Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Строение атомов и атомные спектры
Основой современной атомной физики является квантовая механика [62]. Квантовые закономерности строения атомов были открыты Бором. Бор создал теорию, которая хорошо описывала строение атома водорода и закономерности в его спектрах. Дальнейшее развитие его теория получила в работах Зоммерфельда [63]. Эти учёные строго обосновали резерфордовскую планетарную модель атома. Однако вследствие трудностей, возникших при объяснении тонкой структуры спектров и строения сложных атомов, их теория была отвергнута. В последнее время вклад Бора и Зоммерфельда в развитие атомной физики недооценивается. Одни называют их теорию полуклассической [64], другие – черновым вариантом новой механики атома [65], третьи – лишь переходным этапом к созданию последовательной теории атома [66]. Некоторые авторы при изложении теории атома даже не называют их имён [62] или упоминают о них вскользь [64]. Творцами истинной теории атомов считаются Шредингер и Гейзенберг. В настоящее время атомы описываются очень сложным трёхмерным дифференциальным уравнением Шредингера [65]. В основе этого уравнения лежит гипотеза де Бройля, согласно которой электрон в атоме является одновременно и частицей и волной. Поскольку сам факт отождествления частицы с волной является абсурдным, противоестественным, то, следовательно, уравнение Шредингера не может адекватно описывать реальные процессы, происходящие в атомах. Ему неоправданно придается слишком большое значение в квантовой механике. Возможности уравнения Шредингера красноречиво характеризуются нижеприведенными выдержками из различных источников: 1. «Решения уравнения Шредингера для атома водорода не удается выразить через элементарные математические функции. Поэтому эти решения будут охарактеризованы в основном качественно. Для атомов, имеющих два и более электрона, точное решение уравнения Шредингера вообще не может быть получено в аналитическом виде» [62]. 2. «Уравнение Шредингера для атомов, содержащих более одного электрона, практически не может быть решено даже численным методом» [67]. 3. «Чтобы рассчитать спектральные термы даже атомов средних размеров, например железа, методом Хартри-Фока, потребовались бы годы работы электронно-вычислительных машин» [42].
4. «Т. Киношита (Корнеллский университет, США) говорил, что для повышения точности расчетов ему приходилось заставлять работать большую ЭВМ в течение сотен часов». [68]. В атомной физике большая роль отводится принципу неопределенности Гейзенберга. В атомах с помощью уравнения Шредингера можно вычислить уровни энергий электронов и вероятность их нахождения в различных точках атома в заданный момент времени, а с помощью принципа неопределенности обосновать неточность таких расчетов. Однако этот принцип следует считать не только ошибочным, но и антинаучным. Он, с одной стороны, устанавливает предел познания в микромире, а с другой, – оправдывает наше незнание истинного строения микромира. Согласно принципу неопределенности нельзя вводить понятие траектории электрона в атоме, так как невозможно одновременно точно определить координаты и скорость электрона в атоме. В атоме водорода электрон, находящийся в основном стационарном состоянии, может оказаться в любой точке объема шара радиуса r=5,29·10-11м [69, 70], то есть он закону Кулона не подчиняется. Мы, как будет показано ниже, можем рассчитывать с высочайшей точностью все параметры любой орбиты электрона в атоме водорода и в том числе в любой момент времени можем определить с той же точностью одновременно координаты электрона и его скорость. Выполненные нами расчеты доказывают ошибочность принципа неопределенности. Теория Шредингера – Гейзенберга намного сложнее теории Бора – Зоммерфельда, а с её помощью решены только те задачи, которые уже были решены Бором и Зоммерфельдом. Приняв на вооружение их теорию, физикам пришлось отказаться от образного мышления и принципа непротиворечивости здравому смыслу. Принято считать, что с помощью уравнения Шредингера объясняется причина квантования уровней энергии в атомах, но о какой достоверности такого объяснения может идти речь, если при выводе этого уравнения было сделано нелепое допущение, что электрон является волной. Наша теория является логическим продолжением теории Бора-Зоммерфельда. При ее создании использовался обширный экспериментальный материал, связанный с определением значений ионизационных потенциалов и энергий термов оптических и рентгеновских лучей. В справочной литературе значения ионизационных потенциалов и энергий термов приводятся с очень высокой точностью, достигающей восьми-, десятизначащих цифр. Эти данные надежны, так как получены в результате обобщения экспериментального материала, которым располагает все человечество. Результаты теоретических исследований с помощью методик, разработанных на основе нашей теории, хорошо согласуются с вышеназванными экспериментальными данными.
