Грибы для всех
Справочник грибов, рецепты из грибов

Опят резерфорда

Просмотров: 714Комментарии: 0
О грибах

Опыт Резерфорда

«Опыт Резерфорда» - Школфильм-1989г

Фильм рассказывает о спорах ученых о строении атома: модели атома Дж. Томсона, о предположении Резерфорда бомбардировать атом с помощью aльфа - частиц, создании экспериментальной установки и проведении опыта, который привел к созданию планетарной системы атома.

Rutherford's experiment / Опыт Резерфорда

Опыт Резерфорда с золотой фольгой.

Rutherford's experiment with gold foil.

Опыт Резерфорда.avi

Опыт Резерфорда. Строение атома. Планетарная модель атома.

Советский фильм для учеников.

02. Модели атомов. Опыт Резерфорда

Это видео взято? из сайта InternetUrok.ru.

Опыт резерфорда

Изучая рассеяниеальфа-частиц при прохождении через золотую фольгу, Резерфордпришел к выводу, что весь положительный заряд атомовсосредоточен в их центре в очень массивном и компактномядре. А отрицательно заряженные частицы (электроны)обращаются вокруг этого ядра. Эта модель коренным образомотличалась от широко распространенной в то время моделиатома Томсона, в которой положительный заряд равномернозаполнял весь объем атома, а электроны были вкрапленыв него. Несколько позже модель Резерфорда получила названиепланетарной модели атома (она действительно похожа наСолнечную систему: тяжелое ядро - Солнце, а обращающиесявокруг него электроны - планеты).

Опыт резерфорда.

Тема 1. Опыт Резерфорда

Изображение атомов углерода на поверхности графита, полученное с помощью туннельного микроскопа.

Оранжевые линии - изображение электронных орбит, черные области - положение ядер атомов графита.

Явления,  свидетельствующие о сложной структуре атомаСлово "атом" означает "неделимый". В течение длительного времени атом считался наименьшей частице вещества. Но в начале 19 века наука открыла явление, обнаруживающие сложность строения  и свойств "неделимой" частицы. Название же "атом" сохранилось в естествознании для описания химического состава молекул.

Какие же явления разрушили представления о "неделимости" атома? bullet

Изучение электропроводности металлов и газов, электролиза, термоэлектронной эмиссии привело к открытию отрицательно заряженной элементарной частицы электрона, входящей в состав любого атома. Поскольку в обычных условиях атомы являются электронейтральными, то естественно предположить, что в их состав входят и какие-то положительно заряженные частицы.

bullet

В 1896 году французский ученый Беккерель обнаружил явление естественной радиоактивности солей урана. Это явление исследовали Пьер и Мария Кюри, доказав, что из атомов вылетают и электроны, и положительно заряженные частицы (впоследствии названные a-частицами).

bullet

Изучение спектров излучения  водорода показало, что все спектральные линии образуют определенные серии. Длины волн l спектральных линий водорода подчиняются закономерности, выражаемой простой формулой

1/l =R·(1/m2-1/n2) (1), 

где R -константа, называемая постоянной Ридберга ( R=1.097·107 м-1),

m,n- целые числа, причем "m " изменяется от серии к серии, а "n" -от линии к линии.

Например, для серии Бальмера, расположенной в видимой части спектра и состоящей из 25 спектральных линий, число m=2, а n=3,4,5,...27. Формула (1) запишется так: 

1/l =R·(1/22-1/n2).

Ясно, что возможность описания всех спектральных линий излучения атомарного водорода одной простой формулой не могла быть случайностью. Закономерности в спектре излучения атома обусловлены особенностями структуры атома водорода.

Опыты Резерфорда

Изображение атомов солнечной батареи, полученное с помощью туннельного микроскопа.

В 1913 г. английский физик Резерфорд проделал классические опыты по рассеянию  a-частиц тонкими слоями различных веществ. a-частицы, испускаемые радиоактивными веществами, являются подходящими пробными зарядами для исследования внутриатомных электрических полей. Они представляют собой полностью ионизированные атомы гелия, имеют положительный заряд, равный удвоенному элементарному заряду (q = 3.2·10-19 Кл), массу m = 6.67·10-27кг, обладают высокой энергией (а значит и скоростью), достаточной для проникновения в атомы вещества.

