ВУЗ:
Составители:
энергий несущественны, и квантовая теория приводит к тем же результатам, какие следуют из классической
теории. Принцип соответствия сыграл важную роль в дальнейших открытиях Бора и его учеников. Используя
этот принцип и свою теорию атома, Бор развил представления об образовании электронных конфигураций в
атоме при возрастании атомного номера, дает обоснование периодической системе элементов, предсказывает
существование 72 химического элемента, который был открыт Хевеши и Костером в его же институте в 1922 г.
9.6. Нильс Бор
Приведем биографические сведения об этом выдающемся ученом. Нильс Бор родился 7 октября 1885 г. в
семье профессора физиологии Копенгагенского университета. Окончив школу в 1903 г., Нильс Бор поступил в
Копенгагенский университет на естественный факультет. Экспериментальная физика в университете препода-
валась на недостаточно высоком уровне, лабораторий, таких, какие создавались во многих европейских стра-
нах, здесь не было, и Бор много времени проводил в лаборатории отца, в которой проводились физико-
физиологические эксперименты. Такие занятия привили интерес к такой тематике, что впоследствии нашло
отражение в его творчестве. В университете его работа о поверхностном натяжении была выставлена на кон-
курс и получила золотую медаль Датского Королевского общества. Весной 1911 г. Бор защитил докторскую
диссертацию на тему " Анализ электронной теории металлов" и отправился на годичную стажировку в Кавен-
дишскую лабораторию, которой руководил Томсон.
Бор был привлечен репутацией известного ученого. Кроме того, его интересовало мнение Томсона, одного
из авторов электронной теории проводимости, о своей диссертации. Но Томсон был так загружен, что так и не
прочитал диссертации Бора. Томсон дал Бору тему экспериментальной работы по электропроводности в газах.
Установку приходилось монтировать самому. Бор учился стеклодувному мастерству, но в итоге оказалось, что
из эксперимента ничего не получилось. Осенью Бор в Манчестере познакомился с Резерфордом и попросился
поработать в его лаборатории. Резерфорд согласился при условии, что Бор отпросится у Томсона. Получив со-
гласие Томсона, Бор перебирается к Резерфорду. Здесь он увлекся проблемами, волновавшими Резерфорда и
его сотрудников – проблемами атома. Это стало делом его жизни. За четыре месяца, проведенные в Манчесте-
ре, Бор подружился с Резерфодом, и эта дружба продолжалась до кончины Резерфорда.
Осенью Бор возвращается в Копенгагенский университет, где получает должность приват-доцента. Так
началась его педагогическая деятельность. В 1916 г. Бор занимает должность профессора кафедры теоретиче-
ской физики В 1920 г. он организует институт теоретической физики при Копенгагенском университете. Этот
институт становится крупным международным центром теоретической физики, который сейчас носит имя его
основателя. В 1922 г. Бор был удостоен Нобелевской премии. В 1943 г. Бор был вынужден покинуть оккупиро-
ванную Данию. Он уезжает в Швецию, затем его на самолете вывозят в Англию, а затем в США, где он работал
над проектом атомной бомбы. После войны, в августе 1945 г., Бор вернулся в Данию, где и умер в 1962 г.
10. ВОЛНЫ ДЕ БРОЙЛЯ. КВАНТОВАЯ МЕХАНИКА
10.1. Гипотеза де Бройля
Вернемся к модели атома Бора. Мы уже отмечали, что эта модель столкнулась с трудностями при объяс-
нении многоэлектронных атомов. Требовали логического обоснования некоторые гипотезы Бора. В 1923 г.
французский ученый Луи де Бройль (1892 – 1987) выдвинул идею о том, что материальные частицы, например,
такие, как электрон, обладают волновыми свойствами. Эта идея была им выдвинута из соображений симметрии
в природе. Если свет обладает как волновыми, так и корпускулярными свойствами, то и частицы должны обла-
дать волновыми свойствами. Длина волны λ для частиц массой
m, движущихся со скоростью v, определялась по
формуле:
vm
h
=λ
,
где
mv – импульс частицы.
Длина волны частиц λ очень мала, и для обычных тел экспериментально доказать волновую природу не-
возможно, так как волновые свойства, такие как дифракция, проявляются тогда, когда размеры щелей соизме-
римы с длиной волны. Но таких малых щелей мы не знаем. Однако, для электронов, крошечных частиц, дви-
гающихся, к примеру, со скоростью на два порядка ниже скорости света, дебройлевская длина волны равняется
приблизительно 10
–10
м. Такой размер совпадает с межатомными расстояниями в кристаллах. Следовательно,
кристаллы могли служить в качестве дифракционной решетки, и волновой эффект электронов мог бы быть об-
наружен. Такой эксперимент провели в 1927 г. американские ученые Дэвиссон (1881 – 1958), Джермер (1896 –
1971) и, независимо от них, английский ученый, сын Дж.Дж. Томсона, Дж.П. Томсон (1892 – 1975). Они обна-
ружили дифракцию электронов, подтвердив экспериментально волновую природу электронов и, следовательно,
гипотезу де Бройля. У де Бройля электронам соответствовали круговые стоячие волны, и число их должно рав-
няться целым числам. В противном случае они, вследствие интерференции, быстро затухали. Так как длина
окружности равняется 2π
R, и на ней укладывается целое число длин волн nλ, где n = 1,2,3,…,то, подставив вме-
сто
λ формулу де Бройля, получим:
v
2
m
h
nR =π
. Или
π
=
2
nh
mVR
. Эта формула и является условием квантова-
ния, приводимая Бором в его атомной теории в качестве допущения. У де Бройля условие квантования Бора
обосновано логически. Квантование у де Бройля вытекает из самой волновой природы электронов. За открытие
волновой природы электронов де Бройль был удостоен Нобелевской премии в 1929 г.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 24
- 25
- 26
- 27
- 28
- …
- следующая ›
- последняя »
