www.wikidata.uk-ua.nina.az

Атомна фізика розділ фізики що вивчає будову і властивості атомів та іонів а також пов язані з ними процеси За сучасними

Атомна фізика

Атомна фізика — розділ фізики, що вивчає будову і властивості атомів та іонів, а також пов'язані з ними процеси. За сучасними уявленнями атом складається з важкого ядра та електронів, які оточують ядро і утворюють електронні оболонки. Електрони підпорядковані принципу Паулі. Структуру електронних оболонок атомів вивчають переважно за допомогою рентгенівських та оптичних спектрів. Характеристичне рентгенівське випромінювання виникає внаслідок переходів електронів з однієї внутрішньої оболонки на іншу, а оптичне випромінювання — внаслідок переходів зовнішніх (валентних електронів). Для встановлення і вивчення можливих енергетичних станів велике значення мають досліди з розсіяння електронів на атомах, наприклад досліди Франка і Герца. Важливе місце в атомній фізиці посідають також інші методи, зокрема магнітні, методи молекулярної фізики тощо.

Будову і властивості ядер та їхню взаємодію вивчає окремий розділ сучасної фізики — ядерна фізика.

Теоретична основа

Теоретична основа атомної фізики — квантова теорія (квантова механіка, квантова електродинаміка), що дозволяє пояснити величезну сукупність мікроскопічних явищ на атомно-молекулярному рівні. Істотно, що будова і властивості атома як системи, що складається з ядра і електронів, і характеристики випромінювальних і безвипромінювальних елементарних процесів, що протікають на цьому рівні, визначаються електромагнітною взаємодією (на відміну від ядерної фізики та фізики елементарних частинок, в яких фундаментальну роль відіграють сильна взаємодія і слабка взаємодія; причому сильна взаємодія не виявляється на характерних для атомної фізики відстанях, що перевищують 10−12 см, а слабка взаємодія повинна приводити в атомній фізиці до вельми цікавих, але дуже малих за величиною ефектів).

Передумови й основні етапи розвитку атомної фізики

Виникненню атомної фізики передував розвиток атомістичних уявлень про будову речовини. Початкові ідеї про існування атомів як дрібних неподільних і незмінних частинок матерії були висловлені в Стародавній Греції в 5-3 ст. до н. е. (Демокріт, Епікур). У період становлення точного природознавства в 17-18 ст. атомістичні уявлення в різних формах розвивали Йоганн Кеплер, П'єр Ґассенді, Рене Декарт, Роберт Бойль, Ісаак Ньютон, Михайло Ломоносов, P. Бошкович та інші. Однак ці уявлення носили гіпотетичний характер і лише з кінця 18-го — початку 19 ст. експериментальні дослідження властивостей речовини привели до створення атомістичних теорій.

На основі встановлених кількісних хімічних законів і законів ідеальних газів з початку 19 ст. стала розвиватися хімічна атомістика (Джон Дальтон, Амедео Авогадро, Єнс Якоб Берцеліус), в середині 19 ст. чітко розмежовані й визначені поняття атома і молекули (Станіслао Канніццаро, в 1869 Дмитро Менделєєв відкрив періодичний закон хімічних елементів (див. Періодична система елементів) . Уявлення фізичної атомістики лягли в основу розвитку молекулярної фізики, зокрема кінетичної теорії газів (середина 19 ст.), і класичної статистичної фізики (2-га половина 19 ст. , Рудольф Клаузіус, Джеймс Клерк Максвелл, Людвіг Больцман, Джозая Віллард Ґіббз) . B кінці 18-19 ст. почало розвиватися вчення про внутрішню будову кристалів та їхні симетрії (Рене-Жюст Аюї, Огюст Браве, Євраф Федоров, Моріц Шенфліс[en]) на основі атомістичних уявлень (див. Симетрія кристалів, ґратка Браве). Однак в 19 ст. хімічна та фізична атомістика й атомістика в кристалографії не мали загальної теоретичної основи, нею стала в 20 ст. квантова теорія будови атомів, молекул і кристалів, створена в результаті розвитку атомної фізики.