Схема опытов Резерфорда и его учеников Гейгера и Марсдена изображена на рис.1.Внутри герметичной камеры, в которой был создан высокий вакуум, находился свинцовый контейнер с радиоактивным элементом, испускавшим a-частицы. Узкий пучок частиц падал перпендикулярно на поверхность металлической (золотой) фольги, толщиной около 1 мкм (10-6м). Регистрация частиц производилась по вспышкам света (сцинтилляциям), вызываемыми ими на экране, покрытом люминофором. Экран был укреплен перед объективом на корпусе микроскопа, с помощью которого визуально наблюдали сцинтилляции и подсчитывали их число. Так определяли количество частиц, движущихся по данному направлению после их взаимодействия с атомами вещества. Микроскоп вместе с экраном мог вращаться вокруг вертикальной оси, походящей через центр камеры, для регистрации рассеянных атомами фольги  частиц.

(рис.1)

На рисунке: 1- атом золота, 2- a-частицы

Результаты опытов Резерфорда:

1.большинство частиц проходит через атомы вещества. не рассеиваясь (как через "пустоту");

2.с увеличением угла рассеяния число отклонившихся от первоначального направления частиц резко уменьшается;

3.имеются отдельные частицы, отбрасываемые атомами назад, против их первоначального движения (как мяч от стенки).

Резерфорд вывел формулу, по которой можно рассчитать количество a-частиц, рассеянных под определенными углами. В эту формулу входит характеристический параметр "d ", являющийся поперечным размером образований, отклоняющих  частицы.

Для совпадения расчетов с результатами опытов это параметр должен быть порядка 10-13 см. Атомы имеют диаметр 10-8 см, т.е. на пять порядков выше. Следовательно, в атоме имеется область занимающая ничтожно малую часть атома, которая и отклоняет частицы на большие углы вплоть до 1800.

6.1. опыт резерфорда. ядерная модель атома

');magWnd.document.write('

Опыт резерфорда

Эрнест Резерфорд — уникальный ученый в том плане, что свои главные открытия он сделал уже после получения Нобелевской премии. В 1911 году ему удался эксперимент, который не только позволил ученым заглянуть вглубь атома и получить представление о его строении, но и стал образцом изящества и глубины замысла.

Используя естественный источник радиоактивного излучения, Резерфорд построил пушку, дававшую направленный и сфокусированный поток частиц. Пушка представляла собой свинцовый ящик с узкой прорезью, внутрь которого был помещен радиоактивный материал. Благодаря этому частицы (в данном случае альфа-частицы, состоящие из двух протонов и двух нейтронов), испускаемые радиоактивным веществом во всех направлениях, кроме одного, поглощались свинцовым экраном, и лишь через прорезь вылетал направленный пучок альфа-частиц. Далее на пути пучка стояло еще несколько свинцовых экранов с узкими прорезями, отсекавших частицы, отклоняющиеся от строго заданного направления. В результате к мишени подлетал идеально сфокусированный пучок альфа-частиц, а сама мишень представляла собой тончайший лист золотой фольги. В нее-то и ударял альфа-луч. После столкновения с атомами фольги альфа-частицы продолжали свой путь и попадали на люминесцентный экран, установленный позади мишени, на котором при попадании на него альфа-частиц регистрировались вспышки. По ним экспериментатор мог судить, в каком количестве и насколько альфа-частицы отклоняются от направления прямолинейного движения в результате столкновений с атомами фольги.

Эксперименты подобного рода проводились и раньше. Основная их идея состояла в том, чтобы по углам отклонения частиц накопить достаточно информации, по которой можно было бы сказать что-либо определенное о строении атома. В начале ХХ века ученые уже знали, что атом содержит отрицательно заряженные электроны. Однако преобладало представление, что атом представляет собой что-то похожее на положительно заряженную тонкую сетку, заполненную отрицательно заряженными электронами-изюминами, — модель так и называлась «модель сетки с изюмом». По результатам подобных опытов ученым удалось узнать некоторые свойства атомов — в частности, оценить порядок их геометрических размеров.

Резерфорд, однако, заметил, что никто из его предшественников даже не пробовал проверить экспериментально, не отклоняются ли некоторые альфа-частицы под очень большими углами. Модель сетки с изюмом просто не допускала существования в атоме столь плотных и тяжелых элементов структуры, что они могли бы отклонять быстрые альфа-частицы на значительные углы, поэтому никто и не озабочивался тем, чтобы проверить такую возможность. Резерфорд попросил одного из своих студентов переоборудовать установку таким образом, чтобы можно было наблюдать рассеяние альфа-частиц под большими углами отклонения, — просто для очистки совести, чтобы окончательно исключить такую возможность. В качестве детектора использовался экран с покрытием из сульфида натрия — материала, дающего флуоресцентную вспышку при попадании в него альфа-частицы. Каково же было удивление не только студента, непосредственно проводившего эксперимент, но и самого Резерфорда, когда выяснилось, что некоторые частицы отклоняются на углы вплоть до 180°!

