Атомная физика
Атомная физика — раздел физики, изучающий строение и свойства атомов. Атомная физика возникла в конце XIX — начале XX века в результате экспериментов, установивших, что атом представляет собой систему из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, и получила своё развитие в связи с созданием квантовой механики, объяснившей структуру атома. Строение атомного ядра изучается в ядерной физике.
Общие сведения
Атомная физика — раздел физики, изучающий строение и свойства атомов, ионов и электронных конфигураций, а также элементарных процессов, в которых они участвуют. Атомная физика оперирует линейными размерами около ⋅10−8 см и энергиями порядка 1 эВ. Основной задачей атомной физики является определение всех возможных состояний атома. Основные разделы атомной физики — теория атома, атомная спектроскопия, рентгеноспектральный анализ, радиоспектроскопия, .
В основе современной атомной физики лежит квантово-механическая теория, которая описывает физические явления на атомно-молекулярном уровне. Атомная физика рассматривает атом, как систему из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов. Свойства этой системы и элементарные процессы, протекающие в ней, определяются электромагнитным взаимодействием, в отличие от ядерной физики и физики элементарных частиц, где фундаментальную роль играют сильное взаимодействие и слабое взаимодействие.
История
Идея о существовании мельчайших неделимых частиц — атомов, впервые была сформулирована древнегреческими философами Левкиппом, Демокритом и Эпикуром. В XVII веке эта идея получила продолжение в трудах французских философов П. Гассенди и Р. Декарта, английского химика Р. Бойля. Атомистика этого периода носила скорее умозрительный характер, представления об атомах были, как о постоянных, неделимых частицах, разнообразных размеров и форм, лишённых химических и физических свойств, из сочетания которых состоят все материальные тела. В работах И. Ньютона и М. В. Ломоносова высказывались предположения о возможности соединения атомов в более сложные структуры — корпускулы.
Ускоренное развитие химии в конце XVIII — начале XIX веков привело к пересмотру некоторых аспектов атомистического учения. Английский учёный Дж. Дальтон сделал предположение о том, что атом — это мельчайшая частица химического элемента и атомы различных химических элементов имеют разную массу, которая является основной характеристикой атома. Работы итальянских учёных А. Авогадро и С. Канниццаро определили строгие разграничения между атомом и молекулой. В XIX веке также были открыты оптические свойства атомов, немецкими физиками Г. Кирхгофом и Р. Бунзеном было положено начало спектрального анализа. В 1869 Д. И. Менделеев открыл периодический закон химических элементов.
Важнейшими вехами в истории атомной физики были открытие электрона в 1897 английским физиком Дж. Дж. Томсоном и радиоактивного распада французскими учёными М. Склодовской-Кюри и П. Кюри, они изменили представление об атоме как о системе взаимодействующих заряженных частиц, согласно теории голландского физика Х. Лоренца. На основании этих исследований, Томсон предложил в 1903 году модель атома в виде сферы с положительным зарядом, с вкраплениями небольших по размеру частиц с отрицательным зарядом — электронов, удерживающихся в атоме за счёт равенства силы притяжения положительного заряда силам взаимного отталкивания электронов. Дальнейшие изучения радиоактивности Ф. Содди привели к открытию изотопов, тем самым разрушив научные представления об абсолютной идентичности всех атомов одного химического элемента. Важную роль сыграло также исследование А. Г. Столетовым фотоэффекта и дальнейшее объяснение этого явления А.Эйнштейном.
Модель Томсона была опровергнута в 1909 году его учеником Э. Резерфордом, который предложил планетарную модель атома, с находящимся в центре массивным положительным плотным ядром, вокруг которого, как планеты вокруг Солнца, летают электроны, число которых в нейтрально заряженном атоме таково, чтобы их суммарный отрицательный заряд компенсировал положительный заряд ядра. Г. Мозли выяснил, что заряд ядра увеличивается от одного химического элемента к следующему на одну элементарную единицу заряда, равную заряду электрона, но с противоположным знаком, а численно заряд атомного ядра, в единицах элементарного заряда, равен порядковому номеру элемента в периодической системе.
Планетарная модель атома обладала рядом недостатков, из которых самым существенным был связан с теоретически верной потерей энергии электрона: так как электрон вращается вокруг атома, то на него действует центростремительное ускорение, а согласно формуле Лармора любая заряженная частица, движущаяся с ускорением, излучает энергию. Если электрон теряет энергию, то в конце концов он должен упасть на ядро, чего в реальности не происходит. Уточнение модели атома стало возможным только с позиции совершенно новых представлений об атоме, открытых немецким физиком М. Планком, который вводит в науку понятия квантов. В 1905 году А. Эйнштейн предложил квантовое объяснение явления фотоэффекта, определив квант света как особую частицу, позднее названую фотоном. В 1913 году Н. Бор предположил, что электрон может вращаться не произвольно, а на строго определённых орбитах, не меняя своей энергии сколь угодно долгое время. Переход с орбиты на орбиту требует определённой энергии — кванта энергии.
