ბოლო მესამედში და 21-ე საუკუნის დასაწყისში ძირითადად დაკავშირებულია ლაზერული გაზომვების გამოყენებასთან ცალკეული ატომებითა და მოლეკულებით. ატომების ძლიერ აღგზნებული მდგომარეობების მახასიათებლები, სწავლობს ატომშიდა და ინტრამოლეკულური პროცესების დინამიკას, რომელიც გრძელდება რამდენიმე ფემტოწამამდე (10-15 წმ), ასევე ცალკეული ატომების გაციება ულტრა დაბალ ტემპერატურამდე. ბოლო ათწლეულების თეორიული კვლევები სფეროში ატომური ფიზიკა ასოცირდება კომპიუტერული ტექნოლოგიების სწრაფ პროგრესთან და მიმართულია ელექტრონის გამოთვლის ეფექტური მეთოდებისა და საშუალებების შემუშავებაზე. მრავალელექტრონული ატომური სისტემების სტრუქტურა და თვისებები, ელექტრონების კორელაციის ენერგიის, რელატივისტური კვანტურ-მექანიკური და კვანტურ-ელექტროდინამიკური შესწორებების გათვალისწინებით.

9 ატომური ფიზიკა ატომური ფიზიკის სფეროში კვლევებმა იპოვა მრავალი სამეცნიერო და პრაქტიკული გამოყენება სამრეწველო მიზნებისთვის ნივთიერების ელემენტარული შემადგენლობის დასადგენად გამოიყენება ატომური სპექტრული ანალიზის მეთოდები, მათ შორის EPR, FES და SEA გეოლოგიური, ბიოლოგიური და სამედიცინო პრობლემები, დისტანციური და ლოკალური ლაზერული სპექტრული ატომური ანალიზის მეთოდები, ლაზერული იზოტოპების გამოყოფა ხორციელდება სამრეწველო და ტექნიკური მიზნებისთვის. ვარსკვლავთშორისი გარემო, რიდბერგის ატომების შესწავლა, მეტროლოგია (ატომური საათები) და მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სხვა სფეროები

10 ატომური ფიზიკის კურსის მიზნები და ამოცანები დისციპლინის "ატომის ფიზიკა და ატომური ფენომენების" ძირითადი მიზანი, როგორც ზოგადი ფიზიკის კურსის ნაწილი, არის მიკროსკოპული ფენომენების ფიზიკის საბაზისო ცოდნის ჩამოყალიბება ატომში. მოლეკულური დონე და მათი გამოყენების უნარი გამოყენებითი ამოცანების გადასაჭრელად ამ მიზნის მისაღწევად წყდება შემდეგი ამოცანები: – ატომის განვითარების ანალიზი და კვანტური ცნებების ფორმირება; – ატომური ფიზიკის უმნიშვნელოვანესი ექსპერიმენტული ფაქტების შესწავლა და მათი ურთიერთმიმართება; - მიკროფენომენების სპეციფიკის გამოვლენა და კლასიკური თეორიის ვერ ახსნა; – კვანტური მექანიკის საფუძვლების და კვანტური მექანიკური ამოცანების ამოხსნის მეთოდების შესწავლა; - ატომებისა და მოლეკულების სტრუქტურისა და თვისებების კვანტურ თეორიაზე დაფუძნებული სისტემატური შესწავლა და ახსნა, მათი ქცევა გარე ველებში და ერთმანეთთან ურთიერთქმედებაში.

12 ელექტრონი ელექტრონი არის სტაბილური ელემენტარული ნაწილაკი უარყოფითი ელექტრული მუხტით ელექტრონის მუხტის აბსოლუტური მნიშვნელობა უდრის ელემენტარულ მუხტს q e = –e –1.610 –19 C ელექტრონის მასა m e = m –31 კგ სპინი ელექტრონი არის ½ ელექტრონის მაგნიტური მომენტი დაახლოებით ტოლია ბორის მაგნეტონის μ e – μ B - -4 eV / T სიმბოლო e ან e გამოიყენება ელექტრონის აღსანიშნავად - ელექტრონები ქმნიან ყველა ატომისა და იონის ელექტრონულ გარსს. ელექტრონს აქვს ანტინაწილაკიანი პოზიტრონი (e +)

15 პროტონი პროტონი არის სტაბილური ელემენტარული ნაწილაკი დადებითი ელექტრული მუხტით პროტონის მუხტი უდრის ელემენტარულ მუხტს q p = e –19 C პროტონის მასა m p 1836m e –27 კგ პროტონის სპინი არის ½ მაგნიტური პროტონის მომენტი μ p –8 eV / T პროტონი აღინიშნება სიმბოლოთი p ან p + პროტონს აქვს ანტინაწილაკების ანტიპროტონი (p-)

16 ანტიპროტონის განადგურება ანტიპროტონი (ლურჯი ბილიკი) ეჯახება პროტონს ბუშტუკების პალატაში, რის შედეგადაც წარმოიქმნება ოთხი დადებითი პიონი (წითელი ბილიკი) და ოთხი უარყოფითი პიონი (მწვანე ბილიკი). ყვითელი ბილიკი ეკუთვნის მიონს, რომელიც წარმოიქმნება შედეგად. პიონის დაშლის

17 ნეიტრონი ნეიტრონის ელემენტარული ნაწილაკი ნულოვანი ელექტრული მუხტით ნეიტრონის სიცოცხლე თავისუფალ მდგომარეობაში არის დაახლოებით 886 წმ ნეიტრონის მასა m n 1839m e –27 კგ ნეიტრონის სპინი არის ½ მიუხედავად ელექტრული მუხტის არარსებობისა, ნეიტრონი აქვს მაგნიტური მომენტი μ n – –8 eV/T ნეიტრონი, რომელიც აღინიშნება n ან n სიმბოლოთი 0 ნეიტრონს აქვს ანტინაწილაკების ანტინეიტრონი პროტონები და ნეიტრონები გაერთიანებულია საერთო სახელწოდებით ნუკლეონები ატომური ბირთვები შედგება პროტონებისა და ნეიტრონებისგან.

18 ნეიტრონი ვინაიდან ნეიტრონებს არ აქვთ ელექტრული მუხტი, ისინი არ ტოვებენ კვალს ნაწილაკების დეტექტორის კამერებში ნეიტრონების აღმოჩენა მაინც შესაძლებელია სხვა დამუხტულ ნაწილაკებთან მათი ურთიერთქმედებით. ფერადი სურათი გვიჩვენებს ნაწილაკების კვალს ღრუბლის კამერაში, რომელიც სავსეა წყალბადის გაზის, ეთილის სპირტის ნარევით. და წყალი ნეიტრონული სხივი აღწევს კამერაში ქვემოდან და იწვევს ჟანგბადის და ნახშირბადის ატომების ტრანსმუტაციას, რომლებიც ეთილის სპირტის მოლეკულების ნაწილია.