В рамках устоявшейся модели атома полученный результат не мог быть истолкован: в сетке с изюмом попросту нет ничего такого, что могло бы отразить мощную, быструю и тяжелую альфа-частицу. Резерфорд вынужден был заключить, что в атоме большая часть массы сосредоточена в невероятно плотном веществе, расположенном в центре атома. А вся остальная часть атома оказывалась на много порядков менее плотной, нежели это представлялось раньше. Из поведения рассеянных альфа-частиц вытекало также, что в этих сверхплотных центрах атома, которые Резерфорд назвал ядрами, сосредоточен также и весь положительный электрический заряд атома, поскольку только силами электрического отталкивания может быть обусловлено рассеяние частиц под углами больше 90°.

Годы спустя Резерфорд любил приводить по поводу своего открытия такую аналогию. В одной южноафриканской стране таможню предупредили, что в страну собираются провезти крупную партию контрабандного оружия для повстанцев, и оружие будет спрятано в тюках хлопка. И вот перед таможенником после разгрузки оказывается целый склад, забитый тюками с хлопком. Как ему определить, в каких именно тюках спрятаны винтовки? Таможенник решил задачу просто: он стал стрелять по тюкам, и, если пули рикошетили от какого-либо тюка, он по этому признаку и выявлял тюки с контрабандным оружием. Так и Резерфорд, увидев, как альфа-частицы рикошетируют от золотой фольги, понял, что внутри атома скрыта гораздо более плотная структура, чем предполагалось.

Картина атома, нарисованная Резерфордом по результатам опыта, нам сегодня хорошо знакома. Атом состоит из сверхплотного, компактного ядра, несущего на себе положительный заряд, и отрицательно заряженных легких электронов вокруг него. Позже ученые подвели под эту картину надежную теоретическую базу (см. Атом Бора), но началось всё с простого эксперимента с маленьким образцом радиоактивного материала и куском золотой фольги.

См. также:

Формула резерфорда — википедия

  • 1 Рассеяние Резерфорда
    • 1.1 Дифференциальное сечение
    • 1.2 Подробнее о вычислении максимального размера ядра
    • 1.3 Другие применения
  • 2 Примечания
  • 3 Ссылки

Рассеяние Резерфорда[править]

В физике рассеянием Резерфорда называется феномен, описанный Эрнестом Резерфордом в 1911 году[1], и приведший к развитию планетарной модели Бора-Резерфорда. Рассеивание Резерфорда также называют Кулоновским рассеиванием потому, что оно базируется исключительно на силах электростатического взаимодействия, и минимальное расстояние между частицами зависит только от потенциала поля. Классическое рассеяние Резерфорда представляет из себя рассеяние ?-частиц на ядрах атомов золота (бомбардировка золотой пластинки ?-частицами), что является примером так называемого «эластичного рассеяния» («упругого рассеяния»), так как энергия и скорость рассеянной частицы такая же, как и у налетающей.

Также Резерфорд анализировал неупругое рассеяние ?-частиц на протонах (ядрах атома водорода), этот процесс не является классическим рассеянием Резерфорда, хотя наблюдался им ранее, чем классический. При приближении ?-частицы к протону возникают некулоновские силы, которые, вместе с энергией налетающей частицы на лёгкую мишень, меняют результаты эксперимента. Эти эффекты позволяют строить предположения о внутренней структуре мишени. Похожий процесс был применён в 1960-х для исследования внутренней структуры ядра под названием «глубокое неупругое рассеяние».

Первоначальное открытие было сделано Гансом Гейгером и Эрнестом Марсденом в 1909 году — эксперимент Гейгера — Марсдена — под руководством Резерфорда, в котором они бомбардировали ?-частицами мишень, состоящую из нескольких сверхтонких (толщиной менее одного микрона) слоёв золотой фольги. Во время эксперимента предполагалось, что атом является аналогией пудинга с изюмом (согласно Томпсоновской модели атома), где отрицательные заряды (изюм) распределены по положительно заряженному шару (пудинг). Если Томпсоновская модель атома верна, то положительно заряженный пудинг будет более протяжённым, чем ядро атома в модели Бора-Резерфорда, и не сможет создавать большие силы кулоновского отталкивания, вследствие чего ?-частицы будут отклоняться на малые углы от своего первоначального вектора скорости.

