Вчитель фізики : Довбня О. В



Скачати 76,45 Kb.
Дата конвертації28.08.2017
Розмір76,45 Kb.


2012 рік
Вчитель фізики : Довбня О.В.

:





Постулати Бора




Кременчуцька загальноосвітня школа I-III ступенів №16


autoshape 623 autoshape 624

На початку 20-го століття експерименти Ернеста Резерфорда показали, що атоми складаються з розпорошеної хмари електронів, яка оточує мале позитивно заряджене ядро. Отримавши ці експериментальні дані було абсолютно природно Резерфордові розглядати планетарну модель атома (моделі Резерфорда 1911 року) з електронами, що рухаються по орбіті навколо ядра, подібного до Сонця.

Планетарна модель атома Резерфорда, багато пояснила в будові атома, але одразу після її створення виникли труднощі: ядро заряджено позитивно, а електрони - негативно. Між ними існує кулонівська сила притягання. З передпосилки про планетарну модель атома випливало, що:

а) електрон, рухаючись по орбіті навколо ядра , повинен випромінювати електромагнітні хвилі з частотою , що дорівнює частоті обертання його навколо ядра за секунду;

б) атом має бути нестійким через безперервну втрату електроном енергії на випромінювання хвиль;

в) випромінювання атома повинно мати вигляд суцільного спектра без спектральних ліній.

- Навпаки, повсякденна практика показувала, що:

а) атом виявляється виключно стійкою системою;

б) атом випромінює електромагнітні хвилі тільки за певних умов, що пов»язано з будовою і властивостями його електронної оболонки.

Щоб подолати цю суперечність, Нільс Бор запропонував у 1913 році свою модель, яка нині має назву "Атомна модель Бора". Він стверджував, що можливими є лише певно не дуже велика кількість станів, у яких можуть перебувати електрони. Відповідно, енергія, що вивільнюється чи поглинається, є лише результатом переходу електрона з одного стану в інший.



Нільс Бор спробував пояснити будову атома, сформулювавши два постулати:

Нільс Бор створив теорію атома на основі таких постулатів:

  1. Атомна система може перебувати тільки в особливих стаціонарних, або квантових станах, кожному з яких відповідає певна енергія E. У стаціонарному стані атом енергію не випромінює.

  2. Перехід атома з одного стаціонарного стану в інший супроводжується випромінюванням чи поглинанням фотонів, енергію яких h визначають за формулою , де k і n – номери його стаціонарних станів. При відбувається випромінювання фотона, а при - його поглинання.

  3. У стаціонарному стані атома електрон, рухаючись по коловій орбіті, повинен мати дискретні, квантові значення моменту імпульсу , де n – 1,2,3 – номер орбіти; r – радіус орбіти;

Перший постулат називається постулатом стаціонарних станів. Цей постулат суперечить класичній механіці та електродинаміці Максвелла.

Другий постулат називається правилом частот. Якщо електрон перескакує на іншу орбіту, де його енергія менша, то куди дівається надлишок енергії? Адже зникнути, перетворитися на ніщо енергія не може. «Шукайте її поза атомом!» - заявляє Бор. Вона виділяється з атома у вигляді кванта світлової енергії, а електрон, який випроменив, рухається по орбіті, тепер вже іншій, і знову не випромінює.

Третій постулат називається правилом квантування орбіт. Виявилося, що можна одержати низку дискретних розділених стаціонарних станів тільки за того припущення, що момент імпульсу електрона кантується. Звідси дістаємо вираз для радіусів орбіт: , де m й e – маса та заряд електрона.

Фізики до появи теорії бора не могли розшифрувати складні спектри. Коли ж Бор довів, що «спектр – це біографія атомів, точніше атомних електронів», учені змогли, комбінуючи різні орбіти електронів в атомі, обчислити всі лінії, що спостерігаються у спектрі. Таким чином, джерелом світла є збуджений атом, світло генерується під час переходу атома з одного збудженого стану в інший, частота світла, що генерується, пропорційна ∆Е, світло випромінюється й поглинається у вигляді квантів.