19 ატომი ატომი არის მიკრონაწილაკი, რომელიც შედგება ატომის ბირთვისა და მისი მიმდებარე ელექტრონებისგან (ელექტრონული გარსი) დადებითად დამუხტული ბირთვი ინარჩუნებს უარყოფითად დამუხტულ ელექტრონებს ელექტრული მიზიდულობის ძალებით, ელექტრონული მუხტი უდრის e-ს, მაშინ როდესაც ელექტრონების რაოდენობა გარსი უდრის ბირთვში პროტონების რაოდენობას, ატომის მთლიანი ელექტრული მუხტი ნულია. ), თუმცა იმის გამო, რომ პროტონის მასა (როგორც ნეიტრონს) მასაზე თითქმის 2 ათასჯერ მეტია. ელექტრონის, ატომის () თითქმის მთელი მასა კონცენტრირებულია ბირთვში

20 ოქროს ატომი Au ოქროს ერთი ატომის გამოსახულება, მიღებული გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის გამოყენებით, გადიდების დრო 35 მმ-მდე

22 სილიციუმის ატომები Si სილიციუმის ატომების ფერადი გამოსახულება, მიღებული გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის გამოყენებით, ნაჩვენებია კრისტალის ერთეული უჯრედი. ასევე ჩანს ატომებს შორის ბმები.გადიდების დრო 35მმ-მდე

24 ურანის ატომები U ურანის ატომების ფერადი გამოსახულება მიიღეს გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის გამოყენებით.პატარა რეგულარული წერტილები ცალკეული ატომებია, უფრო დიდი წარმონაქმნები 2-20 ატომისგან შემდგარი გროვებია ხედვის ველი დაახლოებით 100 Å. გადიდება 35 მმ ზომამდე

25 ურანილის მიკროკრისტალები UO 2 2+ ურანილის მიკროკრისტალების ფერადი გამოსახულება, მიღებული გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის გამოყენებით, თითოეული ლაქა წარმოადგენს ურანის ერთ ატომს გადიდების დრო 35 მმ ზომამდე

27 ქიმიური ელემენტი, ნუკლიდი, იზოტოპები ბირთვში Z პროტონების გარკვეული რაოდენობის მქონე ატომები ერთსა და იმავე ქიმიურ ელემენტს მიეკუთვნება. რიცხვს Z ეწოდება ქიმიური ელემენტის ატომური რიცხვი. ატომების ერთობლიობას ბირთვში Z და N ნეიტრონების გარკვეული რაოდენობის პროტონებით ეწოდება ნუკლიდი. ნუკლიდები აღინიშნება ელემენტის სახელზე A მასობრივი რიცხვის მნიშვნელობის დამატებით, რომელიც უდრის Z + N ჯამს (მაგალითად, ჟანგბადი-16, ურანი-235), ან რიცხვის A მოთავსებით სიმბოლოსთან ახლოს. ელემენტი (16 O, 235 U). ერთი და იგივე ელემენტის ნუკლიდებს იზოტოპები ეწოდება. წყალბადის ატომის ყველაზე მსუბუქი ატომის მასა, რომელიც შედგება ერთი პროტონისა და ერთი ელექტრონისგან, უდრის m H 1,67 10 –27 კგ. დარჩენილი ატომების მასები დაახლოებით A-ჯერ მეტია, ვიდრე m H. ბუნებაში არის 90 ქიმიური ელემენტი და 300-ზე მეტი სხვადასხვა ნუკლიდი; მათგან 270 სტაბილურია, დანარჩენი რადიოაქტიურია. ხელოვნურად მიღებული რადიოაქტიური ნუკლიდების შესახებ.

31 იონები ატომზე ელექტრონების ამოღების ან მიმაგრების პროცესს იონიზაცია ეწოდება, თუ გარსში ელექტრონების რაოდენობა Z-ზე ნაკლებია, მიიღება დადებითი ატომური იონი, თუ Z-ზე მეტი უარყოფითია, ამრიგად, იონი არის ელექტრულად დამუხტული ატომი. (ან მოლეკულა), რომელიც წარმოიქმნება ნეიტრალურ ატომზე (ან მოლეკულაზე) ერთი ან მეტი ელექტრონის გამოყოფის ან მიმაგრებისას

32 იონი დადებითად დამუხტულ იონებს უწოდებენ კათიონებს, უარყოფითად დამუხტულ ანიონებს. იონები აღინიშნება ქიმიური სიმბოლოთი ინდექსით, რომელიც მიუთითებს სიმრავლეს (მუხტის ოდენობა ელემენტარული მუხტის ერთეულებში) და იონის ნიშანს: H -, Na +, UO 2 2+ იონები შეიძლება იყოს ორივე სტაბილური წარმონაქმნი (ჩვეულებრივ ხსნარებში ან კრისტალებში), ასე და არასტაბილური (აირებში ნორმალურ პირობებში) ატომური კათიონების მიღება შესაძლებელია +(Z - 1) მუხტამდე. ასე მაგალითად U 90+ და U 91+ მიიღეს იონთა ამაჩქარებლებზე.ატომური ანიონები 2 და მეტი მუხტით თავისუფალ მდგომარეობაში არ არსებობს.

34 მოლეკულა მოლეკულა არის ნივთიერების უმცირესი სტაბილური ნაწილაკი, რომელიც შედგება ერთზე მეტი ატომისგან.მოლეკულას ახასიათებს ატომის ბირთვების გარკვეული შედგენილობა, ელექტრონების რაოდენობა და სივრცითი აგებულება.ქიმიური ფორმულები გამოიყენება რაოდენობრივი და. მოლეკულების ხარისხობრივი შემადგენლობა: O 2 (ჟანგბადის მოლეკულა), H 2 O (მოლეკულა წყალი), CH 4 (მეთანის მოლეკულა), C 6 H 6 (ბენზოლის მოლეკულა), C 60 (ფულერენის მოლეკულა)

39 დნმ-ის მოლეკულა დნმ-ის მოლეკულის ფერადი გამოსახულება მიიღეს გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის გამოყენებით მაღალი ვაკუუმის კამერაში დნმ-ის ნიმუში დაფარულია პლატინის თხელი ფენით.

40 ატომის ბირთვული და გარსის თვისებები ბირთვული თვისებები გარსის თვისებები განისაზღვრება ბირთვის შემადგენლობით: რადიოაქტიურობა, ბირთვულ რეაქციებში მონაწილეობის უნარი და ა.შ. განისაზღვრება ელექტრონული გარსის აგებულებით: ქიმიური, ფიზიკური (ელექტრული, მაგნიტური, ოპტიკური და ა.შ. .) 42 ენერგია SI-ში ენერგიის ერთეული არის ჯოული (J), თუმცა, ატომური ფიზიკის ობიექტებისა და ფენომენების ენერგეტიკული მნიშვნელობებისთვის, ასეთი ერთეული იშვიათად გამოიყენება. უფრო ხშირად გამოიყენება გამორთული. ენერგიის სისტემური ერთეული, რომელსაც ეწოდება ელექტრონ ვოლტი (eV, eV), რომელიც გადის 1 ვოლტის აჩქარების პოტენციალის სხვაობაზე: 1 eV = J –6 eV) ელექტრონ-ვოლტის ერთეულები, ისევე როგორც ზოგიერთი სხვა: რიდბერგი (Rydberg, Ry), ჰარტრი (ჰარტრი, ჰა, ან ატომური ერთეული, ა. ე.) რიდბერგი რიცხობრივად უდრის იონიზაციის ენერგიას წყალბადის ატომის ძირითადი მდგომარეობიდან ბირთვის უსასრულო მასის მიახლოებით: 1 Ry eV Hartree უდრის ელექტრონის პოტენციური ენერგიის აბსოლუტურ მნიშვნელობას წყალბადის ატომის ძირითად მდგომარეობაში უსასრულობის მიახლოებით. ბირთვის მასა: 1 Ha = 2 Ry eV ატომური სისტემების მდგომარეობების ენერგია, ისევე როგორც მდგომარეობათა შორის გადასვლები შეიძლება გაიზომოს სხვა ერთეულებში

43 მასა SI-ში მასის ერთეული არის კილოგრამი (კგ), თუმცა ატომური ფიზიკის ობიექტების მასების გასაზომად გამოიყენება საზომი სისტემის გარეთ არსებული ერთეული, რომელსაც ეწოდება ატომური მასის ერთეული (amu). უდრის შეუკავშირებელი, აუღელვებელი ნახშირბად-12 ატომის მასის 1/12-ს (12 C): 1 ა. ე. მ კგ 1 ა. mu დაახლოებით უდრის ერთი პროტონის ან ნეიტრონის მასას. ფარდობითი ატომური მასა არის ატომის მასა, გამოხატული a. ე.მ. ავოგადროს მუდმივი N A არის ფიზიკური მუდმივი, რიცხობრივად ტოლი ატომების რაოდენობის 12 გ სუფთა ნახშირბად-12 იზოტოპში: N A mol –1 მოლი (ნივთიერების ოდენობის ერთეული SI-ში) განსაზღვრებით შეიცავს N A სტრუქტურულ ელემენტებს (ატომები). , მოლეკულები, იონები).