Новая теория создана на основе ньютоновских представлений о пространстве и времени. Одним из важнейших ее достоинств является возможность наглядно представить строение атомов и получить ряд новых интерпретаций процессов, происходящих в атомах. Нами получены точные формулы, описывающие движение взаимодействующих тел. Так называемые релятивистские эффекты, наблюдаемые при движении взаимодействующих тел со скоростями, близкими к скорости света, мы учитываем с помощью формул эффекта движения. Согласно теории относительности движение вызывает увеличение массы тел. С нашей точки зрения, движение вызывает изменение эффективности взаимодействия между телами. При встречном движении тел эффективность взаимодействия между ними усиливается, а при удалении их друг от друга, наоборот, – ослабляется. Нами разработана методика расчета параметров орбит сложных атомов по известным значениям ионизационных потенциалов и выведены формулы, позволяющие теоретически рассчитывать значения ионизационных потенциалов у многоэлектронных атомов. Таким образом, можно теоретически рассчитать любой сложный атом, что свидетельствует о неограниченных возможностях классической физики.
Апробация новой теории
Новая теория очень проста и доступна для понимания любому, кто захочет познать тайны атома. В то же время она позволяет решать с высокой точностью любые задачи в атомной физике. Покажем это вначале на примере физических констант. Некоторые константы, которые ранее были определены экспериментально, можно точно вычислить по формулам [71]. В качестве исходных данных возьмём значения четырёх констант [28]: скорость света м/c; элементарный заряд Кл; масса электрона кг; боровский радиус м. В таблице 5.1 приведены для сравнения вычисленные и справочные значения констант. Ниже даётся вывод формул, по которым производился расчёт.
Таблица 5.1 Физические константы
Полная энергия системы “электрон-протон” в атоме водорода согласно уравнениям (61) равна . (96) Для электрона в системе единиц СИ . С учетом этого ионизационный потенциал атома водорода будет равен . (97) Индекс Н будем ставить у величин, характеризующих движение электрона по первой боровской орбите в атоме водорода. Формулы (88) и (96) позволяют получить новое выражение для ионизационного потенциала водорода:
, (98) откуда находим скорость электрона на первой боровской орбите . Бор показал, что в атомах электроны могут двигаться только по таким орбитам, для которых выполняется условие [69] , где - номер стационарного состояния; - постоянная Планка. Таким образом, постоянная Планка равна произведению 2 на момент количества движения электрона, находящегося в первом стационарном состоянии. Согласно последнему уравнению можно записать . Точное значение получим, если будем учитывать и момент количества движения ядра , где - масса ядра; - скорость ядра; - радиус орбиты ядра. Принимая во внимание, что и , окончательно получим . Постоянную Планка можно выразить через величины, характеризующие движение электрона по первой боровской орбите: . (99) Неизменяемой величиной, имеющей одно и то же значение у всех атомов, будет также . Потенциал ионизации атома водорода можно выразить через постоянную Планка и частоту излучаемой волны : , (100) где - длина волны, - постоянная Ридберга. Приравняв правые части уравнений (98) и (100) и подставив вместо её значение (99), находим . Если бы ядро было неподвижно, то постоянная Ридберга имела бы следующее значение: . (101) Для описания тонкой структуры спектров Зоммерфельд ввёл новую постоянную [65] . (102) Это выражение можно упростить. Из уравнений (97) и (98) находим . Подставляя в формулу (102) значения и , получим . Период обращения электрона по первой боровской орбите можно вычислить по формуле .
