Квантовые постулаты Бора – излучение и поглощение света атомом кратко (11 класс)

Квантовые постулаты Бора

Одним из первых положений зарождающейся квантовой теории атомного строения в начале XX в. стали постулаты Бора. Их целью было устранение противоречий между планетарной моделью атома Резерфорда и электродинамикой Максвелла. Поговорим кратко о квантовых постулатах Бора.

Квантовые постулаты Бора – излучение и поглощение света атомом кратко (11 класс)

Проблемы планетарной модели атома

В начале XX в. Дж. Томсон установил, что атом имеет сложное строение. Сам он заряжен положительно, и некоторые силы удерживают в нем отрицательно заряженные электроны (в целом атом получается нейтрален).

Оставался вопрос о распределении положительного заряда по атому. Для его решения Э. Резерфорд в 1906 г. предложил зондирование атома альфа-частицами. Такой опыт был поставлен и дал неожиданный результат. Большинство альфа-частиц беспрепятственно пролетали сквозь атом. И только небольшая часть отклонялись и даже «отскакивали» в противоположном направлении. Это означало, что практически весь положительный заряд атома сосредоточен в компактной области порядка $ {10}^{-15} $м, которую назвали ядром. Э. Резерфорд предположил, что электроны вращаются по орбитам вокруг ядра на расстоянии порядка $ {10}^{-10} $м.

Квантовые постулаты Бора – излучение и поглощение света атомом кратко (11 класс)

Рис. 1. Планетарная модель атома.

Такая модель атома была названа планетарной, но она входила в противоречие с классической электродинамикой Дж. Максвелла, которая к тому времени была уже многократно проверена и подтверждена.

Дело в том, что, согласно законам электродинамики, известным в 11 классе, заряды, движущиеся с ускорением, должны излучать электромагнитное излучение и при этом терять энергию. Электрон, двигающийся по орбите вокруг ядра, испытывает постоянное центростремительное ускорение, следовательно, он должен излучать электромагнитные волны, терять энергию, приближаться к ядру, и в конце концов за время порядка десятка микросекунд слиться с ним.

Квантовые постулаты Н. Бора

Чтобы разрешить возникшие противоречия, датский физик Н. Бор предложил аксиомы-постулаты, объясняющие стабильность атомов и условия для излучения или поглощения энергии электронами в них.

Квантовые постулаты Бора – излучение и поглощение света атомом кратко (11 класс)

Рис. 2. Нильс Бор.

Таких постулатов два.

Согласно первому постулату, электроны в атоме могут находиться только в особых стационарных энергетических состояниях. Каждому энергетическому состоянию соответствует своя энергия $E_n$. При этом излучения энергии не происходит. Согласно второму постулату, излучение энергии происходит при переходе электрона из более высокого энергетического состояния на более низкое. Излученная энергия равна разности энергий начального и конечного состояния. Электрон также может поглотить энергию, при этом он перейдет с более низкого энергетического состояния к более высокому.

Поскольку энергия фотона пропорциональна его частоте, то второй постулат можно выразить формулой ($k,n$ — номера энергетических состояний перехода):

$$hnu_{kn}=E_k-E_n$$

При этом подразумевается, что $E_k > E_n$. В случае излучения энергии электрон переходит из состояния $k$ в состояние $n$, а в случае поглощения — в обратном направлении.

Оба постулата Н. Бора противоречат классическим представлениям. Согласно классической механике энергия электрона может быть любой, а согласно классической электродинамике при движении по окружности электрон должен излучать электромагнитные волны и терять энергию. Первый постулат противоречит этим утверждениям. Второй постулат противоречит классической электродинамике, поскольку утверждает, что частота излучения зависит не от особенностей движения электрона, а только от изменения его энергии.

На основе квантовых постулатов удалось построить модель атома водорода по Бору, которая хорошо описывает все наблюдаемые явления

Квантовые постулаты Бора – излучение и поглощение света атомом кратко (11 класс)

Рис. 3. Модель атома водорода по Бору.

Что мы узнали?

Квантовые постулаты Бора были предложены для разрешения противоречия между классической электродинамикой и наблюдающейся стабильностью атомов. Кроме того, они позволили объяснить строение спектров излучения веществ. Согласно этим постулатам, атом может находиться только в особых квантовых энергетических состояниях. Излучение и поглощение света атомом происходит только при переходе между состояниями.

Предыдущая
ФизикаОткрытие нейтрона – история Чедвика кратко (11 класс)
Следующая
ФизикаАнтичастицы – кратко о взаимодействии с примерами (9 класс)
Помогли? Поставьте оценку, пожалуйста.
Плохо
0
Хорошо
0
Супер
0
Спринт-Олимпик.ру
Мы в ВК, подпишись на нас!

Подпишись на нашу группу в ВКонтакте, чтобы быть в курсе выхода нового материала...

Вступить