Модель атома Бора получила экспериментальное подтверждение в опытах немецких физиков Дж. Франка и Г. Герца. Теория атомных спектров получила дальнейшее развитие в работах немецкого физика А. Зоммерфельда, который предположил более сложные эллиптические орбиты электронов в атоме. Квантовая теория атома объяснила структуру характеристических спектров рентгеновского излучения и периодичность химических свойств атомов. Однако с дальнейшим развитием атомной физики квантовая модель атома перестала отвечать уровню представлений об атоме. Французским физиком Л. де Бройлем было высказано предположение о двойственной природе движения микрообъектов, в частности электрона. Эта теория послужила отправным пунктом создания квантовой механики, в работах немецких физиков В. Гейзенберга и М. Борна, австрийского физика Э. Шрёдингера и английского физика П. Дирака; и созданной на её основе современной квантово-механической теории атома.
Примечания
- Атомная физика / М. А. Ельяшевич, Р. Я. Штейнман // Ангола — Барзас. — М. : Советская энциклопедия, 1970. — (Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров ; 1969—1978, т. 2).
- Ельяшевич M. А. Атомная физика. Энциклопедии физики и техники. Дата обращения: 3 декабря 2015. Архивировано 30 октября 2015 года.
- Солопова М. А. Античный атомизм: к вопросу о типологии учений и истоках генезиса // Вопросы философии. — 2011. — № 8. — С. 157—168. Архивировано 28 апреля 2013 года.
- Атомизм // Малый энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона. — 2-е изд., вновь перераб. и значит. доп. — Т. 1—2. — СПб., 1907—1909.
- Планетарная модель атома. Постулаты Бора. Дата обращения: 5 апреля 2019. Архивировано из оригинала 27 июня 2018 года.
Литература
- Bransden, BH; Joachain, C. J. Physics of Atoms and Molecules (англ.). — 2nd. — Prentice Hall, 2002. — ISBN 978-0-582-35692-4.
- Foot, C. J. Atomic Physics (англ.). — Oxford University Press, 2004. — ISBN 978-0-19-850696-6.
- Herzberg, Gerhard. Atomic Spectra and Atomic Structure (англ.). — New York: Dover, 1979. — ISBN 978-0-486-60115-1.
- Condon, E.U.; Shortley, G.H. The Theory of Atomic Spectra (англ.). — Cambridge University Press, 1935. — ISBN 978-0-521-09209-8.
- Cowan, Robert D. The Theory of Atomic Structure and Spectra (англ.). — University of California Press, 1981. — ISBN 978-0-520-03821-9.
- Lindgren, I.; Morrison, J. Atomic Many-Body Theory (англ.). — Second. — Springer-Verlag, 1986. — ISBN 978-0-387-16649-0.
- Зауткин В.В. От натурфилософии к классической физике: история развития физики с античных времен до XIX века. — ДВГТУ, 2007. — ISBN 978-5-7596-0739-7.
У этой статьи есть несколько проблем, помогите их исправить: |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Атомная физика, Что такое Атомная физика? Что означает Атомная физика?
