Опыт Резерфорда по рассеянию альфа-частиц (кратко)

Эрнест Резерфорд — один из основоположников фундаментального учения о внутреннем строении атома. Ученый родился в Англии, в семье выходцев из Шотландии. Резерфорд был четвертым ребенком в семье, при этом он оказался самым талантливым. Ему удалось внести особый вклад в теорию строения атома.

эксперимент Резерфорда по рассеянию альфа-частиц' '='

Первоначальные представления о строении атома

Следует отметить, что до того, как был проведен знаменитый эксперимент Резерфорда по диффузии альфа-частиц, доминирующей в то время идеей о строении атома была модель Томпсона. Этот ученый был уверен, что положительный заряд равномерно заполняет весь объем атома. Томпсон считал, что отрицательно заряженные электроны рассеиваются вместе с ним.

структура опыта атома Резерфорда' '='

Предпосылки к научному перевороту

После окончания школы Резерфорд, как самый талантливый студент, получил стипендию в размере 50 фунтов стерлингов для получения высшего образования. Благодаря этому ему удалось поступить в колледж в Новой Зеландии. Кроме того, молодой ученый сдает экзамены в Кентерберийском университете и начинает серьезно заниматься физикой и химией. В 1891 году Резерфорд прочитал свою первую лекцию на тему «Эволюция элементов». В нем впервые в истории была изложена идея о том, что атомы — это самые сложные структуры.

В то время в научных кругах доминировала идея Дальтона о неделимости атомов. Для всех в окружении Резерфорда его идея казалась полным безумием. Молодому ученому приходилось постоянно извиняться перед коллегами за свою «ерунду». Но через 12 лет Резерфорду все же удалось доказать свою правоту. Резерфорд имел возможность продолжить свои исследования в Кавендишской лаборатории в Англии, где он начал изучать процессы ионизации воздуха. Первыми открытиями Резерфорда были альфа- и бета-лучи.

кратко об опыте Резерфорда' '='

Опыт Резерфорда

Кратко это открытие можно описать так: в 1912 году Резерфорд вместе со своими помощниками провел свой знаменитый эксперимент: альфа-частицы испускались из источника свинца. Все частицы, кроме поглощенных свинцом, двигались по установленному каналу. Их узкая струя упала на тонкий слой фольги. Эта линия была перпендикулярна листу. Опыт Резерфорда в диффузии альфа-частиц показал, что те частицы, которые полностью прошли сквозь пленочный лист, вызывают так называемое мерцание на экране.

Этот экран был покрыт специальным веществом, которое начинало светиться при попадании на него альфа-частиц. Пространство между слоем золотой фольги и экраном заполнялось вакуумом для предотвращения рассеивания альфа-частиц в воздухе. Такое устройство позволило исследователям наблюдать рассеянные частицы под углом порядка 150°.

Если фольга не использовалась в качестве препятствия перед пучком альфа-частиц, на экране образовывался небольшой круг мерцания. Но как только перед их лучом установили барьер из золотой фольги, изображение резко изменилось. Вспышки появлялись не только за пределами этого круга, но и на противоположной стороне фольги. Опыт Резерфорда с альфа-диффузией показал, что большинство частиц проходят через фольгу без заметных изменений своей траектории.

При этом некоторые частицы отклонялись на довольно большой угол и даже отталкивались. Из каждых 10 000 частиц, которые свободно проходят через слой золотой фольги, только одна была отклонена на угол более 10 ° — как исключение, одна из частиц была отклонена на такой угол.

физический опыт Резерфорда' '='

Причина, по которой отклонялись альфа-частицы

Эксперимент Резерфорда подробно изучил и продемонстрировал структуру атома. Эта ситуация показала, что атом не является непрерывным образованием. Большинство частиц свободно проходило через лист толщиной в атом. А поскольку масса альфа-частицы почти в 8000 раз больше массы электрона, электрон не мог существенно повлиять на траекторию альфа-частицы. Это могло быть сделано только атомным ядром — маленьким телом, в котором почти вся масса и электрический заряд атома. В то время это был важный поворотный момент для английского физика. Опыт Резерфорда считается одним из важнейших этапов становления науки о внутреннем строении атома.

Другие открытия, полученные в процессе изучения атома

Эти исследования стали прямым доказательством того, что положительный заряд атома находится внутри его ядра. Эта область занимает очень мало места по сравнению с ее полным размером. В таком небольшом объеме диспергирование альфа-частиц оказалось очень маловероятным. А те частицы, которые прошли вблизи области атомного ядра, претерпели резкие отклонения от траектории, потому что силы отталкивания между альфа-частицей и ядром атома были очень мощными. Опыт Резерфорда в диффузии альфа-частиц продемонстрировал вероятность прямого попадания альфа-частицы в ядро. Правда, вероятность была очень мала, но все же не нулевая.

Это был не единственный факт, подтвержденный опытом Резерфорда. Короче говоря, структура атома изучалась его коллегами, которые сделали ряд других важных открытий. В дополнение к учению о том, что альфа-частицы — это быстро движущиеся ядра гелия.

Ученый смог описать строение атома, в котором ядро ​​занимает незначительную часть всего объема. Его эксперименты показали, что практически весь заряд атома сосредоточен в его ядре. В этом случае возможны как случаи отклонения альфа-частиц, так и случаи их столкновения с ядром.

ядерная модель атома из экспериментов Резерфорда' '='

Опыты Резерфорда: ядерная модель атома

В 1911 году Резерфорд после многочисленных исследований предложил модель строения атома, которую он назвал планетарной. Согласно этой модели, внутри атома находится ядро, которое содержит почти всю массу частицы. Электроны движутся вокруг ядра так же, как планеты вокруг Солнца. Из их совокупности образуется так называемое электронное облако. Как показал эксперимент Резерфорда, атом имеет нейтральный заряд.

Строение атома также заинтересовало ученого по имени Нильс Бор. Именно он завершил учение Резерфорда, потому что до Бора планетарная модель атома начала сталкиваться с трудностями объяснения. Поскольку электрон движется вокруг ядра по определенной орбите с ускорением, рано или поздно он должен упасть на ядро ​​атома. Однако Нильсу Бору удалось показать, что законы классической механики больше не работают внутри атома.

Поделиться:
×
Рекомендуем посмотреть