44 სიგრძე SI სიგრძის ერთეული არის მეტრი (მ). 1 მეტრი უდრის მანძილს, რომელსაც სინათლე გადის ვაკუუმში 1/წამის ტოლი დროის ინტერვალით. რადიო დიაპაზონში ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ტალღის სიგრძის გაზომვის გარდა, სიგრძის ასეთი ერთეული იშვიათად გამოიყენება ატომურ ფიზიკაში და ამის ნაცვლად, ხაზოვანი ზომების, ისევე როგორც ტალღის სიგრძის გასაზომად, გამოიყენება მეტრის ქვემრავალჯერადი ერთეული: სანტიმეტრი ( სმ, 1 სმ \u003d 10 -2 მ), მილიმეტრი (მმ, 1 მმ = 10–3 მ), მიკრომეტრი (μm, μm, 1 μm = 10–6 მ), ნანომეტრი (ნმ, 1 ნმ = 10–9 მ), პიკომეტრი (სთ, 1 სთ = 10–12 მ ) და სხვა, ასევე სისტემური ერთეულები: ანგსტრომი (Å, 1 Å = 0,1 ნმ = 10–10 მ), ბორი (ან ბორის რადიუსი) (1 ბორი Å)

45 დრო SI დროის ერთეული არის მეორე (s). ატომური დროის სტანდარტი: ერთი წამი (ან ატომური წამი) უდრის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების პერიოდებს, რომლებიც შეესაბამება 133 Cs (ცეზიუმი-133) იზოტოპის ძირითადი მდგომარეობის ჰიპერწვრილი სტრუქტურის ორ დონეს შორის ენერგიის გადასვლას. ატომურ ფიზიკაში ჩვეულებრივ იზომება წამის წილადი ერთეულებით: ნანო-, პიკო- ან ფემტოწამში (ns, ps, fs, 1 fs = 10 -15 s)

46 ფიზიკური სიდიდეების მასშტაბები ატომურ და ბირთვულ ფიზიკაში ატომური ფიზიკის ფენომენები ხასიათდება ზომებით 10-12 მ-დან (მძიმე ატომების შიდა გარსები) ნანომეტრის მეათედებამდე (ატომების ზომები და მცირე მოლეკულები), ენერგიები 10-6 ევ. (დონეების ჰიპერწვრილი სტრუქტურა) 10 5 ევ-მდე (შიდა ქვეშელების ელექტრონების შემაკავშირებელი ენერგია), ჯერ ათობით ფემტოწამიდან (ულტრამოკლე ლაზერული იმპულსების ხანგრძლივობა) ათასობით წამამდე (ატომების მეტასტაბილური მდგომარეობების სიცოცხლე) მოლეკულების ტიპიური ზომებია 01. -1 ნმ. უმცირესი მოლეკულის (H 2) ბირთვთაშორისი მანძილი არის ნმ.დნმ მაკრომოლეკულებს და ბევრ პოლიმერს შეიძლება ჰქონდეს მაკროსკოპული ზომები. ამრიგად, გაშლილი დნმ-ის სპირალის სიგრძემ შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე სანტიმეტრს დაახლოებით 2 ნმ სიგანით.

47 ფოტონი ფოტონი, ან ელექტრომაგნიტური გამოსხივების კვანტი (ველი), არის უმასური ელემენტარული ნაწილაკი, რომელსაც არ აქვს ელექტრული მუხტი ვაკუუმში ფოტონი მოძრაობს c სიჩქარით ფოტონს აქვს სპინი 1-ის ტოლი. ბრუნი ფოტონის გავრცელების მიმართულების პერპენდიკულარულ მიმართულებებზე განსაზღვრავს მისი პოლარიზაციის γ მდგომარეობას

11.1. რეზერფორდის ატომის მოდელი

1911 წლამდე არ არსებობდა სწორი წარმოდგენები ატომის აგებულების შესახებ. 1911 წელს რეზერფორდმა და მისმა თანამშრომლებმა შეისწავლეს  ნაწილაკების გაფანტვა ლითონის თხელი ფენების გავლისას (-ნაწილაკები ასხივებენ რადიოაქტიურ ელემენტებს. ისინი ჰელიუმის ატომების ბირთვებია 2 მუხტით. ედა მასა დაახლოებით 4-ჯერ აღემატება წყალბადის ატომის მასას. მათი სიჩქარე აღწევს  10 7 ქალბატონი). აღმოჩნდა, რომ ოქროს ფურცლის სისქის დასხივებისას 6 მკმ 8000  ნაწილაკიდან მხოლოდ ერთმა განიცადა მნიშვნელოვანი გადახრა მოძრაობის საწყისი მიმართულებიდან. შედეგი ისეთივე მოულოდნელი იყო იმ დროისთვის, თითქოს აგურის აგურის რამდენიმე ათასი აგურის სისქის კედელზე აგურის გასროლისას, თითქმის ყველა აგური კედელში გაივლიდა და მხოლოდ რამდენიმე კედლიდან ამოხტებოდა.

მისი კვლევის საფუძველზე, რეზერფორდმა შესთავაზა ატომის ბირთვული მოდელი. ამ მოდელის მიხედვით, ატომი შედგება დადებითი ბირთვისგან მუხტით ზე (ზ- ელემენტის სერიული ნომერი პერიოდულ სისტემაში, ე- ელემენტარული მუხტი), ზომა 10 -5 -10 -4 A (1A \u003d 10 -10 მ) და მასა თითქმის ტოლი ატომის მასისა. ელექტრონები მოძრაობენ ბირთვის გარშემო დახურულ ორბიტებში და ქმნიან ატომის ელექტრონულ გარსს. ვინაიდან ატომები ნეიტრალურია, ბირთვის გარშემო უნდა ბრუნავდეს ზელექტრონები, რომელთა საერთო მუხტია ზე) ატომის ზომები განისაზღვრება ზომებით

ელექტრონების გარე ორბიტები და არიან A-ს ერთეულების რიგის.

ელექტრონების მასა არის ბირთვის მასის ძალიან მცირე ნაწილი (0,054% წყალბადისთვის, 0,03% -ზე ნაკლები სხვა ელემენტებისთვის). თუმცა, "ელექტრონის ზომის" კონცეფცია არ შეიძლება თანმიმდევრულად ჩამოყალიბდეს რ ო 10 -3 A ეწოდება ელექტრონის კლასიკურ რადიუსს.

ამრიგად, ატომის ბირთვი იკავებს ატომის მოცულობის უმნიშვნელო ნაწილს და მასში კონცენტრირებულია ატომის პრაქტიკულად მთელი ( 99,95%) მასა. თუ ატომების ბირთვები ერთმანეთთან ახლოს მდებარეობდნენ, მაშინ გლობუსს ექნებოდა რადიუსი  200 მ და არა  6400 კმ (ატომის ბირთვების ნივთიერების სიმკვრივე  1,810 17 კგ/მ 3). მაშასადამე, ატომისტური იდეების თვალსაზრისით, ნებისმიერი საშუალება უნდა განიხილებოდეს, როგორც ვაკუუმი, რომელშიც ატომური ბირთვები და ელექტრონები იკვეთება (ან, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, როგორც ვაკუუმი ოდნავ გაფუჭებული ატომის ბირთვებითა და მასში ჩასმული ელექტრონებით).

-ნაწილაკების გაფანტვაზე ჩატარებული ექსპერიმენტების შედეგები მოწმობს ატომის ბირთვული მოდელის სასარგებლოდ. თუმცა, ბირთვული მოდელი ეწინააღმდეგებოდა კლასიკური მექანიკის და ელექტროდინამიკის კანონებს. ვაჩვენოთ.

