История и методология естествознания. Кудрявцев С.П. - 24 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

ТГТУ | Тамбов

Составители: 

Рубрика: 

В 1899 г. Резерфорд опубликовал работу, содержащую результаты экспериментов по изучению излучения
урана и его соединений. Эти исследования стали одними из основных в его жизни, Начатые в Кавендишской лабо-
ратории, они были продолжены в Монреале, а затем в Манчестере.
В 1898 г. Резерфорд получил приглашение в Монреальский университет в Канаде на должность профессо-
ра кафедры теоретической физики. Рекомендуя Резерфорда на эту должность, Томсон писал: "У меня никогда
не было молодого ученого с такими... способностями к оригинальным исследованиям, как господин Резерфорд,
и я уверен, что если он будет избран, он создаст выдающуюся школу физики... Я считал бы счастливым то уч-
реждение, которое закрепило бы за собой Резерфорда в качестве профессора физики". Научная деятельность
Резерфорда в Монреале ознаменовалась рядом замечательных открытий. Здесь он открыл эманацию тория.
Эманация тория – это испускание радиоактивного газа наряду с α-излучением. Позднее эманацию тория назва-
ли тороном, подобно тому, как был назван радоном радиоактивный газ, испускаемый радием. Резерфорд при-
влек к своим исследованиям в Монреале Содди, и они в 1903 г. доказали, что радиоактивность – это есть само-
произвольный процесс перехода одних элементов в другие, который сейчас называется радиоактивным распа-
дом. В этом же году Резерфорд в возрасте 32 лет был выбран членом Лондонского Королевского общества.
В 1907 г. он был приглашен в университет города Манчестер. Сюда Резерфорд приглашает талантливых
молодых исследователей из многих стран мира. Среди них были Ганс Гейгер (1882 – 1945) – изобретатель счет-
чика элементарных частиц, Генри Мозли (1887 – 1915), сделавший важное открытие в изучении рентгеновских
спектров, Нильс Бор – создатель квантовой модели атома. В Манчестере Резерфордом и его учениками сделан
ряд выдающихся открытий. Среди них – создание планетарной модели атома. В 1908 г. Резерфорд получает
Нобелевскую премию по химии. В 1919 г. он, после ухода в отставку Томсона, занимает место руководителя
Кавендишской лаборатории. Международная школа физики, организованная Томсоном в стенах Кавендишской
лаборатории, получила дальнейшее развитие при его преемнике. Его русский ученик П.Л. Капица сравнивал
своего учителя с Фарадеем: "Резерфорд был экспериментатором, и в этом отношении напоминал Фарадея. Он
мало пользовался формулами и мало прибегал к математике. Иной раз, пытаясь вывести при своих докладах
формулу, он путался и тогда просто писал результат, замечая: "Если все вывести правильно, то так и получит-
ся". Но экспериментом он владел исключительно. Можно сказать, что он "видел" явление, над которым работал,
хотя оно происходило в неизмеримо малом ядре атома". Резерфорд был членом многих зарубежных академий, в
том числе и нашей. Он умер в 1937 г.
Вернемся к одному из выдающихся открытий Резерфорда – планетарной модели атома. В Манчестере Ре-
зерфорд предложил своим ученикам Марсдену (1889 – 1970) и Гейгеру заняться изучением рассеяния
α-лучей.
Суть таких опытов заключалась в следующем. Пучок а- лучей, испускаемый радиоактивным веществом про-
пускался через щель и попадал на сернистоцинковый экран. На нем получалось изображение щели. Затем меж-
ду щелью и экраном помещалась металлическая пластинка. В этом случае иображение щели размывалось, что
показывало, что
α-лучи рассеивались веществом пластинки. Изучая углы рассеяния, ученые заметили, что не-
которые частицы, примерно одна из тысячи отклонялась на угол, больший, чем 90
°. Когда Резерфорд узнал об
этом, он сказал: "Это невозможно. Это так же невозможно, как для пули отскочить от бумаги". В это время,
когда проводились эти эксперименты, (1909 г.), Резерфорд и Ройдс доказали, что
α-частицы являются дважды
ионизированными атомами гелия. Дважды ионизированый атом – это атом, лишившийся двух электронов, и
несущий двойной положительный заряд. Столкновение таких тяжелых, по сравнению с электроном, частиц не
могло привести к заметным отклонениям, если принимать во внимание модель атома Томсона, в которой поло-
жительный заряд атома размыт по сфере. Причем не следует понимать под столкновением
α-частиц чисто ме-
ханическое столкновение упругих шариков. Здесь при взаимодействии заряженных
α-частицы с соответствую-
щим зарядом атома вещества пластинки возникают электрические силы отталкивания. Резерфорд делает под-
счет углов рассеяния
α-частиц, исходя из модели атома Томсона, и приходит к заключению, что даже при мно-
гократных столкновениях
α-частиц такие большие отклонения их невозможны. В 1911 г. Резерфорд делает док-
лад, в котором говорит о своей модели атома. Он говорит:
"Рассеяние заряженных частиц может быть объяснено, если предположить такой атом, который состоит из
центрального электрического заряда, сосредоточенного в точке и окруженного однородным сферическим рас-
пределением противоположного электричества равной величины". При такой модели атома, когда положитель-
ный заряд сосредоточен в одной точке и, по существу, вся масса атома также сосредоточена в этой точке, такие
отклонения становятся возможными, хотя их вероятность небольшая. Электроны в этой модели вращались по
окружностям вокруг положительного ядра, как планеты вращаются вокруг Солнца, так как если бы они покои-
лись, то упали бы на ядро под действием электрического притяжения. Из модели атома Резерфорда следовало,
что заряд ядра пропорционален атомному весу.
9.3. Трудности модели атома Резерфорда
Планетарная модель атома Резерфорда успешно объяснила эксперименты Гейгера и Марсдена по рассея-
нию α-лучей и заменила модель атома Томсона, для которой эти опыты не имели объяснения. В то же время
ядерная модель атома Резерфорда также столкнулась с рядом сложностей. Одна из них заключалась в следую-
щем. Электроны у Резерфорда вращались вокруг ядра по криволинейной траектории, а любое криволинейное
движение является ускоренным, следовательно, они должны излучать свет и при этом терять энергию, и в ко-
нечном счете должны упасть на ядро. Но этого не происходит, так как атомы, в основном, стабильны. Вторая
трудность, которую эта модель не могла преодолеть, это объяснение линейчатых спектров атомов.

Страницы