Урок 444. Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца

• Модель атома Резерфорда предполагает, что электроны находятся снаружи ядра.  

• Ядро атома имеет размеры порядка 10^-15 м, а атом в целом — 10^-10 м.  

• Модель называется планетарной, так как электроны движутся по орбитам вокруг ядра.  

• Модель Резерфорда устойчива с точки зрения механики, но не электродинамики.  

• Электрон, двигаясь с ускорением, излучает электромагнитную волну, что приводит к потере энергии.  

• Атом, устойчивый с точки зрения механики, оказывается неустойчивым с точки зрения электродинамики.  

• Для описания атомных систем требуется что-то новое, что противоречит классической механике.  

• Нильс Бор в 1913 году сформулировал два постулата, которые не укладываются в рамки классической физики.  

• Эти постулаты называются постулатами Бора.  

• Первый постулат: атомы могут длительно пребывать в определенных стационарных состояниях.  

• Энергии стационарных состояний образуют дискретный ряд.  

• Любое изменение энергии системы возможно только путем скачкообразного перехода между стационарными состояниями.  

• При переходе из одного стационарного состояния в другое возможно поглощение или испускание электромагнитного излучения.  

• Частота этого излучения удовлетворяет условию: hν = E_n - E_m, где h — постоянная Планка.  

• Это условие называется условием частот Бора.  

• Постулаты Бора были сформулированы в 1913 году и подтверждены экспериментально в 1914 году.  

• Опыты Франка и Герца показали, что медленные электроны могут изменять свою скорость при соударении с атомами ртути.  

• Установка Франка и Герца включала накаленный катод, ускоряющее напряжение и сетку Фарадея с парами ртути.  

• Соударения могут быть упругими или неупругими.  

• При упругом соударении скорость электрона не меняется.  

• При неупругом соударении электрон теряет энергию, становясь медленнее.  

• Камера соударений окружена металлическим электродом-коллектором.  

• Создано задерживающее электрическое поле для отделения быстрых электронов от медленных.  

• Электроны с большой энергией достигают коллектора, а с малой энергией нет.  

• Электроны с энергией несколько электрон-вольт упруго ударяются об атомы ртути.  

• Электроны с малой энергией не преодолевают задерживающее поле и не дают вклада в ток коллектора.  

• Франк и Герц измеряли ток коллектора при разных ускоряющих напряжениях.  

• График зависимости тока коллектора от ускоряющего напряжения напоминает вольт-амперную характеристику вакуумного диода.  

• При напряжении 4.9 вольта наблюдается резкий спад тока.  

• При напряжении 9.8 вольта ток снова растет, затем снова спад.  

• При напряжении 4.9 вольта электроны начинают передавать энергию атомам ртути.  

• Атомы ртути способны воспринимать энергию только в определенных порциях.  

• Первый критический потенциал для ртути равен 4.9 электрон-вольт.  

• Первый критический потенциал для разных атомов различен.  

• Атомы разных химических элементов имеют строго определенные порции энергии.  

• Энергия атомов образует дискретный ряд, как утверждал Бор.  

• Атомы ртути не задерживаются в возбужденном состоянии надолго.  

• Они сбрасывают энергию, испуская фотоны.  

• Энергия фотонов удовлетворяет условиям частот Бора.  

• Длина волны излучения равна 250 нанометров.  

• Излучение принадлежит ультрафиолетовой области.  

• Атомы светятся в ультрафиолетовой области, подтверждая постулаты Бора.  

• Измерительная лампа излучает ультрафиолетовое излучение с длиной волны 253.7 нанометра.  

• Опыты подтвердили справедливость первого и второго постулатов Бора.  

• Франк и Герц были удостоены Нобелевской премии за эти результаты.  

• Бор стал первым почетным гражданином Дании.  

• Его мнение учитывалось при составлении научно-исследовательских программ.  

• Бор выполнял различные общественные обязанности, такие как судейство и сбор средств.  

• Бор не чувствовал себя обособленным от общества, в отличие от Эйнштейна.  

• Внешность Бора контрастировала с внешностью Эйнштейна.  

• Бор имел сонный взгляд и крупные черты лица, в отличие от одухотворенного лица Эйнштейна.  

• Бор говорил тихо и слегка заикался, что затрудняло понимание его мыслей.  

• В научных работах Бора слова использовались редко, предпочитая математические символы.  

• В Кавентерской лаборатории Бор столкнулся с трудностями из-за плохого владения английским языком.  

• Бор узнал, что по-английски заряд называется "чадж", а не "лоуд".  

• Он также узнал, что имя "Джеймс" в Англии произносится иначе.  

• Бор начал систематически читать романы Чарльза Диккенса, чтобы улучшить свой английский.