დავუშვათ, რომ ელექტრონი მოძრაობს ბირთვის გარშემო რადიუსის წრიულ ორბიტაზე რ. ამ შემთხვევაში, ელექტრონსა და ბირთვს შორის ურთიერთქმედების კულონის ძალა ელექტრონს ანიჭებს ნორმალურ (ცენტრული) აჩქარებას, რომელიც განისაზღვრება ნიუტონის მეორე კანონით.

r = 1A-სთვის, (1)-დან ვპოულობთ, რომ ა ნ  10 22 ქალბატონი 2 . კლასიკური ელექტროდინამიკის მიხედვით, სწრაფად მოძრავი ელექტრონები უნდა ასხივებდნენ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს (იხ. პუნქტი 2.4.) და, შედეგად, დაკარგონ ენერგია. შედეგად, ელექტრონები მიუახლოვდებიან ბირთვს და საბოლოოდ დაეცემა მას, რაც ეწინააღმდეგება რეალობას.

ჩიხიდან გამოსავალი, რამაც ის შექმნა, იპოვა 1913 წელს ნილს ბორმა, რომელმაც ჩამოაყალიბა 2 პოსტულატი, რომლებიც ეწინააღმდეგება კლასიკურ იდეებს.

11.2. ბორის პოსტულატები

1. პირველი პოსტულატი ასეთია:

ატომის მხოლოდ რამდენიმე სტაციონარული მდგომარეობაა, რომლებშიც ის არ ასხივებს ენერგიას. ეს სტაციონარული მდგომარეობა შეესაბამება კარგად განსაზღვრულ (სტაციონალურ) ორბიტებს, რომლებზეც ელექტრონები მოძრაობენ. სტაციონარული ორბიტების გასწვრივ მოძრაობისას ელექტრონები, მიუხედავად მათი აჩქარებისა, არ ასხივებენ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს.

ატომის სტაციონარულ მდგომარეობაში ელექტრონს უნდა ჰქონდეს კუთხური იმპულსის დისკრეტული (კვანტური) მნიშვნელობები.

ლ ნ = ბატონივ = n, n = 1, 2, ... (2)

Აქ მ, ვ არის ელექტრონის მასა და სიჩქარე, რარის მისი ორბიტის რადიუსი. (1) და (2) გათვალისწინებით, ვპოულობთ ელექტრონების სტაციონარული ორბიტების რადიუსებს

. (3)

წყალბადის ატომისთვის ( ზ=1 ) პირველი ელექტრონის ორბიტის რადიუსი ზე ნ = 1 , რომელსაც უწოდებენ ბორის პირველ რადიუსს (ა),უდრის

რ 1 \u003d a \u003d 0,528 ა. (4)

ატომის შიდა ენერგია არის ელექტრონის კინეტიკური ენერგიის ჯამი ( T = mv 2 /2 ) და ელექტრონის ბირთვთან ურთიერთქმედების პოტენციური ენერგია ( U =- ზე 2 /(4  0 რ)),

(5)

ფორმულის (5) გამოყვანისას გათვალისწინებული იყო ფორმულა (1). (5) ელექტრონების (3) ორბიტების კვანტური რადიუსების ჩანაცვლებით, მივიღებთ, რომ ატომის ენერგია (რომელიც ელექტრონის ენერგიის ტოლია, რადგან ატომის ბირთვი უმოძრაოა) შეუძლია მიიღოს მხოლოდ შემდეგი. დაშვებული დისკრეტული (კვანტური) მნიშვნელობები

სადაც მინუს ნიშანი ნიშნავს, რომ ელექტრონი შეკრულ მდგომარეობაშია. (ატომურ ფიზიკაში ენერგია იზომება ელექტრონ ვოლტებში, 1 eV = 1.6 10 -19 ჯ).

2. მეორე პოსტულატი ადგენს:

ატომის (ელექტრონის) ერთი სტაციონარული მდგომარეობიდან მეორეში გადასვლისას ენერგიის მქონე ერთი ფოტონი გამოიყოფა ან შეიწოვება.

სადაც ე ნ , ე მ- ატომის (ელექტრონის) ენერგია სტაციონარულ მდგომარეობაში ნდა მ, რომლებიც განისაზღვრება (6) მიხედვით.

თავის პოსტულატებზე დაყრდნობით ბორმა შექმნა წყალბადის მსგავსი უმარტივესი ატომის ნახევრადკლასიკური თეორია და ახსნა წყალბადის ატომის ხაზის სპექტრი. წყალბადის მსგავს ატომებს მიეკუთვნება წყალბადის ატომი (z=1), ჰელიუმის იონი He + (z=2), ლითიუმის იონი Li ++ ( ზ=3 ) და სხვა.მათთვის დამახასიათებელია ბირთვის ირგვლივ მუხტი = ზემხოლოდ ერთი ელექტრონი ბრუნავს.

11.3. წყალბადის ატომის ხაზის სპექტრი

ატომური წყალბადის ემისიის სპექტრი შედგება ცალკეული სპექტრული ხაზებისგან, რომლებიც განლაგებულია გარკვეული თანმიმდევრობით. 1885 წელს ბალმერმა დაადგინა, რომ ამ ხაზების ტალღის სიგრძე (ან სიხშირე) შეიძლება წარმოდგენილი იყოს ფორმულით. მართლაც, (7-დან), (6) გათვალისწინებით, წყალბადისთვის ( ზ = 1), აქედან გამომდინარეობს

სადაც რ = 2,07  10 16 თან -1 - რიდბერგის მუდმივი

იმის გათვალისწინებით, რომ 1/ = ვ/s = /2s და (8) გამოყენებით ვპოულობთ

, (9)

სადაც რ =1,0974  10 7 მ -1 მას ასევე უწოდებენ რიდბერგის მუდმივას.

ნახ. 1-ზე ნაჩვენებია წყალბადის ატომის ენერგეტიკული დონეების დიაგრამა, რომელიც გამოითვლება (6) მიხედვით z=1-ზე.

0 n = 

როდესაც ელექტრონი გადადის უფრო მაღალი ენერგეტიკული დონეებიდან n = 1 დონეზე, ჩნდება ულტრაიისფერი გამოსხივება ან გამოსხივება ლიმანის სერიის (SL). როცა ელექტრონები დონემდე მიდიან ნ = 2 ხილული გამოსხივება ან გამოსხივება ბალმერის სერიის (SB) ხდება. როცა ელექტრონები უფრო მაღალი დონიდან დონემდე გადადიან ნ = 3 წარმოიქმნება ინფრაწითელი გამოსხივება, ან Paschen სერიის გამოსხივება (SP) და ა.შ.

მიღებული გამოსხივების სიხშირეები ან ტალღის სიგრძე განისაზღვრება ფორმულებით (8) ან (9) მ=1 - ლიმანის სერიისთვის, ზე მ=2 - Balmer სერიისთვის და თან მ = 3 - პაშენის სერიისთვის. ფოტონის ენერგია განისაზღვრება ფორმულით (7), რომელიც, (6) გათვალისწინებით, წყალბადის მსგავსი ატომებისთვის შეიძლება შემცირდეს ფორმამდე:

eV (10)

ბორის თეორიამ უდიდესი როლი ითამაშა ატომური ფიზიკის შექმნაში. მისი განვითარების პერიოდში (1913 - 1925 წწ.) გაკეთდა მნიშვნელოვანი აღმოჩენები, მაგალითად, ატომური სპექტროსკოპიის დარგში. თუმცა, ბორის თეორიამ გამოავლინა მნიშვნელოვანი ნაკლოვანებები, მაგალითად, მისი დახმარებით შეუძლებელია წყალბადის ატომზე უფრო რთული ატომების თეორიის შექმნა. აქედან გამომდინარე, აშკარა გახდა, რომ ბორის თეორია წარმოადგენდა გარდამავალ ეტაპს ატომური და ბირთვული ფენომენების თანმიმდევრული თეორიის შექმნის გზაზე. ასეთი თანმიმდევრული თეორია იყო კვანტური (ტალღური) მექანიკა.

