Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 11 класс>> Квантовые постулаты Бора. Модель атома водорода по Бору

§ 94 КВАНТОВЫЕ ПОСТУЛАТЫ БОРА. МОДЕЛЬ АТОМА ВОДОРОДА ПО БОРУ

Постулаты Бора

Выход из крайне затруднительного положения в теории п тома был найден в 1913 г. датским физиком Нильсом Бором на пути дальнейшего развития квантовых представлений о процессах в природе.

Эйнштейн оценивал проделанную Бором работу «как высшую музыкальность в области мысли», всегда его поражавшую. Основываясь на разрозненных опытных фактах. Бор благодаря гениальной интуиции правильно предугадал путь развития теории атома.

Постулаты Бора. Последовательной теории атома Бор, однако, не разработал. Он в виде постулатов сформулировал основные положения новой теории. Причем и законы классической физики не отвергались им безоговорочно. Новые постулаты, скорее, налагали лишь некоторые ограничения на рассматриваемые классической физикой движения.

Успех теории Бора был тем не менее поразительным, и всем ученым стало ясно, что Бор нашел правильный путь развития теории. Этот путь привел впоследствии к созданию стройной теории двинсения микрочастиц — квантовой механики.

Первый постулат Бора гласит: существуют особые, станционарные состояния атома, находясь в которых атом не излучает энергию, при этом электроны в атоме движутся с укорением. Каждому стационарному состоянию соответствует определенная энергия Е_n.

Согласно второму постулату Бора излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Еn в стационарное состояние с меньшей энергией Е_n. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний:

hv_kn = E_k - E_n                                       (12.2)

Отсюда частоту излучения можно выразить так:



Согласно теории Бора энергия электрона в атоме водорода, находящегося на n-м энергетическом уровне, равна:

Бор Нипьс (1885—1962) —великий датский физик. Создал первую квантовую теорию атома и затем принял самое активное участие в разработке основ квантовой механики. Наряду с этим внес большой вклад в теорию атомного ядра и ядерных реакций. В частности, развил теорию деления атомных ядер, в процессе которого выделяется огромная энергия. В Копенгагене создал большую интернациональную школу физиков и много сделал для развития сотрудничества между физиками всего мира. Активно участвовал в борьбе против атомной угрозы человечеству.

При поглощении света атом переходит из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией.

Второй постулат, также как и первый, противоречит электродинамике Максвелла, так как согласно этому постулату частота излучения света свидетельствует не об особенностях движения электрона, а лишь об изменении энергии атома.

Свои постулаты Бор применил для построения теории простейшей атомной системы — атома водорода. Основная задача состояла в нахождении частот электромагнитных волн, излучаемых водородом. Эти частоты можно найти на основе второго постулата и правила определения стационарных значений энергии атома. Это правило (так называемое правило квантования) Бору опять-таки пришлось постулировать.

Модель атома водорода по Бору

Используя законы механики Ньютона и правило квантования, на основе которого определяются возможные стационарные состояния атома. Бор смог вычислить радиусы орбит электрона и энергии стационарных состояний атома. Минимальный радиус орбиты определяет размеры атома. На рисунке 12.4 значения энергий стационарных состояний (в элекгрон-вольтах¹) отложены на вертикальной оси.

Второй постулат Бора позволяет вычислить по известным значениям энергий стационарных состояний частоты излучений атома водорода.

¹ В атомной физике энергию принято выражать в электронвольтах (сокращенно эВ). 1 эВ равен энергии, приобретаемой электроном при прохождении им разности потенциалов 1 В: 1 эВ = 1,6 . 10 Дж.


 
Теория Бора приводит к количественному согласию с экспериментом для значений этих частот. Все частоты излучений атома водорода составляют в своей совокупности ряд серий, каждая из которых образуется  при переходах атома в одно из энергетических  состояний  со всех верхних энергетических состояний (состояний с большей энергией).

