КВАНТОВЫЕ ПОСТУЛАТЫ БОРА МОДЕЛЬ АТОМА ВОДОРОДА ПО БОРУ
Выход из крайне затруднительного положения в теории атома 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 с помощью гениальной интуиции правильно предугадал существо дела. Постулаты Бора. Последовательной теории атома Бор, однако, не дал. 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 допускаемые 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 движения микрочастиц — квантовой механики. Первый постулат Бора гласит: атомная система может находиться только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Еп; в стационарном состоянии атом не излучает. Этот постулат противоречит классической механике, согласно которой энергия движущихся электронов может быть любой. Противоречит он и электродинамике Максвелла, так как допускает возможность ускоренного движения электронов без излучения электромагнитных волн. Согласно второму постулату Бора излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Ek в стационарное состояние с меньшей энергией Еп. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний: Бор Нильс (1885—1962) — великий датский физик. Создал первую квантовую теорию атома и затем принял самое активное участие в разработке основ квантовой механики. Наряду с этим Бор внес большой вклад в теорию атомного ядра и ядерных реакций. Он, в частности, развил теорию деления атомных ядер, в процессе которого выделяется огромная энергия. В Копенгагене Бор создал большую интернациональную школу физиков и много сделал для развития сотрудничества между физиками всего мира. Бор активно участвовал в борьбе против атомной угрозы человечеству. h»k=Ek-En. Отсюда частоту излучения можно выразить так "кп h h h ? При поглощении света атом переходит из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией. Второй постулат также 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, если располагать правилом 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, отбирающее возможные стационарные состояния, Бор смог вычислить допустимые радиусы орбит электрона и энергии стационарных состояний. Минимальный радиус орбиты определяет размеры атома. На рцсунке 248, а, б значения энергий стационарных состояний (в электронвольтах1) отложены на вертикальных осях. Второй постулат Бора позволяет вычислить по известным значениям энергий стационарных состояний частоты излучений атома водорода. Теория Бора приводит к количественному согласию с экспериментом для значений этих частот. Все частоты излучений атома водорода составляют ряд серий, каждая из которых образуется при переходах атома в одно из энергетических состояний со всех верхних энергетических состояний (состояний с большей энергией). (12.2) (12.3) ' В атомной физике энергию принято выражать в электронвольтах (сокращенно: эВ). 1 эВ равен энергии, приобретаемой электроном при прохождении разности потен- циалов 1 В; 1 эВ=1.6-10~'9 Дж. Переходы в первое возбужденное состояние (на второй энергетический уровень) с верхних уровней образуют серию Бальмера. На рисунке 248, а эти переходы изображены стрелками. Красная, зеленая и две синие линии в видимой части спектра водорода (рис. К 3 на цветной вклейке) соответствуют переходам Данная серия названа по имени швейцарского учителя И. Бальмера, который еще в 1885 г. на основе эксперимента 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 рисунке 248, б стрелками изображены переходы атома из одних состояний в другие с поглощением света. 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. 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 низший энергетический уровень! Изобразите стрелками эти переходы на схеме энергетических уровней