Атом водорода
Параметры орбит электронов в атомах можно выразить через параметры боровской орбиты [72]. Полную энергию системы «электрон-атом» при движении электронов по круговым орбитам можно определить или по формуле , (103) где z/ - эффективное зарядовое число ядра, или по формуле . (104) Ввиду того, что в дальнейшем мы будем иметь дело только с величинами, относящимися к электронам, индекс 1 у букв ставить не будем. С учетом равенства (105) Формулу (98) можно записать в следующем виде: . (106) Приравняв правые части уравнений (103) и (106), можно записать
. (107) В атоме водорода эффективное зарядовое число z без учета эффекта движения равно единице, поэтому для боровской орбиты формула (107) примет вид . Таким образом, для электронов, движущихся по круговым орбитам, в любом атоме выполняются равенства . Отсюда находим ; . (108) Формулу (103) преобразуем к виду . (109) Приравняв правые части уравнений (104) и (109), находим . (110) Для боровской орбиты , (111) поэтому уравнение (110) можно записать в виде . Отсюда найдем ; . (112) При движении электрона по эллиптической орбите полная энергия выражается уравнениями ; (113) . (114) Преобразуем формулу (113) к виду , (115) где n – орбитальное число, характеризующее степень вытянутости орбиты. Приравняв правые части уравнений (113) и (115), находим . Принимая во внимание, что ; , (116) из последнего уравнения получим ; ; (117) ; . (118) Эти формулы можно записать и в таком виде: ; ; (119) ; , (120) где - эксцентриситет эллипса. Совместное решение уравнений (116), (117) и (118) позволяет получить следующие соотношения: ; . (121) Умножив и разделив правую часть уравнения (113) на произведение , запишем его в следующем виде: . (122) Приравняв правые части уравнений (114) и (122) с учетом формулы (111), получим = = . Аналогично находим = = . Из этих уравнений следует ; ; ; . Выразив ra, rn и l через rн, получим ; ; (123) ; . (124) Полную энергию системы «электрон-атом» можно выразить через полную энергию боровского атома. Подставив в формулу (114) значения и согласно формулам (123) и (124), получим = . (125) Теперь выразим период обращения любого электрона вокруг ядра через период обращения электрона в боровском атоме. Для этого в формулу (94) подставим значение m согласно формуле (86). Получим выражение . (126) Выразив l через rн, а Va и Vn через Vн, получим . (127) Для электрона в боровском атоме согласно этой формуле . И, таким образом, для электронов в любом атоме . (128) С учетом формулы (125) формулу (127) можно представить еще и в таком виде: . (129) Приступим к расчету параметров орбит электрона в атоме водорода. С помощью формулы (75¢) находим Vн=2,186442460×106 м×с-1; rн=5,291913231×10-11 м; Eн=21,78571660×10-19Дж; Тн=1,520738462×10-16с. Вследствие эффекта движения значения величин и увеличиваются, а значения величин и уменьшаются. При расче-
. (130) Ввиду равенства левых частей уравнений (97) и (130), правые их части также будут равны и, следовательно, , но так как , а у водорода z = 1, то . Подставляя значения величин, находим е=1,602156024 Кл. В таблице 5.2 приведены параметры орбит электрона в атоме водорода для четырёх стационарных состояний. Расчет производился в такой последовательности. По формуле (112) определяли скорости электрона при движении по круговым орбитам. Для атома водорода она примет вид . (131) По формулам (123) и (124) определяли скорости электрона в перицентре и в апоцентре при движении по эллиптической орбите. Для атома водорода они имеют вид ; (132) . (133) В таблице приведены истинные значения скоростей электрона, то есть с учетом эффекта движения. Для круговых орбит мы находим их по формуле (76/), а для эллиптических – по формулам ; .
Таблица 5.2
|
||||||||||||||||||||||||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2022-09-03; просмотров: 70; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.223.114.142 (0.057 с.) |