Справочное руководство по физике для поступающих в вузы и для самообразования - Яворский Б.М.
Скачать (прямая ссылка):
4°. Для электронного газа в металлах (11.7.1.2°) па;1029 м~3, т=9-10-31 кг и Гвыр=1,84-10« К. Вследствие малой массы электронов и большой плотности частиц электронный газ практически всегда вырожден. Только при очень высоких температурах, выше нескольких десятков тысяч градусов, электронный газ подчинялся бы законам идеаль-
*) См. сноску **) на стр. 433. **) Это следует из условия Z.8«=!.
436
ОТДЕЛ VI. ГЛ. 2. СТРОЕНИЕ АТОМОВ
ного газа. Но существование металла в конденсированном состоянии при таких температурах невозможно. Из-за вырождения электронного газа выводы о его свойствах, полученные с помощью молекулярно-кинетической теории идеальных газов,— закон Ома для плотности тока j (111.2.4.7°) — находятся в резком противоречии с опытом. Для правильного описания электропроводности металлов применяются методы квантовой механики *).
5°. С увеличением концентрации п частиц в вырожденном газе потенциальная энергия взаимодействия его частиц Пже%пх>ъ **) растет медленнее, чем кинетическая энергия
частиц ?o = -^f^(?0~n2'3, а Я~п1/3, поэтому с увеличением концентрации E0 растет быстрее, чем Я). С ростом концентрации частиц свойства вырожденного газа становятся более близкими к свойствам идеального газа. Для обычных, невырожденных газов справедливо обратное: с уменьшением концентрации молекул (атомов) газа его свойства становятся более близкими к свойствам идеального газа.
Глава 2 СТРОЕНИЕ АТОМОВ
2.1. Ядерная модель атома Резерфорда
Г. Ядерной (планетарной) моделью атома называется такая модель структуры атома, в которой весь положительный заряд атома считается сосредоточенным в ядре (VI.4.1.Г) — области, занимающей весьма малый объем по сравнению со всем объемом атома. Линейные размеры ядра приблизительно 10~16 — Ю-14 м. Остальную часть атома, линейные размеры которого приблизительно Ю-10 м, занимает облако отрицательно заряженных электронов. Абсолютное значение суммарного отрицательного заряда электронов равно положительному заряду ядра. Число протонов в ядре равно числу электронов в отрицательно заряженном облаке и совпадает с порядковым номером (атомным номером) Z атома данного химического элемента в периодической системе Менделеева (VI.2.9.1°). Вся масса атома практически сосредоточена в его ядре. Масса электронов,
*) Сведения о таком описании выходят за рамки данного руководства.
**)П^еУг, но r—n~%f, ибо /-Зпя*1 (см. сноску **) на стр. 435).
2,1. ЯДЕРНАЯ МОДЕЛЬ АТОМА РЕЗЕРФОРДА
437
движущихся вблизи ядра, значительно меньше, чем масса нуклонов (VI.4.1.Г), содержащихся в ядре.
2°. Ядерная модель явилась результатом опытов Резерфорда, изучавшего прохождение а-частиц (VI.4.4.1°) через тонкие металлические пластинки золота и платины. Альфа-частицы, испускаемые ядром урана (VI.4.7.2 ), имеют энергию 4,05 МэВ. С помощью таких частиц Резерфорд и его сотрудники «простреливали» тонкие пластинки металлов и изучали рассеяние а-частнц в веществе. Упрощенная схема опытов изображена нарис. VI.2.1. «-частицы испускались источником /, помещенным внутри свипцо-
Рис. VI.2.1
вой полости с каналом 2. Все а-частицы, кроме движущихся вдоль канала, поглощались свинцом. Узкий пучок а-частнц попадал на фольгу из золота 3 перпендикулярно к ее поверхности; ct-частицы, прошедшие сквозь фольгу и рассеянные ею, вызывали вспышки (так называемые сцинтилляции *)) на экране 4, покрытом веществом, способным светиться при ударе об него частиц (флуоресцирующее **) вещество). В пространстве между фольгой и экраном обеспечивается достаточный вакуум (III.3.7.Г), чтобы не происходило дополнительного рассеяния а-частиц в воздухе. Конструкция прибора позволила наблюдать а-частицы, рассеянные под углом до 150°.
3°. Опыты Резерфорда показали, что почти все а-частицы, прошедшие сквозь фольгу, сохраняли после прохождения прежнее направление своего движения или отклонялись на очень малые углы. Лишь некоторые а-частицы отклонялись на большие углы, порядка 135—150°.
Результаты опытов Резерфорда получили простое объяснение с точки зрения ядерной модели атома (п. Г). При
*) От латинского «scintillatio» — сверкание, кратковременная вспышка света.
**) Флуоресценция является одним из видов люминесценции (\'.З.ЗД°).
438
отдел vi. гл. 2. строение атомов
прохождении а-частицы сквозь электронную оболочку атома а-частица не должна испытывать заметного отклонения от первоначального направления. Масса электрона значительно меньше массы а-частицы, а отрицательный заряд всех электронов распределен по всему объему электронной оболочки, а-частицы, которые встречают электроны на своем пути в веществе, практически на них не рассеиваются. Только те немногочисленные а-частицы, которые проводят вблизи от ядра, испытывают резкие отклонения. На малых расстояниях г от ядра положительно заряженная а-частица, имеющая заряд +2е (VI.4.4.2°), испытывает значительную силу отталкивания F от ядра *):
P _ 1 2еР е 4ле0 г2
Здесь P — число протонов в ядре, е0 — электрическая постоянная в СИ (VII.5. Г), е= 1,6 • 1O-19 Кл—абсолютное значение элементарного электрического заряда.