Atomnaya fizika razdel fiziki izuchayushij stroenie i svojstva atomov Atomnaya fizika voznikla v konce XIX nachale XX veka v rezultate eksperimentov ustanovivshih chto atom predstavlyaet soboj sistemu iz polozhitelno zaryazhennogo yadra i otricatelno zaryazhennyh elektronov i poluchila svoyo razvitie v svyazi s sozdaniem kvantovoj mehaniki obyasnivshej strukturu atoma Stroenie atomnogo yadra izuchaetsya v yadernoj fizike Obshie svedeniyaAtomnaya fizika razdel fiziki izuchayushij stroenie i svojstva atomov ionov i elektronnyh konfiguracij a takzhe elementarnyh processov v kotoryh oni uchastvuyut Atomnaya fizika operiruet linejnymi razmerami okolo 10 8 sm i energiyami poryadka 1 eV Osnovnoj zadachej atomnoj fiziki yavlyaetsya opredelenie vseh vozmozhnyh sostoyanij atoma Osnovnye razdely atomnoj fiziki teoriya atoma atomnaya spektroskopiya rentgenospektralnyj analiz radiospektroskopiya V osnove sovremennoj atomnoj fiziki lezhit kvantovo mehanicheskaya teoriya kotoraya opisyvaet fizicheskie yavleniya na atomno molekulyarnom urovne Atomnaya fizika rassmatrivaet atom kak sistemu iz polozhitelno zaryazhennogo yadra i otricatelno zaryazhennyh elektronov Svojstva etoj sistemy i elementarnye processy protekayushie v nej opredelyayutsya elektromagnitnym vzaimodejstviem v otlichie ot yadernoj fiziki i fiziki elementarnyh chastic gde fundamentalnuyu rol igrayut silnoe vzaimodejstvie i slaboe vzaimodejstvie IstoriyaIdeya o sushestvovanii melchajshih nedelimyh chastic atomov vpervye byla sformulirovana drevnegrecheskimi filosofami Levkippom Demokritom i Epikurom V XVII veke eta ideya poluchila prodolzhenie v trudah francuzskih filosofov P Gassendi i R Dekarta anglijskogo himika R Bojlya Atomistika etogo perioda nosila skoree umozritelnyj harakter predstavleniya ob atomah byli kak o postoyannyh nedelimyh chasticah raznoobraznyh razmerov i form lishyonnyh himicheskih i fizicheskih svojstv iz sochetaniya kotoryh sostoyat vse materialnye tela V rabotah I Nyutona i M V Lomonosova vyskazyvalis predpolozheniya o vozmozhnosti soedineniya atomov v bolee slozhnye struktury korpuskuly Uskorennoe razvitie himii v konce XVIII nachale XIX vekov privelo k peresmotru nekotoryh aspektov atomisticheskogo ucheniya Anglijskij uchyonyj Dzh Dalton sdelal predpolozhenie o tom chto atom eto melchajshaya chastica himicheskogo elementa i atomy razlichnyh himicheskih elementov imeyut raznuyu massu kotoraya yavlyaetsya osnovnoj harakteristikoj atoma Raboty italyanskih uchyonyh A Avogadro i S Kanniccaro opredelili strogie razgranicheniya mezhdu atomom i molekuloj V XIX veke takzhe byli otkryty opticheskie svojstva atomov nemeckimi fizikami G Kirhgofom i R Bunzenom bylo polozheno nachalo spektralnogo analiza V 1869 D I Mendeleev otkryl periodicheskij zakon himicheskih elementov Vazhnejshimi vehami v istorii atomnoj fiziki byli otkrytie elektrona v 1897 anglijskim fizikom Dzh Dzh Tomsonom i radioaktivnogo raspada francuzskimi uchyonymi M Sklodovskoj Kyuri i P Kyuri oni izmenili predstavlenie ob atome kak o sisteme vzaimodejstvuyushih zaryazhennyh chastic soglasno teorii gollandskogo fizika H Lorenca Na osnovanii etih issledovanij Tomson predlozhil v 1903 godu model atoma v vide sfery s polozhitelnym zaryadom s vkrapleniyami nebolshih po razmeru chastic s otricatelnym zaryadom elektronov uderzhivayushihsya v atome za schyot ravenstva sily prityazheniya polozhitelnogo zaryada silam vzaimnogo ottalkivaniya elektronov Dalnejshie izucheniya radioaktivnosti F Soddi priveli k otkrytiyu izotopov tem samym razrushiv nauchnye predstavleniya ob absolyutnoj identichnosti vseh atomov odnogo himicheskogo elementa Vazhnuyu rol sygralo takzhe issledovanie A G Stoletovym fotoeffekta i dalnejshee obyasnenie etogo yavleniya A Ejnshtejnom Model atoma Tomsona Model Tomsona byla oprovergnuta v 1909 godu ego uchenikom E Rezerfordom kotoryj predlozhil planetarnuyu model atoma s nahodyashimsya v centre massivnym polozhitelnym plotnym yadrom vokrug kotorogo kak planety vokrug Solnca letayut elektrony chislo kotoryh v nejtralno zaryazhennom atome takovo chtoby ih summarnyj otricatelnyj zaryad kompensiroval polozhitelnyj zaryad yadra G Mozli vyyasnil chto zaryad yadra uvelichivaetsya