11.4 წყალბადის ატომი კვანტური მექანიკის მიხედვით. ელექტრონის კვანტური რიცხვები ატომში

ბორის თეორიის მიხედვით მიღებული შედეგები წყალბადის მსგავს ატომებში ელექტრონის ენერგეტიკული დონეების პრობლემის გადაჭრისას მიღებულია კვანტურ მექანიკაში ბორის პოსტულატების ჩართვის გარეშე. ვაჩვენოთ.

ელექტრონის მდგომარეობა წყალბადის მსგავს ატომში აღწერილია ზოგიერთი ტალღური ფუნქციით , რომელიც აკმაყოფილებს სტაციონარული შრედინგერის განტოლებას [იხ. (9.22)]. იმის გათვალისწინებით, რომ ელექტრონის პოტენციური ენერგია

სადაც რ - ელექტრონსა და ბირთვს შორის მანძილი, ჩვენ ვიღებთ შრედინგერის განტოლებას სახით

(12)

მიზანშეწონილია გამოიყენოთ სფერული კოორდინატთა სისტემა რ,  ,  და მოძებნეთ ამ განტოლების ამოხსნა შემდეგი საკუთრივ ფუნქციების სახით

(13)

სადაც ნ, ლ, მარის საკუთრივ ფუნქციების მთელი რიცხვი პარამეტრები. სადაც ნ ეწოდება ძირითადი კვანტური რიცხვი ლ - ორბიტალური (აზიმუტი) და მ- მაგნიტური კვანტური რიცხვი.

დადასტურებულია, რომ განტოლებას (12) აქვს გამოსავალი მხოლოდ ენერგიის დისკრეტული უარყოფითი მნიშვნელობებისთვის

სადაც ნ = 1, 2, 3,... ძირითადი კვანტური რიცხვები.

გამონათქვამთან (6) შედარება გვიჩვენებს, რომ კვანტური მექანიკა იწვევს იგივე ენერგეტიკულ მნიშვნელობებს, რაც ბორის თეორიაშია მიღებული. თუმცა, კვანტურ მექანიკაში ეს მნიშვნელობები მიიღება ამ მეცნიერების ძირითადი დებულებების შედეგად.

ჩანაცვლება (14)-ში ზ=1 და მიღება ნ = 1 ვიღებთ წყალბადის ატომის ძირითადი მდგომარეობის (ანუ ყველაზე დაბალი ენერგიის მქონე მდგომარეობის) ენერგეტიკულ მნიშვნელობას.

eV. (15)

შროდინგერის განტოლების (12) ამონახსნიდან (13) ასევე ირკვევა, რომ ატომში ელექტრონის კუთხური იმპულსი კვანტიზებულია ფორმულის მიხედვით.

(16)

სადაც ლ= 0, 1, 2, ... (ნ-1), ორბიტალური (აზიმუტის) კვანტური რიცხვი.

კუთხოვანი იმპულსის პროექცია ლელექტრონი თითო მიმართულებით ზმაგნიტურ ველს შეუძლია მიიღოს მხოლოდ მთელი რიცხვები, ჯერადები (სივრცითი კვანტიზაცია), ე.ი.

მეწოდება მაგნიტური კვანტური რიცხვი. ამისათვის მაგნიტურ კვანტურ რიცხვს შეუძლია მიიღოს სხვადასხვა მნიშვნელობა.

ფარდობითობის სპეციალური თეორია (SRT) ემყარება ორ პოსტულატს:

1. ფარდობითობის პრინციპი:ნებისმიერ ინერციულ საცნობარო ჩარჩოებში, ყველა ფიზიკური ფენომენი ერთსა და იმავე საწყის პირობებში ერთნაირად მიმდინარეობს, ე.ი. სხეულთა დახურულ სისტემაში ჩატარებული არც ერთი ექსპერიმენტი არ შეუძლია გამოავლინოს სხეული მოსვენებულ მდგომარეობაშია თუ მოძრაობს ერთნაირად და სწორხაზოვნად.
2. სინათლის სიჩქარის მუდმივობის პრინციპი:ყველა ინერციულ საცნობარო სისტემაში სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში ერთნაირია და არ არის დამოკიდებული მოძრავი სინათლის წყაროს სიჩქარეზე.

SRT-ის პოსტულატების ტოლია, SRT-ის პოზიცია ვაკუუმში სინათლის სიჩქარის შემზღუდველ ბუნებაზე მნიშვნელოვანია: ბუნებაში ნებისმიერი სიგნალის სიჩქარე არ შეიძლება აღემატებოდეს სინათლის სიჩქარეს ვაკუუმში: გ= 3∙10 8 მ/წმ. როდესაც ობიექტები მოძრაობენ სინათლის სიჩქარის შესადარებელი სიჩქარით, შეინიშნება სხვადასხვა ეფექტები, რომლებიც აღწერილია ქვემოთ.

1. სიგრძის რელატივისტური შეკუმშვა.

სხეულის სიგრძეს საცნობარო ჩარჩოში, სადაც ის მოსვენებულ მდგომარეობაშია, საკუთარ სიგრძეს უწოდებენ. ლ 0 . შემდეგ სხეულის სიგრძე მოძრაობს სიჩქარით ვინერციულ საცნობარო ჩარჩოში მცირდება მოძრაობის მიმართულებით სიგრძემდე:

სადაც: გარის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში, ლ 0 არის სხეულის სიგრძე ფიქსირებულ მინიშნებაში (სხეულის სიგრძე მოსვენებულ მდგომარეობაში), ლარის სხეულის სიგრძე საცნობარო ჩარჩოში, რომელიც მოძრაობს სიჩქარით ვ(სიჩქარით მოძრავი სხეულის სიგრძე ვ). ამრიგად, სხეულის სიგრძე შედარებითია. სხეულების შემცირება შესამჩნევია მხოლოდ სინათლის სიჩქარესთან შედარებით სიჩქარით.

2. მოვლენის დროის რელატივისტური გახანგრძლივება.

სივრცის გარკვეულ წერტილში მომხდარი ფენომენის ხანგრძლივობა ყველაზე მოკლე იქნება იმ ინერციულ მიმართვის სისტემაში, რომლის მიმართაც ეს წერტილი სტაციონარულია. ეს ნიშნავს, რომ საათები, რომლებიც მოძრაობენ ინერციულ საცნობარო ჩარჩოსთან შედარებით, უფრო ნელა მუშაობენ ვიდრე სტაციონარული საათები და აჩვენებენ მოვლენებს შორის დროის უფრო დიდ ინტერვალს. დროის რელატივისტური გაფართოება შესამჩნევი ხდება მხოლოდ სინათლის სიჩქარესთან შედარებით სიჩქარით და გამოიხატება ფორმულით:

დრო τ 0 , რომელიც იზომება სხეულთან მიმართებით მოსვენებული საათის მიერ, ეწოდება მოვლენის სათანადო დრო.

3. სიჩქარის შეკრების რელატივისტური კანონი.

ნიუტონის მექანიკაში სიჩქარის დამატების კანონი ეწინააღმდეგება SRT-ის პოსტულატებს და ჩანაცვლებულია სიჩქარის დამატების ახალი რელატივისტური კანონით. თუ ორი სხეული მოძრაობს ერთმანეთისკენ, მაშინ მათი მიახლოების სიჩქარე გამოიხატება ფორმულით:

სადაც: ვ 1 და ვ 2 - სხეულების მოძრაობის სიჩქარე ფიქსირებულ საცნობარო სისტემასთან შედარებით. თუ სხეულები მოძრაობენ იმავე მიმართულებით, მაშინ მათი შედარებითი სიჩქარე:

4. მასის რელატივისტური მატება.

მოძრავი სხეულის მასა მაღემატება სხეულის დანარჩენ მასას მ 0:

5. კავშირი ენერგიასა და სხეულის მასას შორის.

