Модель атома Томсона

Рисунок 5 – Рассеяние альфа частицИспользуя прибор такого типа с альфа-частицами, испускаемыми радием, Эрнест Резерфорд установил, что, хотя основная часть частиц проходит через золотую фольгу, на большие углы рассеивается больше частиц, чем должно быть согласнотомсоновской модели атома. Это было истолковано как указание на то, что в центре атома находится малое ядроТакие большие отклонения могли быть объяснены только тем, что положительная "сердцевина" атома имеет значительно меньшие размеры электронной структуры и, таким образом, альфа-частицы могут очень близко подходить к этой малой положительной сердцевине, встречая при этом очень большие кулоновские силы. Эксперименты Резерфорда служили убедительным доказательством того, что весь атом, за исключением очень малого "ядра" или массивной сердцевины, как и предполагал Ленард, практически полностью пуст (рисунок 6). На основании полученных им опытных данных, Резерфорд пришел к выводу, что диаметр ядра атома золота составляет не более 6∙10–15 м – значение, которое достаточно близко к современному.Рисунок 6 – Планетарная модель атома РезерфордаСразу после того, как Резерфордом были опубликованы результаты своих опытов, Антониус Ван ден Брук интуитивно предположил, что атомный номер элемента представляет собой общее количество единиц заряда, содержащихся в его ядре.В 1913 году Генри Мозли представил необходимые данные для доказательства предложения Ван ден Брука. Обнаружилось, что эффективный ядерный заряд соответствует атомному номеру. Эта работа стала основой для создания Нильсом Бором в 1913 годуполу-классической модели атома. Она похожа на взаимодействие между светилами и планетами в Солнечной системе, но только с квантовыми ограничениями.Ядерная или резерфордовская модель атома, вытеснив томсоновскую модель, явилась важным этапом на пути создания квантовой механики. Детальные эксперименты, выполненные в 1913 году МарсденомиГейгером, не оставили и тени сомнения в том, что картина атома с малым массивным ядром в центре электронной структуры значительно больших размеров является верной не только в качественном, но и в количественном отношении. Некоторые детали, перенесенные из томсоновской модели, такие, как существование в ядре электронов, позднее также были отброшены.6Значение модели атома Томсона для наукиМодель атома Томсона послужила толчком для стремительного развития ядерной физики. Концепция "сливового пудинга" с одним электроном была использованав 1910 году физиком Артуром Эрихом Хаасом для оценки численных значенийборовского радиуса атома водородаи постоянной Планка. Работа Хааса была опубликована за три года до выводов Нильса Бора. Необходимо отметить, что боровская модель обеспечивает достаточно точные прогнозы для ионныхиатомных систем, которые имеют один эффективный электрон.Помимо этого, теория "пудинга"дает возможность определить оптимальное распределение равных точечных зарядов на единичной сфере, называемой проблемой Томсона. Физическая система, воплощенная в проблеме Томсона, является частным случаем одной из восемнадцати нерешенных математических задач, предложенных математиком Стивом Смейлом – "Распределение точек на двумерной сфере".Проблема Томсона является естественным следствием модели "пучкового пудинга" в отсутствие равномерного положительного фонового заряда. Электростатическое взаимодействие электронов, ограниченных сферическими квантовыми точками, также аналогично их обработке в атомной модели Томсона. В этой классической задаче квантовая точка моделируется как простая диэлектрическая сфера (вместо однородной, положительно заряженной сферы, как в модели "пучкового пудинга"), в которой находятся свободные или избыточные электроны. ЗаключениеПервая модель атома была предложена в 1903 году Джозефом Джоном Томсоном (1856 – 1940), который создал ее вскоре после открытия им же в 1895 году электрона. Длительность времени открытия электрона определяется продолжительностью проведения большой серии многосложных экспериментов, которые он вместе со своими сотрудниками проводил в Кавендишской лаборатории, которую с 1884 г. он же и возглавлял.Томсон в 1906 г. получает Нобелевскую премию "за вклад, который он внес своими теоретическими и экспериментальными исследованиями прохождения электричества через газы".Модель атома Томсона в 1904 году была опубликована в мартовском выпуске PhilosophicalMagazine – авторитетном научном журнале Британии. По мнению автора, атомы элементов состоят из ряда отрицательно наэлектризованных корпускул (электронов), заключенных в сферу равномерной положительной электризации.Модель атома Томсона послужила прототипом для представления о реальном атомеи стала толчком для стремительного развития ядерной физикиСписок литературы1. Гейзенберг В. Физика и философия. Часть и целое. М.: Наука, 2002.2. Кун Т. Структура научных революций. М.: Наука, 2001.3. История атома: теории и модели: [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://pikabu.ru/story/istoriya_atoma_teorii_i_modeli_4865321 (Дата обращения 19.12.2018)4. Конструктивная математика. Модель атома Томсона [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://sceptic-ratio.narod.ru/ma/km22.htm (Дата обращения 19.12.2018).