Устойчивость атома как физической системы.

Спектры излучения и поглощения атомов и молекул.

Дискретность (иначе – прерывистость) некоторых физических характеристик атомов и молекул.

1. В начале ХХ в. считалось, что атом имеет «планетарную» структуру – заряженное ядро и движущиеся вокруг него по орбитам электроны. В классической физике движение по орбите – это движение с ускорением (центростремительным). Известно, что заряженная частица, т.е. электрон, движущаяся с ускорением, излучает

электромагнитные волны и, следовательно, теряет энергию. Итог – падение электрона на ядро. По оценкам этот процесс реализуется за время с. Это и будет примерное время существования атома как физической системы из ядра и электронов. Однако из эксперимента известно, что атом – устойчивая система!

2.В процессе падения на ядро по законам классической физики электрон должен непрерывно излучать энергию. Следовательно, спектр излучения атома должен быть непрерывным. Однако из эксперимента известно, что у атомов спектры линейчатые. Пример – атом водорода. У него положение линий в спектре испускания (и поглощения) электромагнитного излучения описывается «обобщенной формулой Бальмера»:

.

Здесь m принимает значения 1, 2, 3, …, при заданном m n =m +1, m +2, m +3 …; λ – длина волны излучения, а индексы внизу указывают, к какой серии относится линия в спектре: m =1 и n =2, 3, 4, … - серия Лаймена, m =2 и n =3, 4, 5, … - серия Бальмера и т.д.; наконец, R =1.097 ۰ 10⁷ м ^-1 – постоянная Ридберга

 

Экспериментально было показано, что некоторые физические характеристики атомов являются дискретными. Так, в опытах Франка-Герца была доказана дискретность величины энергии, которую могут принимать атомы ртути при столкновениях с электронами. В экспериментах Штерна-Герлаха была продемонстрирована дискретность проекции момента количества движения атома на заданное направление, т.е. пространственное квантование у атомов.

Вольтамперная характеристика

Если атом обладает магнитным моментом , то в магнитном поле  он приобретает дополнительную энергию , где θ – угол между векторами  и . В неоднородном магнитном поле от координаты H = H (z), и сила  , которая будет в магнитном поле действовать на атом, равна

, т.е. изменяться в пределах  . Пучок атомов должен будет равномерно размываться. Однако он

Расщеплялся на отдельные линии.

Впервые квантовые идеи попытался использовать Нильс Бор, разрабатывая теорию атома водорода.

 

Н. Бору удалось получить правильный спектр для атома водорода – уровни энергии электрона и обобщенную формулу Бальмера.

Недостатки теории.

Непоследовательность – наряду с квантовыми использовались и классические представления.