ფარდობითობის თეორიის თვალსაზრისით, სხეულის მასა და სხეულის ენერგია პრაქტიკულად ერთი და იგივეა. ამრიგად, მხოლოდ სხეულის არსებობის ფაქტი ნიშნავს, რომ სხეულს აქვს ენერგია. მინიმალური ენერგია ე 0 სხეულს აქვს ინერციული საცნობარო ჩარჩო, რომლის მიმართაც ის მოსვენებულ მდგომარეობაშია და ე.წ სხეულის საკუთარი ენერგია (სხეულის დანარჩენი ენერგია):

სხეულის ენერგიის ნებისმიერი ცვლილება ნიშნავს სხეულის მასის ცვლილებას და პირიქით:

სადაც: ∆ ეარის სხეულის ენერგიის ცვლილება, ∆ მარის მასის შესაბამისი ცვლილება. სხეულის მთლიანი ენერგია:

სადაც: მ- სხეულის მასა. სხეულის მთლიანი ენერგია ეპროპორციული რელატივისტური მასადა დამოკიდებულია მოძრავი სხეულის სიჩქარეზე, ამ თვალსაზრისით მნიშვნელოვანია შემდეგი ურთიერთობები:

სხვათა შორის, სხეულის კინეტიკური ენერგია, რომელიც მოძრაობს რელატივისტური სიჩქარით, შეიძლება გამოითვალოს მხოლოდ ფორმულის გამოყენებით:

ფარდობითობის თეორიის თვალსაზრისით, დასვენების მასების შენარჩუნების კანონი უსამართლოა. მაგალითად, ატომის ბირთვის დანარჩენი მასა ნაკლებია ბირთვში არსებული ნაწილაკების დანარჩენი მასების ჯამზე. თუმცა, ნაწილაკების დანარჩენი მასა, რომელსაც შეუძლია სპონტანური დაშლა, მეტია, ვიდრე მისი შემადგენელი მასების ჯამი.

ეს არ ნიშნავს მასის შენარჩუნების კანონის დარღვევას. ფარდობითობის თეორიაში მოქმედებს რელატივისტური მასის შენარჩუნების კანონი, ვინაიდან სხეულების იზოლირებულ სისტემაში შენარჩუნებულია მთლიანი ენერგია და, შესაბამისად, რელატივისტური მასა, რომელიც გამომდინარეობს აინშტაინის ფორმულიდან, ასე რომ, შეგვიძლია ვისაუბროთ ერთ კანონზე. მასისა და ენერგიის შენარჩუნების შესახებ. ეს არ ნიშნავს იმას, რომ მასა შეიძლება გარდაიქმნას ენერგიად და პირიქით.

არსებობს კავშირი სხეულის მთლიან ენერგიას, დასვენების ენერგიასა და იმპულსს შორის:

ფოტონი და მისი თვისებები

Მსუბუქიარის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების კვანტების ნაკადი, რომელსაც ეწოდება ფოტონები. ფოტონიარის ნაწილაკი, რომელიც ატარებს სინათლის ენერგიას. ის არ შეიძლება იყოს მოსვენებული, მაგრამ ყოველთვის მოძრაობს სინათლის სიჩქარის ტოლი სიჩქარით. ფოტონს აქვს შემდეგი მახასიათებლები:

1. ფოტონების ენერგია უდრის:

სადაც: თ= 6.63∙10 -34 J∙s = 4.14∙10 -15 eV∙s - პლანკის მუდმივი, ν არის სინათლის სიხშირე, λ არის სინათლის ტალღის სიგრძე, გარის სინათლის სიჩქარე ვაკუუმში. ფოტონის ენერგია ჯოულებში ძალიან მცირეა, ამიტომ, მათემატიკური მოხერხებულობისთვის, ის ხშირად იზომება გარე სისტემის ერთეულში - ელექტრონ ვოლტებში:

1 eV = 1,6∙10 -19 J.

2. ფოტონი მოძრაობს ვაკუუმში სინათლის სიჩქარით. გ.

3. ფოტონს აქვს იმპულსი:

4. ფოტონს არ აქვს მასა ჩვენთვის ჩვეულებრივი გაგებით (მასა, რომელიც შეიძლება გაიზომოს სასწორზე, გამოითვალოს ნიუტონის მეორე კანონის მიხედვით და ა.შ.), მაგრამ აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის შესაბამისად, მას აქვს მასა, როგორც საზომი. ენერგია ( ე = მკ 2). მართლაც, ნებისმიერ სხეულს, რომელსაც აქვს გარკვეული ენერგია, აქვს მასაც. თუ გავითვალისწინებთ, რომ ფოტონს აქვს ენერგია, მაშინ მას ასევე აქვს მასა, რომელიც შეიძლება მოიძებნოს როგორც:

5. ფოტონს არ აქვს ელექტრული მუხტი.

სინათლეს აქვს ორმაგი ბუნება. სინათლის გავრცელებისას ჩნდება მისი ტალღური თვისებები (ინტერფერენცია, დიფრაქცია, პოლარიზაცია), ხოლო მატერიასთან ურთიერთობისას კორპუსკულური თვისებები (ფოტოელექტრული ეფექტი). სინათლის ამ ორმაგ ბუნებას ე.წ ტალღა-ნაწილაკების ორმაგობა.

გარე ფოტოელექტრული ეფექტი

ფოტოელექტრული ეფექტი- ფენომენი, რომელიც შედგება ვაკუუმის ბოთლში ფოტოდინების გამოჩენაში, როდესაც კათოდი განათებულია გარკვეული ტალღის სიგრძის მონოქრომატული შუქით. λ .

როდესაც ანოდზე ძაბვა უარყოფითია, ელექტრული ველი კათოდსა და ანოდს შორის ანელებს ელექტრონებს. მოცემულის გაზომვა შენელებული ძაბვაროდესაც ფოტოდინება ქრება, შესაძლებელია კათოდიდან გამომავალი ფოტოელექტრონების მაქსიმალური კინეტიკური ენერგიის დადგენა:

მრავალმა ექსპერიმენტატორმა დაადგინა შემდეგი ფოტოელექტრული ეფექტის ძირითადი კანონები:

1. ფოტოელექტრული ეფექტი ინერციულია. ეს ნიშნავს, რომ ელექტრონები იწყებენ ფრენას ლითონისგან სინათლით დასხივების დაწყებისთანავე.
2. ფოტოელექტრონების მაქსიმალური კინეტიკური ენერგია წრფივად იზრდება სინათლის სიხშირის მატებასთან ერთად ν და არ არის დამოკიდებული მის ინტენსივობაზე.
3. ყველა ნივთიერებისთვის არსებობს ე.წ წითელი საზღვრის ფოტო ეფექტი, ანუ ყველაზე დაბალი სიხშირე ν წთ (ან ყველაზე გრძელი ტალღის სიგრძე λ max) რომლის დროსაც ჯერ კიდევ შესაძლებელია გარე ფოტოელექტრული ეფექტი.
4. კათოდიდან 1 წმ-ში სინათლის მიერ გამოყვანილი ფოტოელექტრონების რაოდენობა სინათლის ინტენსივობის პირდაპირპროპორციულია.

მატერიასთან ურთიერთობისას ფოტონი მთელ თავის ენერგიას გადასცემს ე = hνერთი ელექტრონი. ამ ენერგიის ნაწილი შეიძლება გაიფანტოს ელექტრონის მიერ მატერიის ატომებთან შეჯახებისას. გარდა ამისა, ელექტრონის ენერგიის ნაწილი იხარჯება მეტალ-ვაკუუმის ინტერფეისზე პოტენციური ბარიერის გადალახვაზე. ამისათვის ელექტრონმა უნდა გააკეთოს სამუშაო ფუნქცია აგარეთ, კათოდური მასალის თვისებებიდან გამომდინარე. ყველაზე მაღალი კინეტიკური ენერგია, რომელიც შეიძლება ჰქონდეს კათოდიდან გამოსხივებულ ფოტოელექტრონს, ამ შემთხვევაში, განისაზღვრება ენერგიის შენარჩუნების კანონით:

ამ ფორმულას ე.წ აინშტაინის განტოლება გარე ფოტოელექტრული ეფექტისთვის. აინშტაინის განტოლების გამოყენებით შეგიძლიათ ახსნათ გარე ფოტოელექტრული ეფექტის ყველა კანონზომიერება. ამისთვის წითელი საზღვრის ფოტო ეფექტიაინშტაინის ფორმულის მიხედვით, შეგვიძლია მივიღოთ გამოთქმა:

ბორის პოსტულატები

ბორის პირველი პოსტულატი (სტაციონარული მდგომარეობის პოსტულატი):ატომური სისტემა შეიძლება იყოს მხოლოდ სპეციალურ სტაციონარულ ან კვანტურ მდგომარეობებში, რომელთაგან თითოეული შეესაბამება გარკვეულ რიცხვს ნდა ენერგია E n. სტაციონარულ მდგომარეობაში ატომი არ ასხივებს და არ შთანთქავს ენერგიას.