Проаналізуємо докладніше ці постулати. Фактично, теорія Бора є перехідним етапом між класичною і квантовою механікою, адже в ній поєднано ідеї і принципи обох цих теорій. За Бором, з одного боку, електрони в атомах рухаються по певних траєкторіях, у кожний момент часу строго визначено їх положення та швидкість, і рух описується Ньютонівською механікою (класичні уявлення), а з іншого боку, вони можуть мати лише певні дискретні значення енергії (інакше кажучи, знаходитись на певних енергетичних рівнях), і, знаходячись у межах одного стаціонарного стану, не можуть випромінювати (квантові уявлення.) Останнє твердження призвело до того, що, пояснюючи рух електронів у стаціонарних станах, Бор застосовував класичну механіку, але відмовився від класичної електродинаміки, бо застосувати її у системі, де енергія є сталою, неможливо.

Питання: що ж відбувається під час переходу електрона на інший енергетичний рівень? Яким чином відбувається цей перехід, що знаходиться між двома стаціонарними станами? На ці питання Бор відповіді не мав, і він навіть не став мучитись, щоб їх віднайти, бо прекрасно розумів, що для цього потрібна принципова нова теорія і принципово нова механіка.

Втім, постулати Бора чудово пояснюють дискретність атомних спектрів. Цілком зрозуміло, що спектральні терми відповідають енергетичним рівням атома. Проте практично за цією теорією вдалося пояснити лише спектр атома водню, що ми зараз і розглянемо.

Бор розглядав найпростіші колові орбіти. Потенціальна енергія взаємодії електрона з ядром визначається формулою:



Закон Кулона



 (1)

Повна енергія атома згідно механіки Ньютона дорівнює сумі кінетичної і потенціальної енергій :

 (2)

Кулонівська сила надає електрону на орбіті доцентрового прискорення :



=(3)

Знайдемо із співвідношення (3) :

m= і підставимо даний вираз у формулу (2):

 (4)

Згідно класичної механіки радіус орбіти може набувати будь-які значення. Значить будь-які значення може приймати і енергія. Але по першому постулату Бора енергія атома може мати певні значення – тому і радіуси орбіт в атомі водню не можуть бути будь-якими. Тому Нільс Бор другий постулат постулював , тобто згідно правилу квантування Бор встановив можливі радіуси орбіт і відповідно їм можливі значення енергії в атомі.

Під час руху електрона по орбіті модуль його імпульсу mv і радіус орбіти r залишаються незмінними. Значить, постійним залишатиметься і вираз mvr. В механіці ця величина називається моментом імпульсу . Бор звернув увагу , що найменування постійної Планка h співпадає з найменуванням моменту імпульсу :

Дж∙с = 



Значить ми маємо право записати рівність:

mvr = nh (5)



де n=1,2,3…..Це і є правило квантування. З його допомогою знайдемо радіуси можливих орбіт:

Із рівняння (5) знайдемо швидкість:

 = (6)

Рівняння (6) підставимо в рівняння (3) :

=

Звідси :  (7)

Радіуси боровських орбіт змінюються дискретно із зміною числа n. Враховуючи дані , знайдемо найменший радіус орбіти:

. Це і є радіус атома . Теорія Бора для нього дає правильне значення. Класична теорія не може пояснити чому атом має такий розмір.

Підставимо формулу (7) в рівняння (4) , знайдемо енергію стаціонарних станів атома (енергетичні рівні) :

=

 (8)

Висновки:

1.

n

E

n=1

= - 13,53 Ев (основний)

n=2



n=3



n=4



n=5



2. У міру віддаляння електрона від ядра (зростання числа n) енергетичні рівні атома зростають :



  1. Стаціонарний рівень з найменшою енергією (n=1) називається основним; він відповідає стану атома , який не зазнає зовнішніх впливі; решту станів називаються збудженими;

  2. Зі зростанням числа n різниця між кожними двома сусідніми рівнями за абсолютною величиною зменшується;

  3. Збудження атома, тобто перехід електрона на орбіту більшого радіуса , вимагає надання атому додаткової енергії ( при співударі частинок у процесі інтенсивного теплового руху, розряді у газах, поглинанні квантів випромінювання…);

  4. Збуджений атом нестійкий; приблизно через електрон повертається на основну орбіту , при цьому випромінюється один фотон з енергією , яка дорівнює енергії,добутій при збудження і атом переходить в збуджений стан.