Однако, эксперимент показал, что 1 из 8000 частиц отражается на углы более 90°, когда основная масса частиц проходит через фольгу с небольшим отклонением или вообще без него. Исходя из этого Резерфорд заключил, что основная масса и заряд вещества заключена в крошечном положительно заряженном пространстве (ядре) окруженном электронами. Когда положительная ?-частица пролетает очень близко от ядра, то испытывает на себе силы кулоновского отталкивания и отражается на большие углы. Маленький размер ядра атома объясняется малым количеством ?-частиц отражённых подобным образом. Используя описанный метод, Резерфорд показал, что размер ядер меньше чем 10^{-14}m (насколько «меньше» Резерфорд не мог уточнить опираясь только на этот эксперимент).

Дифференциальное сечение[править]

Резерфорд, эрнест — википедия

Резерфорд родился в Новой Зеландии в небольшом посёлке Спринг-Грув (англ. Spring Grove), расположенном на севере Южного острова близ города Нельсона, в семье фермера. Отец — Джеймс Резерфорд, мать — Марта Томсон, дед иммигрировал из г. Перт в Шотландии. В это время другие шотландцы иммигрировали в Квебек, Канаду, но семье Резерфорд не повезло и бесплатный билет на пароход правительство предоставило до Новой Зеландии, а не до Канады.

Эрнест был четвёртым ребёнком в семье из двенадцати детей. Имел удивительную память, богатырское здоровье и силу. С отличием окончил начальную школу, получив 580 баллов из 600 возможных и премию в 50 фунтов стерлингов для продолжения учёбы в колледже Нельсона. Очередная стипендия позволила ему продолжить обучение в Новозеландском университете[1]

Его магистерская работа, написанная в 1892 году, называлась «Магнетизация железа при высокочастотных разрядах». Работа касалась обнаружения высокочастотных радиоволн, существование которых было доказано в 1888 году немецким физиком Генрихом Герцем. Резерфордом был придуман и изготовлен прибор — магнитный детектор, один из первых приёмников электромагнитных волн.

Наиболее одаренным молодым подданным британской короны, проживавшим в колониях, один раз в два года предоставлялась особая Стипендия имени Всемирной выставки 1851 года, дававшая возможность поехать для дальнейшего продвижения в науке в Англию. В 1895 году Резерфорд был удостоен этой стипендии и осенью того же года он прибывает в Англию в Кавендишскую лабораторию Кембриджского университета и становится первым докторантом ее директора Джозефа Джона Томсона.

В том же году была заключена помолвка с Мэри Джорджиной Ньютон — дочерью хозяйки пансиона, в котором жил Резерфорд. (Свадьба состоялась в 1900 году, 30 марта 1901 года у них родилась родилась дочь — Эйлин Мэри.)

Джозеф Томсон очень скоро оценил выдающиеся способности Резерфорда и привлёк его к своей работе по изучению процесса ионизации газов под действием рентгеновских лучей.

С лета 1898 года учёный делает первые шаги в исследовании только что открытого явления радиоактивности. Осенью Резерфорд переезжает в Канаду и занимает должность профессора Мак-Гиллского университета в Монреале.

Получив широкую известность, благодаря своим работам в области радиоактивности, Резерфорд становится востребованным учёным и получает многочисленные предложения работы в научно-исследовательских центрах различных стран мира. Весной 1907 года он покидает Канаду и начинает профессорскую деятельность в университете Виктория в Манчестере.

В 1908 году Резерфорду была присуждена Нобелевская премия по химии «за проведенные им исследования в области распада элементов в химии радиоактивных веществ».

Важным и радостным событием в жизни стало избрание учёного членом Лондонского Королевского общества в 1903 году, а с 1925 по 1930 года он занимал пост его президента. В 1914 году он удостоен дворянского титула и становится «сэром Эрнстом». 12 февраля в Букингемском дворце король посвятил его в рыцари: он был облачен в придворный мундир и препоясан мечом.

Свой геральдический герб, утверждённый в 1931 году, пэр Англии барон Резерфорд Нельсон (так стал зваться великий физик после возведения в дворянское звание) увенчал птицей киви, символом Новой Зеландии. Рисунок герба — изображение экспоненты — кривой, характеризующей монотонный процесс убывания со временем числа радиоактивных атомов.

Эрнест Резерфорд скончался 19 октября 1937 года и был похоронен в Вестминстерском аббатстве.[2][3][4].

Научная деятельность[править]