ყველაზე დაბალი ენერგიის მქონე სახელმწიფოს ენიჭება ნომერი "1". ჰქვია მთავარი. ყველა სხვა მდგომარეობას ენიჭება რიგითი ნომრები "2", "3" და ა.შ. მათ ეძახიან აღელვებული. ატომს შეუძლია განუსაზღვრელი ვადით დარჩეს ძირითად მდგომარეობაში. აღგზნებულ მდგომარეობაში ატომი ცხოვრობს გარკვეული დროის განმავლობაში (დაახლოებით 10 წმ) და გადადის ძირეულ მდგომარეობაში.

ბორის პირველი პოსტულატის მიხედვით, ატომს ახასიათებს ენერგიის დონეების სისტემა, რომელთაგან თითოეული შეესაბამება გარკვეულ სტაციონარულ მდგომარეობას. დადებითად დამუხტული ბირთვის გარშემო დახურულ გზაზე მოძრავი ელექტრონის მექანიკური ენერგია უარყოფითია. ამრიგად, ყველა სტაციონარული მდგომარეობა შეესაბამება ენერგეტიკულ მნიშვნელობებს E n < 0. При E n≥ 0 ელექტრონი შორდება ბირთვს (ხდება იონიზაცია). ღირებულება | ე 1 | დაურეკა იონიზაციის ენერგია. სახელმწიფო ენერგიით ე 1 ეწოდება ატომის ძირითად მდგომარეობას.

ბორის მეორე პოსტულატი (სიხშირის წესი):ატომის ერთი სტაციონარული მდგომარეობიდან ენერგიით გადასვლისას E nსხვა სტაციონარულ მდგომარეობაში ენერგიით ე მგამოიყოფა ან შეიწოვება კვანტი, რომლის ენერგია უდრის სხვაობას სტაციონარული მდგომარეობების ენერგიებს შორის:

წყალბადის ატომი

ატომებიდან უმარტივესი არის წყალბადის ატომი. იგი შეიცავს ერთ ელექტრონს. ატომის ბირთვი არის პროტონი - დადებითად დამუხტული ნაწილაკი, რომლის მუხტი აბსოლუტური მნიშვნელობით უდრის ელექტრონის მუხტს. ჩვეულებრივ, ელექტრონი იმყოფება პირველ (მთავარ, აუღელვებელ) ენერგეტიკულ დონეზე (ელექტრონი, როგორც ნებისმიერი სხვა სისტემა, მიდრეკილია მინიმალური ენერგიის მქონე მდგომარეობისკენ). ამ მდგომარეობაში მისი ენერგიაა ე 1 = -13,6 ევ. წყალბადის ატომში დაკმაყოფილებულია შემდეგი მიმართებები, რომლებიც აკავშირებს ბირთვის გარშემო მბრუნავი ელექტრონის ტრაექტორიის რადიუსს, მის სიჩქარეს და ენერგიას პირველ ორბიტაზე მსგავსი მახასიათებლებით სხვა ორბიტებში:

წყალბადის ატომის ნებისმიერ ორბიტაზე, კინეტიკური ( რომ) და პოტენციალი ( პ) ელექტრონების ენერგია დაკავშირებულია მთლიან ენერგიასთან ( ე) შემდეგი ფორმულებით:

ატომის ბირთვი

ახლა მტკიცედ არის დადგენილი, რომ სხვადასხვა ელემენტების ატომური ბირთვები შედგება ორი ნაწილაკისგან - პროტონებისა და ნეიტრონებისგან, რომლებსაც ჩვეულებრივ ნუკლეონებს უწოდებენ. ატომური ბირთვების დასახასიათებლად შემოტანილია მთელი რიგი აღნიშვნები. პროტონების რაოდენობა, რომლებიც ქმნიან ატომის ბირთვს, აღინიშნება Z სიმბოლოთი და ეწოდება მუხტის რიცხვი ან ატომური ნომერი (ეს არის სერიული ნომერი მენდელეევის პერიოდულ სისტემაში). ნეიტრონების რაოდენობა აღინიშნება სიმბოლოთი N. ნუკლეონების მთლიან რაოდენობას (ანუ პროტონებისა და ნეიტრონების) ეწოდება მასის რიცხვი A, რომლისთვისაც შეიძლება დაიწეროს შემდეგი ფორმულა:

კომუნიკაციის ენერგია. მასობრივი დეფექტი

ბირთვულ ფიზიკაში ყველაზე მნიშვნელოვან როლს ასრულებს კონცეფცია ბირთვული დამაკავშირებელი ენერგია. ბირთვის შებოჭვის ენერგია უდრის იმ მინიმალურ ენერგიას, რომელიც უნდა დაიხარჯოს ბირთვის ცალკეულ ნაწილაკებად დაყოფისთვის. ენერგიის შენარჩუნების კანონიდან გამომდინარეობს, რომ შებოჭვის ენერგია უდრის იმ ენერგიას, რომელიც გამოიყოფა ცალკეული ნაწილაკებისგან ბირთვის წარმოქმნის დროს.

ნებისმიერი ბირთვის შებოჭვის ენერგია შეიძლება განისაზღვროს მისი მასის ზუსტი გაზომვით. ასეთი გაზომვები აჩვენებს, რომ ნებისმიერი ბირთვის მასა მ i ყოველთვის ნაკლებია მისი შემადგენელი პროტონებისა და ნეიტრონების მასების ჯამზე: მმე< Zმ p + N მნ. განსხვავება ამ მასებს შორის ე.წ მასობრივი დეფექტიდა გამოითვლება ფორმულით:

მასის დეფექტის დადგენა შესაძლებელია აინშტაინის ფორმულით ე = მკ 2 მოცემული ბირთვის ფორმირებისას გამოთავისუფლებული ენერგია, ანუ ბირთვის შებოჭვის ენერგია ექ:

მაგრამ უფრო მოსახერხებელია შებოჭვის ენერგიის გამოთვლა სხვა ფორმულის გამოყენებით (აქ მასები აღებულია ატომურ ერთეულებში, ხოლო სავალდებულო ენერგია მიიღება MeV-ში):

რადიოაქტიურობა. რადიოაქტიური დაშლის კანონი

ცნობილი ატომური ბირთვების თითქმის 90% არასტაბილურია. არასტაბილური ბირთვი სპონტანურად გარდაიქმნება სხვა ბირთვებად ნაწილაკების გამოსხივებით. ბირთვების ამ თვისებას ე.წ რადიოაქტიურობა.

