naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru naf-st.ru
 
Поиск по сайту
 

Строение атома. Часть финальная


дипломы,диссертации,курсовые,контрольные,рефераты,отчеты  на заказ
Строение атома. Часть третья. Волны К содержанию Принцип запрета Паули или еще раз про спин
Page copy protected against web site content infringement by Copyscape

Итак, попробуем высказать кое-какие соображения относительно вопросов, над которыми ломали головы Резерфорд, Бор, Шредингер и др. ученые. Начнем с простого, того, что хорошо известно.

Пусть имеется протон и пусть имеется электрон, причем расположены они так далеко друг от друга, что между собой практически не взаимодействуют. Энергия протона равна mпc2, а энергия электрона mэc2. Полная энергия системы, состоящей из протона и электрона, равна сумме этих двух энергий

Допустим, электрон и протон начали постепенно сближаться. По мере сближения сила их взаимодействия увеличивается, т.е. протон заряжен положительно, электрон - отрицательно. Притягиваются они друг к другу с силой, прямо пропорциональной произведению зарядов и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Все это давным-давно известно.

Сблизились протон с электроном до расстояния ra. Теперь полная энергия системы протон и электрон стала меньшей на величину той работы, которую совершило поле, притягивая электрон к протону или, что то же самое, протон к электрону. Другими словами, электрон, находящийся на расстоянии ra от протона, обладает потенциальной энергией, равной:


Но эта энергия отрицательная, отсюда и знак минус. Отрицательная энергия вот почему.

Помните, раньше мы договорились называть энергией способность физической системы совершать работу. Система же, состоящая из электрона и протона, расположенных на расстоянии ra друг от друга, не только не может совершить работу, если, конечно, расстояние ra не будет уменьшаться, но и, более того, нужно затратить дополнительную работу, чтобы растащить электрон с протоном - вернуть их на прежние места. Поэтому мы считаем, то система электрон-протон на расстоянии ra друг от друга обладает отрицательной энергией . Пока расстояние остается неизменным, неизменной остается и потенциальная энергия, что бы там еще с электроном и протоном не происходило.

Атом водорода, если исследовать с расстояний, в несколько раз больших ra, электрически нейтрален. Он ведет себя, как будто никаких зарядов в нем нет, ни положительных, ни отрицательных. Если где-то поблизости от протона просто находится электрон, такая система не будет электрически нейтральной. Немногое изменится, если электрон начнет вращаться вокруг протона по какой-то там орбите. В известном смысле станет еще хуже - электромагнитное поле такой системы ко всему прочему станет еще и переменным. Как же построить электрически нейтральную систему из одного положительного заряда и одного отрицательного?

Поле электрического заряда, мысленно сосредоточенного в одной точке, в точности совпадает с полем заряда такой же величины, размазанного по поверхности сферы с центром в то же самой точке. Совпадает повсюду вне этой сферы. Если мы предположим, что находимся где-то на расстоянии, в несколько раз большим, чем ra от протона, то нам совершенно безразлично, считать ли заряд протона сосредоточенным в одной точке или размазанным по поверхности сферы, например, радиуса ra. Будем считать, что электрическое поле протона - это поле заряда величиной -qэ (знак минус, потому что заряд положительный), равномерно распределенного по поверхности сферы радиуса ra с центром в центре протона.

Итак, как же сделать так, чтобы вне сферы радиуса ra система выглядела электрически нейтральной, т.е. повсюду вне этой сферы не было бы никакого электрического поля? Ответ напрашивается сам собой. Нужно равномерно распределить по поверхности сферы радиуса ra еще и электрический заряд qэ (отрицательный).

Короче, получается у нас вот такая модель атома водорода. В центре расположен протон, а заряд электрона равномерно распределен по поверхности сферы радиусом ra. Электрон как бы вывернулся наизнанку. Внутри общее электрическое поле электрона и протона, а снаружи - ничего. Ничего, потому что система по условию должна быть нейтральной.

Но это еще не все. Система должна быть устойчивой. Ведь каждый участок поверхности сферы, по которой распределен отрицательный заряд, испытывает силу притяжения со стороны протона, и если этой силе ничего не препятствует, то сфера будет стягиваться до тех пор, пока ее радиус не станет равным радиусу протона. Количество энергии, необходимое для того, чтобы противостоять взаимному притяжению отрицательного и положительного зарядов, равно:


Получилось вдвое больше, чем энергия связи для электрона. Так и должно быть, ведь сейчас взаимодействуют два заряда. Еще требуется дополнительное количество энергии, чтобы противостоять силам расталкивания частиц отрицательного заряда, распределенных по сфере. Эта энергия равна:


Таким образом, для того, чтобы система, состоящая из протона и отрицательного электрического заряда qэ, размазанного по поверхности сферы радиусом rа с центром в центре протона, была устойчивой, необходимо затратить дополнительную энергию.

Итак, атом водорода по нашей модели выглядит так. В центре протон, вокруг него по сфере радиуса ra равномерно размазан заряд электрона, внутри сферы - электромагнитное поле, снаружи - ничего. Полная энергия в атоме водорода равна его потенциальной энергии плюс кинетическая энергия. Заметим, что оттого, что электрон размазан по сфере, его потенциальная энергия не изменилась, поскольку любой участок этой сферы находится на том же расстоянии ra от центра протона. Потенциальная энергия по-прежнему отрицательна, поэтому полная энергия равна:


В этой модели заряды не движутся, а значит второй трудности, или второго боровского "почему" нет - ни о каком излучении не может быть и речи. Но, остается первое боровское "почему". Вышеописанная система будет устойчивой с любым значением радиусом ra, лишь бы ее кинетическая энергия равнялась половине потенциальной, взятой с обратным знаком. А все результаты опытов по-прежнему говорят о том, что электрон в атоме, или, сам атом может находиться лишь в определенных состояниях, характеризуемых определенными значениями энергии, момента количества движения, а значит и радиуса ra.

А если как следует задуматься, то возникает еще один, пожалуй, самый страшный вопрос: откуда вообще берется момент количества движения? Ведь пока протон и электрон были по отдельности, никаким собственным моментом количества движения система не обладала. Значит, не может обладать им и атом, поскольку момент количества движения подчиняется закону сохранения.

Нужно вспомнить про фотон, а точнее, что на той странице нас не интересовало, - почему электромагнитное поле, образующее фотон, остается сосредоточенным в некоторой области пространства, а не расползается во все стороны? А то, что не расползается - это известно точно. Можно предположить лишь одно - у фотона существует энергия связи, как и у электрона, и энергия эта кинетическая. А раз энергия кинетическая, значит, фотон должен обладать собственным моментом количества движения, спином. Так оно и есть на самом деле. Каждый фотон имеет собственный момент количества движения и равен он целому .

Вернемся к атому. У нас остался еще один нерешенный вопрос. Были протон с электроном по отдельности, была у такой системы некоторая потенциальная энергия. Сблизились, образовали атом, потенциальная энергия стала меньше. Вопрос: куда девалась "недостача"? Не будем забывать, что закон сохранения энергии выполняется всегда и при любых условиях.

Часть этой самой "недостачи" преобразовалась в кинетическую энергию и используется теперь для того, чтобы атом не развалился. Ну а вторая половина... После сближения электрона и протона образовался не только атом водорода, но и фотон. А этот самый фотон, как мы только что установили, имеет момент количества движения, равный . Все это может быть в том, и только в том случае, если атом водорода также приобретет момент количества движения, численно равный моменту количества движения фотона и противоположный ему по направлению.

Page copy protected against web site content infringement by Copyscape
Строение атома. Часть третья. Волны К содержанию Принцип запрета Паули или еще раз про спин
Новости:




 

copyright © 2003-2017 naf-st.ru, info@naf-st.ru
При полном, либо частичном цитировании материалов сайта naf-st.ru ссылка (для интернет изданий гиперссылка) обязательна!!! Будьте взаимовежливы!

Хостинг «Джино»
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь
Карта сайта
Поиск по сайту
Помощь
Новости
Обратная связь