Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Абрамов А.И. -> "Измерение неизмеримого" -> 21

Измерение неизмеримого - Абрамов А.И.

Абрамов А.И. Измерение неизмеримого — M.: Энергоатомиздат, 1986. — 208 c.
Скачать (прямая ссылка): izmerenieneizmerimogo1986.djvu
Предыдущая << 1 .. 15 16 17 18 19 20 < 21 > 22 23 24 25 26 27 .. 76 >> Следующая

ИЗМЕРЕНИЕ ЗАРЯДА ЯДРА ПО ЧАСТОТЕ
ХАРАКТЕРИСТИЧЕСКОГО РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Вскоре характеристическое излучение было использовано для новых измерений заряда ядра. Наиболее удобной для этой цели оказалась линия рентгеновского спектра, соответствующая переходу электронов со второй оболочки на первую и называемая линией Ка, так как взаимодействие с ядром электронов внутренних оболочек в наименьшей степени искажено влиянием других электронов, поэтому все расчеты наиболее просты и надежны. Модель Резерфорда— Бора позволяет вычислить длину волны фотонов, испускаемых при таких переходах:
lMa=3Aoo(Z-l)2/4.
Здесь R00 — так называемая постоянная Ридберга, выражаемая через другие универсальные постоянные и примерно равная 1,09737•1O7 м"1; Z - заряд атомного ядра. Таким образом,
56
для того чтобы измерить заряд ядра, достаточно определить длину волны одной из линий характеристического рентгеновского излучения/ Именно так и поступил в 1913 году Мозли.
Выше уже шла речь о том, что с помощью формулы Вульфа-Брэгга были определены расстояния между атомами в кристалле. Мозли поступил наоборот: с помощью кристалла с уже известным расстоянием между атомными плоскостями он измерил углы рассеяния фотонов линии Ка, а затем по
формуле Вульфа-Брэгга вычислил их длину волны Ха. Такие измерения были проведены для ряда элементов. Полученные результаты Мозли нанес на график (рис. 11), по оси абсцисс которого он отложил порядковый номер элемента, а по оси ординат— величину V4/(3R00Xa) • Все точки легли на прямую линию, описываемую уравнением
(JL-

80 /л
70
60 еп
OU НО
30
W 50 60 70 80 Z
Рис. 11. График Мозли
V4/(3*coXa)=Z-l,
в котором буквой Z обозначен порядковый номер элемента. Легко убедиться в том, что формула, полученная с помощью модели Бора, полностью совпадает с экспериментальной формулой Мозли, если считать, что в обеих формулах буква Z обозначает одно и то же число, т. е. заряд ядра численно совпадает с порядковым номером элемента. Тем самым была подтверждена гипотеза Ван ден Брука, о которой уже шла речь выше.
Однако этим не исчерпывается значение работы Мозли. Измерения длины волны линии Ка для элемента, порядковый номер которого заведомо известен, позволяют с помощью написанных выше соотношений очень точно определить постоянную Рид-берга. А как уже отмечалось, теория Бора дает возможность найти выражение постоянной Ридберга через другие универсальные постоянные:
R00 = TTIe4I(SeIh3C).
57
Значения скорости света с, массы электрона т и его заряда е известны из других опытов, поэтому последнее выражение можно использовать для нахождения точного значения постоянной Планка:
H=^nIeV(SeIcR00).
Правда, существуют и другие способы определения постоянной Планка, но когда речь идет о столь важной величине, ни один новый эксперимент не будет лишним.
ОТКРЫТИЕ изотопов И ПРЯМОЕ ИЗМЕРЕНИЕ МАССЫ АТОМНОГО ЯДРА
Вскоре после открытия радиоактивности было замечено следующее любопытное явление. Согласно уже упоминавшемуся правилу Фаянса и Содди испускание а-частицы приводит к сдвигу элемента в периодической системе элементов на две клетки влево, а испускание /3-частицы — на одну клетку вправо. А что будет, если ядро испустит а-частицу, а вслед за ней два электрона? Простое рассуждение показывает, что при этом должно получиться ядро исходного элемента. И в то же время оно наверняка не будет тождественно первоначальному ядру, ведь вылетевшие частицы унесли - с собой часть массы. Так что же все-таки получится?
Как раз такая ситуация существует при распаде урана. Обозначим пока "исходный" уран символом UI, а продукты его распада — символами UX1, UX2, UII и т. д.: а ? ? а
UI ^ UX1 ^ UX2 ^ UII . ..
Используя правило сдвига и таблицу Менделеева, легко прийти к выводу, что UX1 — это торий, UX2 — протактиний, a UII — опять уран! В химическом отношении UI и UII совершенно тождественны, ибо одинаковы заряды их ядер, а следовательно, и электронные оболочки. Но некоторые физические свойства у них разные, в частности различаются массы атомов и скорости распада. В дальнейшем оказалось, что по крайней мере все радиоактивные элементы имеют по нескольку таких разновидностей. Этот вывод сделал в 1910 году Содди, и он же назвал разновидности одного элемента изотопами.
Возникает вопрос: только ли для радиоактивных элементов характерно явление изотопии? Кажется, что ответить на него
58
нелегко. Ведь изотопы радиоактивных элементов легко отличить друг от друга именно по их радиоактивным свойствам: например, UII распадается в 15 000 раз быстрее, чем UI, и энергия а-частиц у UII больше. А как различить изотопы нерадиоактивных элементов? Ведь их химические свойства совершенно одинаковы. Решить эту, казалось бы, совершенно неразрешимую задачу удалось английскому физику Том-сону.
Если у нерадиоактивных элементов есть изотопы, то их атомы должны различаться по массе. Для того чтобы обнаружить это различие, Томсон решил измерить отношение заряда к массе у ионов неона подобно тому, как за несколько лет до этого измерялись отношения заряда к массе для протонов и электронов. В приборе Томсона ускоренные ионы неона проходили через зазор между полюсами магнита, где создавалось еще и электрическое поле. Затем, пролетев некоторое расстояние L9 ионы попадали на фотопластинку. Прибор настраивался так, что в отсутствие полей ионы проходили в центр пластинки; эту точку принимали за нуль. Магнитное поле отклоняло ионы в сторону от нулевой точки на величину х9 которую с достаточной точностью можно определить соотношением X = aML, где ам — угол отклонения пучка магнитным полем. Электрическое поле отклоняло ионы в перпендикулярном направлении, причем смещение определялось аналогичным соотношением у = U3L. Ранее были получены выражения для ам и аэ. Подставляя их в только что написанное равенство, получаем
Предыдущая << 1 .. 15 16 17 18 19 20 < 21 > 22 23 24 25 26 27 .. 76 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed