Реферат: История открытий в области строения атомного ядра

Реферат на тему:

История открытий в области строения атомного ядра
<span Arial",«sans-serif»;color:navy">Содержание

 TOC t «Заг1;1; Заг2;2»   Историяоткрытий в области строения атомного ядра… GOTOBUTTON _Toc354305349   PAGEREF _Toc354305349 3

     1 Модели атома до Бора… GOTOBUTTON _Toc354305350   PAGEREF _Toc354305350 3

     2  Открытие атомного ядра… GOTOBUTTON_Toc354305351   PAGEREF_Toc354305351 4

     3  Атом Бора… GOTOBUTTON_Toc354305352   PAGEREF_Toc354305352 7

     4  Расщепление ядра… 8

Литература……………………………………………………………………   10

<span Arial",«sans-serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;color:navy;mso-ansi-language:RU; mso-fareast-language:RU;mso-bidi-language:AR-SA">

История открытий в области строения атомного ядра

Изучениеатомного ядра вынуждает заниматься элементарными частицами. Причина этого ясна:в ядрах атомов частиц так мало, что свойства каждой из них в отдельности неусредняются, а, напротив, играют определяющую роль.

1)<span Times New Roman"">  Модели атома до Бора

Развитиеисследований радиоактивного излучения, с одной стороны, и квантовой теории — сдругой, привели к созданию квантовой модели атома Резерфорда — Бора. Носозданию этой модели предшествовали попытки построить модель атома на основепредставлений классической электродинамики и механики. В 1904 году появилисьпубликации о строении атома, одни из которых принадлежали японскому физикуХантаро Нагаока, другие — английскому физику Д.Д. Томсону.

Нагаокапредставил строение атома аналогичным строению солнечной системы: роль Солнцаиграет положительно заряженная центральная часть атома, вокруг которой поустановленным кольцеобразным орбитам движутся “планеты” — электроны. Принезначительных смещениях электроны возбуждают электромагнитные волны.

В атомеТомсона положительное электричество “распределено” по сфере, в которуювкраплены электроны. В простейшем атоме водорода электрон находится в центреположительно заряженной сферы. В многоэлектронных атомах электроны располагаютсяпо устойчивым конфигурациям, рассчитанным Томсоном. Томсон считал каждую такуюконфигурацию определяющей химические свойства атомов. Он предпринял попыткутеоретически объяснить периодическую систему элементов Д.И. Менделеева. ПозднееБор указал, что со времени этой попытки идея о разделении электронов в атоме нагруппы сделалась исходным пунктом.

Но вскореоказалось, что новые опытные факты опровергают модель Томсона и, наоборот,свидетельствуют в пользу планетарной модели. Эти факты были открыты Резерфордом.В первую очередь следует отметить открытие ядерного строения атома.

2) Открытиеатомного ядра

Уподоблениеатома планетной системе делалось еще в начале XX века. Но эту модель былотрудно совместить с моделями электродинамики, и она была оставлена, уступивместо модели Томсона. Однако в 1904 году начались исследования, приведшие кутверждению планетарной модели.

Приизучении a-частиц Резерфорд, исходяиз модели Томсона, подсчитал, что рассеивание a-частицне может давать больших углов отклонений даже при многих столкновениях счастицей. И здесь Резерфорд обратился к планетарной модели.

7 марта1911 года Резерфорд сделал в философском обществе в Манчестере доклад“Рассеяние aиb-лучей и строение атома”.В докладе он, в частности, говорил: “Рассеяние заряженных частиц может бытьобъяснено, если предположить такой атом, который состоит из центрального электрическогозаряда, сосредоточенного в точке и окруженного однородным сферическимраспределением противоположного электричества равной величины. При такомустройстве aиb-частицы, когда онипроходят на близком расстоянии от центра атома, испытывают большие отклонения,хотя вероятность такого отклонения мала”.

Важнымследствием теории Резерфорда было указание на заряд атомного центра, которыйРезерфорд положил равным ±Ne. Заряд оказался пропорциональным атомномувесу. “Точное значение заряда центрального ядра не было определено,- писалРезерфорд, — но для атома золота оно приблизительно равно 100 единицам заряда”.

Изпоследующих исследований и экспериментов Гейгера и Мардсена, предпринявшихпроверку формул Резерфорда, возникло представление о ядре как устойчивой частиатома, несущей в себе почти всю массу атома и обладающей положительным(Резерфорд считал знак заряда неопределенным) зарядом. При этом числоэлементарных зарядов оказалось пропорциональным атомному весу.

Зарядядра оказался важнейшей характеристикой атома. В 1913 году было показано, чтозаряд ядра совпадает с номером элемента в таблице Менделеева. Бор писал: ”Ссамого начала было ясно, что благодаря большой массе ядра и его малойпротяженности в пространстве сравнительно с размерами всего атома строениеэлектронной системы должно зависеть почти исключительно от полногоэлектрического заряда ядра. Такие рассуждения сразу наводили на мысль о том,что вся совокупность физических и химических свойств каждого элемента можетопределяться одним целым числом...”

Послезнакомства с Резерфордом Бор, отказавшись от изучения электронной модели, началработу в его группе. Обратившись к планетарной модели, Бор создал на ее основетеорию атома Резерфорда-Бора. Резерфорд понял революционный характер идей Бораи обсудил с ним основы этой теории, высказал критические замечания, после чегостатьи Бора были опубликованы.

Во времяПервой Мировой войны Бор продолжает работать в лаборатории Резерфорда. В 1915году он опубликовал работы “О сериальном спектре водорода” и “О квантовойтеории излучения в структуре атома”. В 1916 году была опубликована статьяЗоммерфельда, где он рассмотрел движение электрона по эллиптическим орбитам иобобщил правила квантования Бора. Бор с восторгом отозвался об этой статье.Теория атома после открытий Зоммерфельда стала называться теорией Бора — Зоммерфельда.

В 1936году Бор выступил со статьей “Захват нейтрона и строение ядра”, в которойпредложил капельную модель ядра и механизм захвата нейтрона ядром. Странно, нони Бор, ни другие не могли сразу предсказать деление ядра, подсказываемоекапельной моделью, пока в начале 1939 г. не было открыто деление урана.

3) Атом Бора

Бор, каки Томсон до него, ищет такое расположение электронов в атоме, которое объяснилобы его физические и химические свойства. Бор берет за основу модель Резерфорда.Ему также известно, что заряд ядра и число электронов в нем, равное числуединиц заряда, определяется местом элемента в периодической системе элементовМенделеева. Таким образом, это важный шаг в понимании физико-химических свойствэлемента. Но остаются непонятными две вещи: необычайная устойчивость атомов,несовместимая с представлением о движении электронов по замкнутым орбитам, ипроисхождение их спектров, состоящих из вполне определенных линий. Такаяопределенность спектра, его ярко выраженная химическая индивидуальность, очевидно,как-то связана со структурой атома. Все это трудно увязать с универсальностьюэлектрона, заряд и масса которого не зависят от природы атома, в составкоторого они входят. Устойчивость атома в целом противоречит законамэлектродинамики, согласно которым электроны, совершая периодические движения,должны непрерывно излучать энергию и, теряя ее, “падать” на ядро. К тому же ихарактер движения электрона, объясняемый законами электродинамики, не можетприводить к таким характерным линейчатым спектрам, которые наблюдаются на самомделе. Линии спектра группируются в серии, они сгущаются в коротковолновом“хвосте” серии, частоты линий соответствующих серий подчинены странным арифметическимзаконам.

“Основнымрезультатом тщательного анализа видимой серии линейчатых спектров и ихвзаимоотношений, — писал Бор, — было установление того факта, что частота uкаждой линии спектраданного элемента может быть представлена с необыкновенной точностью формулой u = Tґ — Tґґ, где Tґ и Tґґ — какие-то два члена из множества спектральных элементов Т, характеризующихэлемент”.

Боруудалось найти объяснение этого основного закона спектроскопии. Но для этого емупришлось ввести в физику атома представления о стационарных состояниях атомов,находясь в которых электрон не излучает, хотя и совершает периодическоедвижение по круговой орбите.

4) Расщепление ядра

В 1919году Резерфордом было сделано новое сенсационное открытие — расщепление ядра.

Резерфордизучал столкновение a-частиц с легкими атомами.Столкновения a-частицы с ядрами такихатомов должны их ускорять. Так, при ударе a-частицыо ядро водорода оно увеличивает свою скорость в 1,6 раза, и ядро отбирает у a-частицы 64% ее энергии.

Прибор,применявшийся Резерфордом для излучения таких столкновений, представлял собойлатунную камеру длиной 18 см, высотой 6 см и шириной 2 см. Источником a-частиц служилметаллический диск, покрытый активным веществом. Диск помещался внутри камеры имог устанавливаться на разных расстояниях от экрана из сернистого цинка. Камерамогла заполняться различными газами. В частности, ее заполняли азотом.

С помощьюмногочисленных опытов Резерфорд показал, что в результате таких столкновенийполучаются частицы с максимальным пробегом, таким же, как у Н-атомов. “Изполученных до сих пор результатов, — писал Резерфорд, — трудно избежатьзаключения, что атомы с большим пробегом, возникающие при столкновении a-частиц с азотом, являютсяне атомами азота, но, по всей вероятности, атомами водорода или атомами с массой2. Если это так, то мы должны заключить, что атом азота распадается вследствиегромадных сил, развивающихся при столкновении с быстрой a-частицей, и чтоосвобождающийся водородный атом образует составную часть атома”.

Так былооткрыто явление расщепления ядер азота при ударах быстрых a-частиц и впервые высказанамысль, что ядра водорода представляют собой составную часть ядер атомов.Впоследствии Резерфорд предложил термин “протон” для этой составной части ядра.Резерфорд заканчивал свою статью словами: “Результаты в целом указывают на то,что если a-частицы или подобные имбыстро движущиеся частицы со значительно большей энергией могли бы применятьсядля опытов, то можно было бы обнаружить разрушение ядерных структур многихлегких атомов”.

В 1920году Резерфорд в лекции “Нуклеарное строение атома” делает предположение о том,что существуют ядра с массой 3 и 2 и ядра с массой ядра водорода, но с нулевымзарядом. При этом он исходил из гипотезы, высказанной впервые М.Склодовской-Кюри, что в состав ядра входят электроны.

Резерфордпишет, что ему “кажется весьма правдоподобным, что один электрон может связатьдва Н-ядра и, возможно, даже и одно Н-ядро. Если справедливо первоепредположение, то оно указывает на возможность существования атома с массойоколо 2 и с одним зарядом. Такое вещество нужно рассматривать как изотопводорода. Второе предположение заключает в себе мысль о возможностисуществования атома с массой 1 и нуклеарным зарядом, равным нулю. Подобныеобразования представляются вполне возможными”. Так была высказана гипотеза осуществовании нейтрона и тяжелого изотопа водорода.

Литература

1. Григорьев В.И., Мякишев Г.Я. Силы в природе.
// М., Наука, 1983 г.

2. Кудрявцев П.С. Курс истории физики.
// М., Просвещение, 1982 г.

3. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике.
// М., Наука, 1990 г.

еще рефераты
Еще работы по физике