Виникнення сучасної атомної фізики пов'язано з відкриттями електрона (1897) і радіоактивності (1896). Вони створили основу для побудови моделей атома як системи електрично заряджених частинок, що взаємодіють між собою. Найважливішим етапом розвитку атомної фізики стало відкриття Ернестом Резерфордом в 1911 атомного ядра і розгляд атома на основі квантових уявлень Нільсом Бором в 1913. Резерфорд запропонував модель атома, що складається з центрального позитивно зарядженого ядра великої маси і розмірів, малих порівняно з розмірами атома в цілому, і з негативно заряджених електронів, що мають в порівнянні з ядром малу масу. Він експериментально обґрунтував цю модель дослідами з розсіювання α-частинок атомами. Всі властивості атома виявилися пов'язаними або з властивостями ядра (їх вивчає ядерна фізика), або з властивостями електронних оболонок атома.

Будова електронних оболонок визначає хімічні та більшість фізичних властивостей атома і періодичність цих властивостей в залежності від основних характеристики атома в цілому — величини позитивного заряду його ядра.

Модель атома Бора

Постулати Бора

На основі законів класичної фізики не могли бути пояснені стійкість атома (електрони, рухаючись навколо ядра з прискоренням, повинні безупинно випромінювати і дуже швидко впасти на ядро) і лінійчасті атомні спектри, закономірності в яких підкоряються комбінаційному принципу Рітца. Вихід з цих труднощів знайшов Бор, застосувавши до атома квантові уявлення, вперше введені Максом Планком в 1900 і розвинуті з 1905 Альбертом Ейнштейном та іншими вченими. Основу квантової теорії атома Бора складають два постулати:

  • 1-й постулат Бора про існування стаціонарних станів атома, перебуваючи в яких він не випромінює (стаціонарні стани мають певні значення енергії, в загальному випадку дискретні, з одного стану в інший атом може переходити шляхом квантового, стрибкоподібного, переходу),
  • 2-й постулат Бора про квантові переходи з випромінюванням, що визначаються умовою частот:
де ν — частота монохроматичного електромагнітного випромінювання, що поглинається або випромінюється; Εi та Εk — енергії стаціонарних станів, між якими відбувається перехід.

Постулати Бора були всебічно підтверджені експериментально, виявилися застосовними для інших мікросистем (молекул, атомних ядер) і отримали теоретичне обґрунтування у квантовій механіці і квантовій електродинаміці. Для визначення можливих дискретних значень енергії найпростішого атома — атома водню — в стаціонарних станах Бор застосував класичну механіку і припущення про збіг результатів квантової і класичної теорій при малих частотах випромінювання, що було формою принципу відповідності, який Бор розвивав надалі, надаючи йому великого значення; принцип відповідності відіграв велику роль у становленні квантової механіки.

Ключові експерименти

Див. також

Атомна, молекулярна і оптична фізика

Література

Українською

  1. Атомна і ядерна фізика: навчально-методичний посібник / І. І. Половинко. — Львів: Видавничий центр ЛНУ імені Івана Франка, 2010. — 542 с.
  2. Білий М. У., Охріменко Б. А. Атомна фізика. — К. : Знання, 2009. — 559 с. — ISBN 978-966-346-556-2. (укр.)

Іншими мовами

  1. Bransden, BH; Joachain, CJ (2002). Physics of Atoms and Molecules (вид. 2nd). Prentice Hall. ISBN 0-582-35692-X.  (англ.)

