Постулаты Бора и модель атома Бора.

Постулаты Бора и модель атома Бора. В основу квантовой теории атома Бор положил 2 постулата,
характеризующих те свойства атома, к-рые не укладывались в рамки классич.
физики. Эти постулаты Бора могут быть сформулированы следующим образом:

1. С у щ е с т в о в а н
и е
с т ац и о н а р н ы х
с о с т о я н и й. Атом не излучает и является устойчивым лишь в нек-рых
стационарных (неизменных во времени) состояниях, соответствующих дискретному
(прерывному) ряду "дозволенных" значений энергии EEпереходом из одного стационарного состояния в другое.

2. У с л о в и е
ч а с т о т
и з л уч е н и я (квантовых переходов с излучением). При переходе из одного
стационарного состояния с энергией E, атом испускает или поглощает свет определённой частоты v в виде кванта
излучения (фотона) hv, согласно соотношению hv = Ei-Eиспускании атом переходит из состояния с большей энергией Ei в состояние
с меньшей энергией Ес меньшей энергией Е

Постулаты Бора сразу позволяют
понять физ. смысл комбинационного принципа Ритца (см. выше); сравнение
соотношений hv=Eпоказывает, что спектральные термы соответствуют стационарным состояниям,
и энергия последних должна равняться (с точностью до постоянного слагаемого)
E

При испускании или поглощении
света изменяется энергия атома, это изменение равно энергии испущенного
или поглощённого фотона, т. е. имеет место закон сохранения энергии. Линейчатый
спектр атома является результатом дискретности возможных значений его энергии.

Для определения дозволенных
значений энергии атома - квантования его энергии - и для нахождения характеристик
соответствующих стационарных состояний Бор применил классич. (ньютоновскую)
механику. "Если мы желаем вообще составить наглядное представление о стационарных
состояниях, у нас нет других средств, по крайней мере сейчас, кроме обычной
механики", - писал Бор в 1913 ("Три статьи о спектрах и строении атомов",
М.- Л., 1923, с. 22). Для простейшего атома - атома водорода, состоящею
из ядра с зарядом +е (протона) и электрона с зарядом -е, Бор рассмотрел
движение электрона вокруг ядра по круговым орбитам. Сравнивая энергию атома
Е со спектральными термами T2 для атома водорода,
найденными с большой точностью из частот его спектральных линий, он получил
возможные значения энергии атома Е2
(где п= 1,2,3, ...). Они соответствуют круговым орбитам радиуса аn^г, где а-8 см - боровский радиус
- радиус наименьшей круговой орбиты (при n = 1). Бор вычислил частоты обращения
vэнергии электрона. Оказалось, что частоты излучаемого атомом света не совпадают
с частотами обращения vа пропорциональны, согласно соотношению hv=Eразности энергий электрона на двух возможных орбитах.

Для нахождения связи частоты
обращения электрона по орбите и частоты излучения Бор сделал предположение,
что результаты квантовой и классич. теорий должны совпадать при малых частотах
излучения (для больших длин волн; такое совпадение имеет место для теплового
излучения, законы к-рого были выведены Планком). Он приравнял для больших
п частоту перехода v = (Епо орбите с данным n и вычислил значение постоянной Ридберга R, к-рое с
большой точностью совпало со значением R, найденным из опыта, что подтвердило
боровское предположение. Бору удалось также не только объяснить спектр
водорода, но и убедительно показать, что нек-рые спектральные линии, к-рые
приписывались водороду, принадлежат гелию. Предположение Бора о том, что
результаты квантовой и классич. теорий должны совпадать в предельном случае
малых частот излучения, представляло первоначальную форму т. н. принципа
соответствия. В дальнейшем Бор успешно применил его для нахождения интенсивностей
линий спектра. Как показало развитие совр. физики, принцип соответствия
оказался весьма общим (см. Соответствия принцип).

В теории атома Бора квантование
энергии, т. е. нахождение её возможных значений, оказалось частным случаем
общего метода нахождения "дозволенных" орбит. Согласно квантовой теории,
такими орбитами являются только те, для которых момент количества движения
электрона в атоме равен целому кратному h/2п. Каждой дозволенной орбите
соответствует определённое возможное значение энергии атома (см. Атом).

Основные положения квантовой
теории атома - 2 постулата Бора - были всесторонне подтверждены экспериментально.
Особенно наглядное подтверждение дали опыты нем. физиков Дж. Франка и Г.
Герца (1913-16). Суть этих опытов такова. Поток электронов, энергией к-рых
можно управлять, попадает в сосуд, содержащий пары ртути. Электронам сообщается
энергия, которая постепенно повышается. По мере увеличения энергии электронов
ток в гальванометре, включённом в электрич. цепь, увеличивается; когда
же энергия электронов оказывается равной определённым значениям (4,9; 6,7;
10,4 эв), ток резко падает (рис. 5). Одновременно можно обнаружить, что
пары ртути испускают ультрафиолетовые лучи определённой частоты.

Изложенные факты допускают
только одно истолкование. Пока энергия электронов меньше 4,9 эв, электроны
при столкновении с атомами ртути не теряют энергии - столкновения имеют
упругий характер. Когда же энергия оказывается равной определённому значению,
именно 4,9 эв, электроны передают свою энергию атомам ртути, к-рые затем
испускают её в виде квантов ультрафиолетового света. Расчёт показывает,
что энергия этих фотонов равна как раз той энергии, к-рую теряют электроны.
Эти опыты доказали, что внутр. энергия атома может иметь только определённые
дискретные значения, что атом поглощает энергию извне и испускает её сразу
целыми квантами и что, наконец, частота испускаемого атомом света соответствует
теряемой атомом энергии.

Дальнейшее развитие А. ф.
показало справедливость постулатов Бора не только для атомов, но и для
других мик-роскопич. систем - для молекул и для атомных ядер. Эти постулаты
следует рассматривать как твёрдо установленные опытные квантовые законы.
Они составляют ту часть теории Бора, к-рая не только сохранилась при дальнейшем
развитии квантовой теории, но и получила своё обоснование. Иначе обстоит
дело с моделью атома Бора, основанной на рассмотрении движения электронов
в атоме по законам классич. механики при наложении дополнит. условий квантования.
Такой подход позволил получить целый ряд важных результатов, но был непоследовательным:
квантовые постулаты были присоединены к законам классич. механики искусственно.
Последовательной теорией явилась созданная в 20-х гг. 20 в. квантовая механика.
Её создание было подготовлено дальнейшим развитием модельных представлений
теории Бора, в ходе к-рого выяснились её сильные и слабые стороны.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я