Часть 5 АТОМНАЯ ФИЗИКА

Раздел 15 СТРОЕНИЕ АТОМА

15.4. Постулаты Бора

В 1913 г. Н. Бор выдвинул теорию излучение, в которой ему удалось объединить теорию квантов с ядерным строением атомов и объяснить закономерности, наблюдаемые в спектре атома водорода. В ней убедительно показано неспособность классической электродинамики объяснить внутрішньоатомні процессы. В основу теории Бора положены две гипотезы, или два постулаты.

1. Об стационарные состояния. Атомы могут находиться длительное время только в определенных стационарных состояниях, в которых, несмотря на движение электронов, что происходит в них, они не излучают энергии. В этих состояниях атомам свойственны определенные значения энергии, образующих дискретный ряд: Е₁, Е₂, Е₃, ..., Е_i.., Е_n. Этим состояниям свойственна стабильность. Любое изменение энергии Е_и вследствие поглощения или отдачи электромагнитного излучения или в результате столкновения может произойти только скачкообразно при полном переходе из одного стационарного состояния в другое.

2. Правило частот. При переходе с одного стационарного состояния в другое атомы впитывают или отдают излучения только определенной частоты. Излучения, впитывается или отдается при переходе из стационарного состояния с энергией Е_m в стационарное состояние с энергией Е_n, монохроматический, а его частоту определяют соотношением

где h - постоянная Планка.

Излучение происходит при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией (при переходе электрона с более удаленной от ядра орбиты на более близкую к него орбиту). Поглощение излучения сопровождается переходом атома в состояние с большей энергией, что соответствует переходу электрона на более удаленную от ядра орбиту.

Н. Бор установил также важнейшую условие, определяющее в простейшем случае стационарное состояние атома: момент импульса электрона для стационарных орбит кратный h/(2π):

где m - масса электрона; υ - скорость движения электрона по орбите; r_n - радиус круговой орбиты электрона; n - квантовое число (см. подраздел 15.7).

На рис. 15.5 схематично изображено энергетические уровни электронов в атоме в стационарных состояниях и процесс излучения и поглощения света с постулатами Бора.

Рис. 15.5

Следовательно, частоты волн, излучаемые атомами, в противовес выводам классической электродинамики, не имеют ничего общего с частотами периодических движений электронов атома и полностью определяются разностью энергий стационарных состояний до и после излучения.

В постулатах Бора нашла свой дальнейшее развитие идея о кванты, выдвинутая М. Планком. Они обнаружили характерную особенность внутрішньоатомного мира - квантовый характер процессов, происходящие в нем.

Идеи Н. Бора оказались чрезвычайно плодотворными. Понятие о стационарные состояния, условие частот, квантованість энергии, механического момента и его проекций сохраняют свое значение и сегодня. На основе теории Бора - Соммерфельд с последующим дополнением ее гипотезой о электрон, вращающийся, оказалось возможным объяснить закономерности в спектрах излучения различных атомов, совместить многочисленные закономерности излучения в одну систему, разобраться в построении периодической системы элементов.

Одновременно следует отметить, что теория Бора имела и некоторые недостатки. В постулатах не указываются методы нахождения этих стационарных состояний. Вопрос о стационарные состояния и их энергию тесно связано с вопросом о структуре атома вообще. Н. Бор, а затем и А. Соммерфельд развили модель атома Резерфорда и воспользовались ею для определения стационарных состояний и возможных переходов между ними. Так было заложено основание современной теории спектров.