Примітки

Посилання

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Atomna fizika rozdil fiziki sho vivchaye budovu i vlastivosti atomiv ta ioniv a takozh pov yazani z nimi procesi Za suchasnimi uyavlennyami atom skladayetsya z vazhkogo yadra ta elektroniv yaki otochuyut yadro i utvoryuyut elektronni obolonki Elektroni pidporyadkovani principu Pauli Strukturu elektronnih obolonok atomiv vivchayut perevazhno za dopomogoyu rentgenivskih ta optichnih spektriv Harakteristichne rentgenivske viprominyuvannya vinikaye vnaslidok perehodiv elektroniv z odniyeyi vnutrishnoyi obolonki na inshu a optichne viprominyuvannya vnaslidok perehodiv zovnishnih valentnih elektroniv Dlya vstanovlennya i vivchennya mozhlivih energetichnih staniv velike znachennya mayut doslidi z rozsiyannya elektroniv na atomah napriklad doslidi Franka i Gerca Vazhlive misce v atomnij fizici posidayut takozh inshi metodi zokrema magnitni metodi molekulyarnoyi fiziki tosho Budovu i vlastivosti yader ta yihnyu vzayemodiyu vivchaye okremij rozdil suchasnoyi fiziki yaderna fizika Zmist 1 Teoretichna osnova 2 Peredumovi j osnovni etapi rozvitku atomnoyi fiziki 3 Postulati Bora 4 Klyuchovi eksperimenti 5 Div takozh 6 Literatura 6 1 Ukrayinskoyu 6 2 Inshimi movami 7 Primitki 8 PosilannyaTeoretichna osnova RedaguvatiTeoretichna osnova atomnoyi fiziki kvantova teoriya kvantova mehanika kvantova elektrodinamika sho dozvolyaye poyasniti velicheznu sukupnist mikroskopichnih yavish na atomno molekulyarnomu rivni Istotno sho budova i vlastivosti atoma yak sistemi sho skladayetsya z yadra i elektroniv i harakteristiki viprominyuvalnih i bezviprominyuvalnih elementarnih procesiv sho protikayut na comu rivni viznachayutsya elektromagnitnoyu vzayemodiyeyu na vidminu vid yadernoyi fiziki ta fiziki elementarnih chastinok v yakih fundamentalnu rol vidigrayut silna vzayemodiya i slabka vzayemodiya prichomu silna vzayemodiya ne viyavlyayetsya na harakternih dlya atomnoyi fiziki vidstanyah sho perevishuyut 10 12 sm a slabka vzayemodiya povinna privoditi v atomnij fizici do velmi cikavih ale duzhe malih za velichinoyu efektiv Peredumovi j osnovni etapi rozvitku atomnoyi fiziki RedaguvatiViniknennyu atomnoyi fiziki pereduvav rozvitok atomistichnih uyavlen pro budovu rechovini Pochatkovi ideyi pro isnuvannya atomiv yak dribnih nepodilnih i nezminnih chastinok materiyi buli vislovleni v Starodavnij Greciyi v 5 3 st do n e Demokrit Epikur U period stanovlennya tochnogo prirodoznavstva v 17 18 st atomistichni uyavlennya v riznih formah rozvivali Jogann Kepler P yer Gassendi Rene Dekart Robert Bojl Isaak Nyuton Mihajlo Lomonosov P Boshkovich ta inshi Odnak ci uyavlennya nosili gipotetichnij harakter i lishe z kincya 18 go pochatku 19 st eksperimentalni doslidzhennya vlastivostej rechovini priveli do stvorennya atomistichnih teorij Na osnovi vstanovlenih kilkisnih himichnih zakoniv i zakoniv idealnih gaziv z pochatku 19 st stala rozvivatisya himichna atomistika Dzhon Dalton Amedeo Avogadro Yens Yakob Bercelius v seredini 19 st chitko rozmezhovani j viznacheni ponyattya atoma i molekuli Stanislao Kanniccaro v 1869 Dmitro Mendelyeyev vidkriv periodichnij zakon himichnih elementiv div Periodichna sistema elementiv Uyavlennya fizichnoyi atomistiki lyagli v osnovu rozvitku molekulyarnoyi fiziki zokrema kinetichnoyi teoriyi gaziv seredina 19 st i klasichnoyi statistichnoyi fiziki 2 ga polovina 19 st Rudolf Klauzius Dzhejms Klerk Maksvell Lyudvig Bolcman Dzhozaya Villard Gibbz B kinci 18 19 st pochalo rozvivatisya vchennya pro vnutrishnyu budovu kristaliv ta yihni simetriyi Rene Zhyust Ayuyi Ogyust Brave Yevraf Fedorov Moric Shenflis en na osnovi atomistichnih uyavlen div Simetriya kristaliv gratka Brave Odnak v 19 st himichna ta fizichna atomistika j atomistika v kristalografiyi ne mali zagalnoyi teoretichnoyi osnovi neyu stala v 20 st kvantova teoriya budovi atomiv molekul i kristaliv stvorena v rezultati rozvitku atomnoyi fiziki Viniknennya suchasnoyi atomnoyi