ot odnogo himicheskogo elementa k sleduyushemu na odnu elementarnuyu edinicu zaryada ravnuyu zaryadu elektrona no s protivopolozhnym znakom a chislenno zaryad atomnogo yadra v edinicah elementarnogo zaryada raven poryadkovomu nomeru elementa v periodicheskoj sisteme Planetarnaya model atoma Planetarnaya model atoma obladala ryadom nedostatkov iz kotoryh samym sushestvennym byl svyazan s teoreticheski vernoj poterej energii elektrona tak kak elektron vrashaetsya vokrug atoma to na nego dejstvuet centrostremitelnoe uskorenie a soglasno formule Larmora lyubaya zaryazhennaya chastica dvizhushayasya s uskoreniem izluchaet energiyu Esli elektron teryaet energiyu to v konce koncov on dolzhen upast na yadro chego v realnosti ne proishodit Utochnenie modeli atoma stalo vozmozhnym tolko s pozicii sovershenno novyh predstavlenij ob atome otkrytyh nemeckim fizikom M Plankom kotoryj vvodit v nauku ponyatiya kvantov V 1905 godu A Ejnshtejn predlozhil kvantovoe obyasnenie yavleniya fotoeffekta opredeliv kvant sveta kak osobuyu chasticu pozdnee nazvanuyu fotonom V 1913 godu N Bor predpolozhil chto elektron mozhet vrashatsya ne proizvolno a na strogo opredelyonnyh orbitah ne menyaya svoej energii skol ugodno dolgoe vremya Perehod s orbity na orbitu trebuet opredelyonnoj energii kvanta energii Model atoma Bora Model atoma Bora poluchila eksperimentalnoe podtverzhdenie v opytah nemeckih fizikov Dzh Franka i G Gerca Teoriya atomnyh spektrov poluchila dalnejshee razvitie v rabotah nemeckogo fizika A Zommerfelda kotoryj predpolozhil bolee slozhnye ellipticheskie orbity elektronov v atome Kvantovaya teoriya atoma obyasnila strukturu harakteristicheskih spektrov rentgenovskogo izlucheniya i periodichnost himicheskih svojstv atomov Odnako s dalnejshim razvitiem atomnoj fiziki kvantovaya model atoma perestala otvechat urovnyu predstavlenij ob atome Francuzskim fizikom L de Brojlem bylo vyskazano predpolozhenie o dvojstvennoj prirode dvizheniya mikroobektov v chastnosti elektrona Eta teoriya posluzhila otpravnym punktom sozdaniya kvantovoj mehaniki v rabotah nemeckih fizikov V Gejzenberga i M Borna avstrijskogo fizika E Shryodingera i anglijskogo fizika P Diraka i sozdannoj na eyo osnove sovremennoj kvantovo mehanicheskoj teorii atoma PrimechaniyaAtomnaya fizika M A Elyashevich R Ya Shtejnman Angola Barzas M Sovetskaya enciklopediya 1970 Bolshaya sovetskaya enciklopediya v 30 t gl red A M Prohorov 1969 1978 t 2 Elyashevich M A Atomnaya fizika neopr Enciklopedii fiziki i tehniki Data obrasheniya 3 dekabrya 2015 Arhivirovano 30 oktyabrya 2015 goda Solopova M A Antichnyj atomizm k voprosu o tipologii uchenij i istokah genezisa rus Voprosy filosofii 2011 8 S 157 168 Arhivirovano 28 aprelya 2013 goda Atomizm Malyj enciklopedicheskij slovar Brokgauza i Efrona 2 e izd vnov pererab i znachit dop T 1 2 SPb 1907 1909 Planetarnaya model atoma Postulaty Bora neopr Data obrasheniya 5 aprelya 2019 Arhivirovano iz originala 27 iyunya 2018 goda LiteraturaBransden BH Joachain C J Physics of Atoms and Molecules angl 2nd Prentice Hall 2002 ISBN 978 0 582 35692 4 Foot C J Atomic Physics angl Oxford University Press 2004 ISBN 978 0 19 850696 6 Herzberg Gerhard Atomic Spectra and Atomic Structure angl New York Dover 1979 ISBN 978 0 486 60115 1 Condon E U Shortley G H The Theory of Atomic Spectra angl Cambridge University Press 1935 ISBN 978 0 521 09209 8 Cowan Robert D The Theory of Atomic Structure and Spectra angl University of California Press 1981 ISBN 978 0 520 03821 9 Lindgren I Morrison J Atomic Many Body Theory angl Second Springer Verlag 1986 ISBN 978 0 387 16649 0 Zautkin V V Ot naturfilosofii k klassicheskoj fizike istoriya razvitiya fiziki s antichnyh vremen do XIX veka rus DVGTU 2007 ISBN 978 5 7596 0739 7 U etoj stati est neskolko problem pomogite ih ispravit Informaciya v etoj state ili nekotoryh eyo razdelah ustarela Vy mozhete pomoch proektu obnoviv eyo i ubrav posle etogo dannyj shablon 15 dekabrya 2015 V state ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 15 dekabrya 2015 Pozhalujsta posle ispravleniya problemy isklyuchite eyo iz spiska parametrov Posle ustraneniya vseh nedostatkov etot shablon mozhet byt udalyon lyubym uchastnikom