Переходы в первое возбужденное состояние (на второй энергетический уровень) с верхних уровней образуют серию  Бальмера. На рисунке 12.4 эти переходы изображены стрелками. Красная, зеленая и две синие линии в видимой части спектра водорода (см. рис. V, 3 на цветной вклейке) соответствуют переходам



Данная серия названа по имени швейцарского учителя И. Бальмера, который еще в 1885 г. на основе экспериментальных данных вывел простую формулу для определения частот видимой части спектра водорода.

Поглощение света

Поглощение света — процесс, обратный излучению. Атом, поглощая свет, переходит из низших энергетических состояний в высшие. При этом он поглощает излучение той же самой частоты, которую излучает, переходя из высших энергетических состояний в низшие.

На основе двух постулатов и правила квантования Бор определил радиус атома водорода и энергии стационарных состояний атома. Это позволило вычислить частоты излучаемых и поглощаемых атомом электромагнитных волн.

Задание

1.    в чем заключаются противоречия между постулатами Бора и законами классической механики и классической электродинамики!

2.    Какое излучение наблюдается при переходах электрона в атоме водорода на второй энергетический уровень!

Влияние постулатов на науку

И даже если учесть, что не все ученые придерживались одинаковых взглядов на постулаты Бора, но тем, ни менее сторонников и последователей его учения было достаточно много.

Нильс Бор внес неоценимый вклад в науку, там самым создав мощную базу для многих светил мировой науки.

Эллиптические орбиты атома

Благодаря знаменитому ученому была создана интернациональная школа физиков. В эту школу вошло много именитых ученых. Среди них можно назвать таких физиков, как Ф. лох, Х.Казимир, О.Клейн, Л.Д.Ландау, К.Меллер, Л.Розенфельд, А.Пайс, С.Росселанд и другие ученые.

Нильс Бор, благодаря проделанной работе в области физики получил всемирное признание. Известный ученый стал почетным членом в двадцати академиях наук не только в своей стране, но и по всему миру.

Интересные факты о Нильсе Боре

История упоминает о Нильсе Боре не только, как о выдающем физике, но и как о довольно таки неоригинальной личности.

В жизни ученый был хотя и несуеверным человеком, но на двери его дома висела подкова на счастье. На любопытные взгляды знакомых, он с иронией отвечал, что даже не верующим в приметы людям, они иногда помогают.

Нильс Бор был истинным ученным. У него даже сны были направлены на познание науки. Он во сне увидел модель атома. Ему приснилось солнце, которое имело вид горящего газа, а вокруг него на тонких нитях вращались планеты. И в какой-то момент этот газ вдруг затвердел и солнце вместе с планетами уменьшились до микроскопических размеров.

Даже в военные годы Бор умудрялся проявлять уникальную изобретательность. Чтобы его золотая медаль Нобелевского лауреата не досталась оккупантам, он умудрился растворить ее в царской водке и хранить этот раствор в шкафу. И только после возращения из эвакуации, ученый извлек золото обратно и выплавил из него точную копию своей награды.

А когда Нильсу Бору пришлось бежать из оккупированной Дании, то единственное, что он с собой захватил, так это была бутылка из-под пива. Такой ценный багаж был нужен Нильсу для производства водородной бомбы.

Оказывается, умный и талантливый ученый физик имел такой довольно заметный недостаток, как косноязычие перед аудиторией. Он мог прекрасно сделать доклад для нескольких человек, но когда дело касалось большой аудитории, то Нильс Бор начинал теряться и говорить очень путано, что собравшиеся с его доклада ничего не могли понять.

В шутку его брат Харальд Бор, говорил, что Нильс пытается объяснить то, что окружающим пока еще неизвестно и объясняет он то, о чем начнут говорить намного позже.

Но, кроме того, что Нильс Бор был знаменитым физиком, он также вместе со своим братом в молодости отлично играли в футбол. Оказывается, что такой известный физик и ученый, как Нильс Бор был еще и талантливым футболистом, который не раз выступал за сборную Дании по футболу.

Мякишев Г. Я., Физика. 11 класс : учеб. для общеобразоват. учреждений : базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. — 17-е изд., перераб. и доп. — М. : Просвещение, 2008. — 399 с : ил.