fiziki pov yazano z vidkrittyami elektrona 1897 i radioaktivnosti 1896 Voni stvorili osnovu dlya pobudovi modelej atoma yak sistemi elektrichno zaryadzhenih chastinok sho vzayemodiyut mizh soboyu Najvazhlivishim etapom rozvitku atomnoyi fiziki stalo vidkrittya Ernestom Rezerfordom v 1911 atomnogo yadra i rozglyad atoma na osnovi kvantovih uyavlen Nilsom Borom v 1913 Rezerford zaproponuvav model atoma sho skladayetsya z centralnogo pozitivno zaryadzhenogo yadra velikoyi masi i rozmiriv malih porivnyano z rozmirami atoma v cilomu i z negativno zaryadzhenih elektroniv sho mayut v porivnyanni z yadrom malu masu Vin eksperimentalno obgruntuvav cyu model doslidami z rozsiyuvannya a chastinok atomami Vsi vlastivosti atoma viyavilisya pov yazanimi abo z vlastivostyami yadra yih vivchaye yaderna fizika abo z vlastivostyami elektronnih obolonok atoma Budova elektronnih obolonok viznachaye himichni ta bilshist fizichnih vlastivostej atoma i periodichnist cih vlastivostej v zalezhnosti vid osnovnih harakteristiki atoma v cilomu velichini pozitivnogo zaryadu jogo yadra Model atoma BoraPostulati Bora RedaguvatiDokladnishe Postulati BoraNa osnovi zakoniv klasichnoyi fiziki ne mogli buti poyasneni stijkist atoma elektroni ruhayuchis navkolo yadra z priskorennyam povinni bezupinno viprominyuvati i duzhe shvidko vpasti na yadro i linijchasti atomni spektri zakonomirnosti v yakih pidkoryayutsya kombinacijnomu principu Ritca Vihid z cih trudnoshiv znajshov Bor zastosuvavshi do atoma kvantovi uyavlennya vpershe vvedeni Maksom Plankom v 1900 i rozvinuti z 1905 Albertom Ejnshtejnom ta inshimi vchenimi Osnovu kvantovoyi teoriyi atoma Bora skladayut dva postulati 1 j postulat Bora pro isnuvannya stacionarnih staniv atoma perebuvayuchi v yakih vin ne viprominyuye stacionarni stani mayut pevni znachennya energiyi v zagalnomu vipadku diskretni z odnogo stanu v inshij atom mozhe perehoditi shlyahom kvantovogo stribkopodibnogo perehodu 2 j postulat Bora pro kvantovi perehodi z viprominyuvannyam sho viznachayutsya umovoyu chastot Ei Ek hn dd de n chastota monohromatichnogo elektromagnitnogo viprominyuvannya sho poglinayetsya abo viprominyuyetsya Ei ta Ek energiyi stacionarnih staniv mizh yakimi vidbuvayetsya perehid Postulati Bora buli vsebichno pidtverdzheni eksperimentalno viyavilisya zastosovnimi dlya inshih mikrosistem molekul atomnih yader i otrimali teoretichne obgruntuvannya u kvantovij mehanici i kvantovij elektrodinamici Dlya viznachennya mozhlivih diskretnih znachen energiyi najprostishogo atoma atoma vodnyu v stacionarnih stanah Bor zastosuvav klasichnu mehaniku i pripushennya pro zbig rezultativ kvantovoyi i klasichnoyi teorij pri malih chastotah viprominyuvannya sho bulo formoyu principu vidpovidnosti yakij Bor rozvivav nadali nadayuchi jomu velikogo znachennya princip vidpovidnosti vidigrav veliku rol u stanovlenni kvantovoyi mehaniki Klyuchovi eksperimenti RedaguvatiEfekt Ramzauera Rezerfordivske rozsiyannya Komptonivske rozsiyuvannya FotoefektDiv takozh RedaguvatiAtomna molekulyarna i optichna fizikaLiteratura RedaguvatiUkrayinskoyu Redaguvati Atomna i yaderna fizika navchalno metodichnij posibnik I I Polovinko Lviv Vidavnichij centr LNU imeni Ivana Franka 2010 542 s Bilij M U Ohrimenko B A Atomna fizika K Znannya 2009 559 s ISBN 978 966 346 556 2 ukr Inshimi movami Redaguvati Bransden BH Joachain CJ 2002 Physics of Atoms and Molecules vid 2nd Prentice Hall ISBN 0 582 35692 X angl Primitki RedaguvatiPosilannya RedaguvatiUkrayinska radyanska enciklopediya u 12 t gol red M P Bazhan redkol O K Antonov ta in 2 ge vid K Golovna redakciya URE 1974 1985 A TOMNA FI ZIKA Arhivovano 21 kvitnya 2016 u Wayback Machine ESU Atomnaya fizika nedostupne posilannya z chervnya 2019 Fizicheskaya enciklopediya t 1 M Sov encikl 1988 s 152 153 ros angl ros Ob yednanij institut yadernih doslidzhen OIYaI Arhivovano 29 bereznya 2021 u Wayback Machine Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Atomna fizika amp oldid 40095572