  5. Частота випромінювання атома водню згідно другому постулату Бора визначається формулою:

= R(, R-стала Рідберга

У 1885 році швейцарський фізик І. Бальмер довів, що всі частоти видимої частини спектра випромінювання атома Гідрогену можуть бути обчислені за дуже простою формулою (серія Бальмера):



, де R – величина стала, а m = 3,4,5,…, ∞.

Пізніше, 1906 року, англійським фізиком Лайманом була відкрита серія ліній в ультрафіолетовій частині спектра Гідрогену (серія Лаймана):



.

У 1908 році німецьким фізиком Пашеном була відкрита серія ліній в інфрачервоній частині спектра Гідрогену (серія Пашена):



.

Отже, частоту будь-якої лінії в спектрі атома Гідрогену можна подати у вигляді:



Із цієї формули видно, що в спектральних закономірностях особливо важливу роль відіграють цілі числа m і n, так звані головні квантові числа.







Поділіться з Вашими друзьями:

Схожі:

Вчитель фізики : Довбня О. В iconЗвіт про роботу міського методичного об’єднання вчителів фізики за 2010-2011 навчальний рік Голова ммо: Майя Трохимівна Алєксєєнко, вчитель фізики колегіуму, спеціаліст вищої кваліфікаційної категорії, вчитель-методист

Вчитель фізики : Довбня О. В iconПалтишев Микола Миколайович вчитель фізики озош n 55 І-ІІІ ступенів
Народний учитель срср, кандидат педагогічних наук, доцент, вчитель вищої категорії, вчитель-методист
Вчитель фізики : Довбня О. В iconВикористання міжпредметних зв`язків для розвитку пізнавальних інтересів учнів на уроках фізики
Трушкова Тетяна Сергіївна, вчитель фізики Смілянської загальноосвітньої школи І-ІІІ ступенів №4 Смілянської міської ради Черкаської...
Вчитель фізики : Довбня О. В iconЖовтанецький нвк “зоз І-ІІІ ст. Дз” Вчитель фізики Герболка Галина
Об’єкт дослідження: процес формування пізнавальної активності учнів на уроках фізики. Предмет дослідження: дидактичні умови формування...
Вчитель фізики : Довбня О. В iconТема. Історичний характер фізичного знання. Видатні вчені-фізики. Внесок українських учених у розвиток І становлення фізики. Фізика в побуті, техніці, виробництві
Навчальна: ознайомити учнів з розвитком фізики, із застосуванням новітніх матеріалів та технологій у виробництві
Вчитель фізики : Довбня О. В iconУрок фізики 10 клас Н. А. Деркач, ст вчитель
О. Д. Засядько, М.І. Кибальчича, Ю. В. Кондратюка В. П. Глушка, К. Е. Ціолковського, С. П. Корольова, Ю. О. Гагаріна, Л. Каденюка,...
Вчитель фізики : Довбня О. В iconСтарокостянтинівський районний методичний кабінет Решнівецька загальноосвітня школа І-ІІ ступенів
Яцюк Інна Леонідівна, вчитель фізики Решнівецької зош І-ІІ ступенів Старокостянтинівської районної ради Хмельницької області
Вчитель фізики : Довбня О. В iconУроках фізики» 2013-2014р «Хочеш наукою виховати учня, люби свою науку і знай її, і учні полюблять і тебе, і науку, і ти виховаєш їх»
Досвід роботи учителя фізики Скалівського нвк І-ІІІ ст днз петренка В.І. з проблеми «Формування компетентності самоосвіти та саморозвитку...
Вчитель фізики : Довбня О. В iconБердянськ 2012 [51+53+62](045) ббк 74. 58 Рецензенти
Олександр Іванович – д пед н., проф., зав каф фізики й методики викладання фізики зну
Вчитель фізики : Довбня О. В iconШкола перспективного педагогічного досвіду вчителів фізики м. Тернополя
Формування ключових компетентностей на уроках фізики з використанням сучасних інноваційних педагогічних технологій


База даних захищена авторським правом ©biog.in.ua 2019
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка