Физика. Строение и физические свойства вещества. Барсуков В.И - 5 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

ВВЕДЕНИЕ
Учебное пособие написано в соответствии с действующей программой Государственного стандарта по курсу физики
для инженерно-технических специальностей высших учебных заведений.
Его небольшой объём обусловлен тщательным отбором и лаконичным изложением материала. В отборе материала и
методике его изложения был использован многолетний преподавательский опыт авторов, стремящихся кратко, но без
ущерба раскрыть физический смысл изучаемых явлений, понятий и законов.
По математическому уровню пособие соответствует математической подготовке студентов первых курсов.
Пособие состоит из семи глав, посвящённых физике атома, атомного ядра, строению молекул и физике твёрдого те-
ла, а также элементам квантовой физики твёрдого тела.
Авторы выражают благодарность за ряд полезных советов и замечаний рецензентам пособия: заведующему кафед-
рой «Теоретическая механика» ТГТУ, доктору педагогических наук, профессору Н.Я. Молоткову и доценту кафедры
«Материалы и технология» ТГТУ В.П. Шелохвостову.
1. ФИЗИКА АТОМА
1.1. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПЕРВОНАЧАЛЬНОЙ МОДЕЛИ АТОМА
РЕЗЕРФОРДА-БОРА
При изучении курса физики очень часто приходилось встречаться с представлениями об атомном строении вещест-
ва. Всё многообразие веществ в конечном итоге сводится к тому числу элементов, которые заполняют таблицу Д.И. Мен-
делеева.
Само понятие «элемент» или атом имеет длинную историю: оно развивалось со времён первоначальных воззрений
Демокрита и Лукреция, прошло через точное мышление Лавуазье и Дальтона, получило развитие в работах Ломоносова,
в его атомно-кинетической теории, было подкреп-лено целым рядом физических и химических явлений. Так, к концу XIX
в. установилось такое определение: химический элемент или атом есть вещество, которое ни при каких химических ре-
акциях не разлагается на более простые составные части.
Но физические эксперименты и развитие физической теории конца XIX в. и начала XX в. заставили отказаться от
такого определения, поскольку в нём заключалось утверждение о неизменяемости химических элементов, о неделимости
атома – «кирпичиков мироздания».
Разнообразные явления: ионизация газов, катодные и анодные лучи, электронный ток, фотоэффект, излучение и по-
глощение света и другие, заставили сначала подозревать, а затем и утверждать, что при этих явлениях имеем дело с оскол-
ками и частями атомов, что атомы имеют сложное строение, части их заряжены, внутри атома существует электрическое
поле.
Величайшее значение для познания атома имели два, почти одновременные, открытия – рентгеновских лучей (1895
г., Вильгельм Рентген, Германия) и радиоактивности (1896 г., Анри Беккерель, Париж). Оба эти открытия ознаменовали
новую эпоху в физике, как в области эксперимента, так и в физической теории; они открыли путь в атом.
При этом возникли вопросы:
1. Что входит в состав атома? Какие более простые частицы являются его составными частями?
2. Как расположены эти частицы в недрах атома?
3. Какова природа сил и характер взаимодействия между этими частями атома?
На поставленные вопросы пытались ответить многие учёные, в том числе лорд Кельвин и Д.Д. Томсон, но их теория
теперь имеет только исторический характер.
Изучение явления радиоактивности, установление природы α- β- и γ-лучей, процессов, происходящих при прохож-
дении этих лучей через вещество, позволило Э. Резерфорду выдвинуть основные идеи о строении атома (1911 г.), кото-
рые в общем представлении сохранились до сих пор:
– в центре всякого атома находится положительно заряженное ядро весьма малых размеров (10
–12
…10
–13
см);
– вокруг этого ядра вращаются электроны, радиусы их орбит не превышают радиуса атома (10
–8
см).
В самом выражении этой идеи скрыто в высшей степени важное положение:
– так как атом нейтрален, то положительный заряд ядра должен быть скомпенсирован отрицательными зарядами
электронов (
neq =
я
);
– движение электронов на орбитах постулируется необходимостью уравновесить притяжение электронов к ядру
центробежной силой;
– так как масса электронов ничтожна, то вся масса атома сосредоточена в его ядре. Доказательством этому является
отклонения α-частиц в опытах Резерфорда. Сила взаимодействия α-частицы и ядра подчиняется закону Кулона. При этом
Резерфорд дал математическую теорию рассеяния α-частиц, которая была подтверждена экспериментально;
– разработав тщательно методику, на основе теории Резерфорда, его ученик Чадвик непосредственно определил за-
ряд атомного ядра. Результаты получились поразительными.
Заряд ядра атома какого-либо элемента определяется атомным числом элемента Z, т.е.
Zeq =
я
. Получаем в высшей
степени замечательное заключение: в периодической системе Менделеева элементы расположены по зарядам их атомов
– Z; а так как
neq =
я
, то n = Z, т.е. число электронов в атоме элемента равно его порядковому числу Z.
Отсюда вытекает важная роль атомного числа: оно характеризует заряд ядра, число электронов в атоме, физические
и химические особенности элементов, характеризует рентгеновские спектры, частоту
ν
и длину волны λ в их сериях K,
L, M.

Страницы