ალფა დაშლა.ალფა დაშლა არის ატომის ბირთვის სპონტანური ტრანსფორმაცია პროტონების Z და ნეიტრონების N რაოდენობით სხვა (ქალიშვილი) ბირთვად, რომელიც შეიცავს პროტონების Z - 2 და ნეიტრონების რაოდენობას N - 2. ამ შემთხვევაში, α -ნაწილაკი - ჰელიუმის ატომის ბირთვი 4 2 He. ალფა დაშლის ზოგადი სქემა:

ბეტა დაშლა.ბეტა დაშლის დროს ელექტრონი (0 –1 e) გამოფრინდება ბირთვიდან. ბეტა დაშლის სქემა:

გამა დაშლა.განსხვავებით α - და β -რადიოაქტიურობა γ - ბირთვების რადიოაქტიურობა არ ასოცირდება ბირთვის შიდა სტრუქტურის ცვლილებასთან და არ ახლავს მუხტის ან მასის რიცხვების ცვლილებას. ისევე როგორც α - ისევე, როგორც β -დაშლის, შვილობილი ბირთვი შეიძლება იყოს რაღაც აღგზნებულ მდგომარეობაში და ჰქონდეს ჭარბი ენერგია. ბირთვის გადასვლას აღგზნებული მდგომარეობიდან ძირითად მდგომარეობაში თან ახლავს ერთი ან რამდენიმე ემისია. γ -კვანტები, რომელთა ენერგიამ შეიძლება მიაღწიოს რამდენიმე მევ-ს.

რადიოაქტიური დაშლის კანონი.რადიოაქტიური მასალის ნებისმიერი ნიმუში შეიცავს რადიოაქტიური ატომების დიდ რაოდენობას. ვინაიდან რადიოაქტიური დაშლა შემთხვევითია და არ არის დამოკიდებული გარე პირობებზე, რაოდენობის კლების კანონი ნ(ტ) გაუფუჭებელიდროის ამ მომენტამდე ტბირთვები შეიძლება იყოს რადიოაქტიური დაშლის პროცესის მნიშვნელოვანი სტატისტიკური მახასიათებელი. რადიოაქტიური დაშლის კანონს აქვს ფორმა:

ღირებულება თდაურეკა ნახევარი ცხოვრება, ნ 0 არის რადიოაქტიური ბირთვების საწყისი რაოდენობა ტ= 0. ნახევარგამოყოფის პერიოდი არის ძირითადი რაოდენობა, რომელიც ახასიათებს რადიოაქტიური დაშლის სიჩქარეს. რაც უფრო მოკლეა ნახევარგამოყოფის პერიოდი, მით უფრო ინტენსიურია დაშლა.

ზე α - და β რადიოაქტიური დაშლის დროს, ქალიშვილი ბირთვი ასევე შეიძლება იყოს არასტაბილური. ამიტომ შესაძლებელია რადიოაქტიური დაშლის თანმიმდევრული სერია, რომელიც მთავრდება სტაბილური ბირთვების წარმოქმნით.

ბირთვული რეაქციები

ბირთვული რეაქცია- ეს არის ატომის ბირთვის სხვა ბირთვთან ან ელემენტარულ ნაწილაკთან ურთიერთქმედების პროცესი, რომელსაც თან ახლავს ბირთვის შემადგენლობისა და სტრუქტურის ცვლილება და მეორადი ნაწილაკების გამოყოფა. γ -კვანტა. ბირთვული რეაქციების შედეგად შეიძლება წარმოიქმნას ახალი რადიოაქტიური იზოტოპები, რომლებიც დედამიწაზე ბუნებრივ პირობებში არ გვხვდება.

ბირთვულ რეაქციებში შესრულებულია კონსერვაციის რამდენიმე კანონი: იმპულსი, ენერგია, კუთხური იმპულსი, მუხტი. კონსერვაციის ამ კლასიკური კანონების გარდა, არსებობს ბირთვული რეაქციები ე.წ ბარიონის მუხტის შენარჩუნების კანონი(ანუ ნუკლეონების რაოდენობა - პროტონები და ნეიტრონები). მაგალითად, ზოგად რეაქციაში:

დაკმაყოფილებულია შემდეგი პირობები (ნუკლეონების საერთო რაოდენობა რეაქციამდე და მის შემდეგ უცვლელი რჩება):

ბირთვული რეაქციის ენერგეტიკული გამოსავალი

ბირთვულ რეაქციებს თან ახლავს ენერგიის გარდაქმნები. ბირთვული რეაქციის ენერგეტიკული გამოსავალი არის მნიშვნელობა:

სადაც: მა და მ B არის საწყისი პროდუქტების მასები, მ C და მ D არის საბოლოო რეაქციის პროდუქტების მასები. მნიშვნელობა Δ მდაურეკა მასობრივი დეფექტი. ბირთვული რეაქციები შეიძლება გაგრძელდეს გათავისუფლებით ( ქ> 0) ან ენერგიის შთანთქმით ( ქ < 0). Во втором случае первоначальная кинетическая энергия исходных продуктов должна превышать величину |ქ|, რომელსაც ე.წ რეაქციის ბარიერი.

იმისათვის, რომ ბირთვულ რეაქციას ჰქონდეს დადებითი ენერგიის გამომუშავება, ნუკლეონების სპეციფიკური შებოჭვის ენერგია საწყისი პროდუქტების ბირთვებში უნდა იყოს ნაკლები, ვიდრე საბოლოო პროდუქტების ბირთვებში არსებული ნუკლეონების სპეციფიკური შეკავშირების ენერგია. ეს ნიშნავს, რომ მნიშვნელობა Δ მ

ისწავლეთ ყველა ფორმულა და კანონი ფიზიკაში და ფორმულები და მეთოდები მათემატიკაში. სინამდვილეში, ამის გაკეთება ასევე ძალიან მარტივია, ფიზიკაში მხოლოდ 200-მდე აუცილებელი ფორმულაა, მათემატიკაში კი ცოტა ნაკლები. თითოეულ ამ საგანში არის დაახლოებით ათეული სტანდარტული მეთოდი სირთულის ძირითადი დონის პრობლემების გადასაჭრელად, რომელთა სწავლაც შესაძლებელია და, ამრიგად, სრულიად ავტომატურად და უპრობლემოდ, ციფრული ტრანსფორმაციის უმეტესი ნაწილი სწორ დროს გადაჭრით. ამის შემდეგ მხოლოდ ყველაზე რთულ ამოცანებზე მოგიწევთ ფიქრი.

დაესწარით ფიზიკასა და მათემატიკაში სარეპეტიციო ტესტირების სამივე ეტაპს. თითოეული RT შეიძლება ორჯერ მოინახულოს ორივე ვარიანტის გადასაჭრელად. ისევ DT-ზე, პრობლემების სწრაფად და ეფექტურად გადაჭრის შესაძლებლობისა და ფორმულების და მეთოდების ცოდნის გარდა, ასევე აუცილებელია დროის სწორად დაგეგმვა, ძალების გადანაწილება და რაც მთავარია პასუხის ფორმის სწორად შევსება. , არც პასუხებისა და ამოცანების რიცხვების და არც საკუთარი გვარის აღრევის გარეშე. ასევე, RT-ის დროს მნიშვნელოვანია შევეჩვიოთ დავალებებში კითხვების დასმის სტილს, რომელიც შეიძლება ძალიან უჩვეულო ჩანდეს DT-ზე მოუმზადებელი პირისთვის.

ამ სამი პუნქტის წარმატებული, გულმოდგინე და პასუხისმგებელი განხორციელება საშუალებას მოგცემთ აჩვენოთ შესანიშნავი შედეგი CT-ზე, მაქსიმუმი, რისი უნარიც შეგიძლიათ.

იპოვეთ შეცდომა?

თუ თქვენ, როგორც მოგეჩვენებათ, იპოვნეთ შეცდომა სასწავლო მასალებში, გთხოვთ დაწეროთ ამის შესახებ ფოსტით. თქვენ ასევე შეგიძლიათ დაწეროთ შეცდომის შესახებ სოციალურ ქსელში (). წერილში მიუთითეთ საგანი (ფიზიკა ან მათემატიკა), თემის ან ტესტის დასახელება ან ნომერი, დავალების ნომერი ან ტექსტში (გვერდზე) ადგილი, სადაც თქვენი აზრით არის შეცდომა. ასევე აღწერეთ რა არის სავარაუდო შეცდომა. თქვენი წერილი შეუმჩნეველი არ დარჩება, შეცდომა ან გამოსწორდება, ან აგიხსნით, რატომ არ არის შეცდომა.