Atklājumi atomu uzbūves jomā ir kļuvuši par nozīmīgu soli fizikas attīstībā. Rezerforda modelim bija liela nozīme. Atoms kā sistēma un daļiņas, kas to veido, ir pētītas precīzāk un detalizētāk. Tas noveda pie tādas zinātnes kā kodolfizikas veiksmīgas attīstības.
Senie priekšstati par matērijas uzbūvi
Pieņēmums, ka apkārtējie ķermeņi sastāv no mazākajām daļiņām, tika izteikts senatnē. Tā laika domātāji atomu attēloja kā mazāko un nedalāmo jebkuras vielas daļiņu. Viņi apgalvoja, ka Visumā nav nekā mazāka par atomu. Šādiem uzskatiem bija lielie sengrieķu zinātnieki un filozofi - Demokrits, Lukrēcijs, Epikūrs. Šo domātāju hipotēzes mūsdienās ir apvienotas ar nosaukumu "senais atomisms".
Viduslaiku izrādes
Senatnes laiki ir pagājuši, un viduslaikos bija arī zinātnieki, kas izteica dažādus pieņēmumus par vielu uzbūvi. Tomēr pamatā ir reliģisko filozofisko uzskatu pārsvars un baznīcas spēks šajā vēstures periodā.apspieda jebkādus cilvēka prāta mēģinājumus un tiekšanos pēc materiālistiskiem zinātniskiem secinājumiem un atklājumiem. Kā zināms, viduslaiku inkvizīcija pret tā laika zinātniskās pasaules pārstāvjiem izturējās ļoti nedraudzīgi. Atliek vien piebilst, ka toreizējiem gaišajiem prātiem bija no senatnes nākusi priekšstats par atoma nedalāmību.
18.-19.gadsimta pētījumi
18. gadsimts iezīmējās ar nopietniem atklājumiem matērijas elementārās uzbūves jomā. Lielā mērā pateicoties tādu zinātnieku kā Antuāna Lavuazjē, Mihaila Lomonosova un Džona D altona pūlēm. Neatkarīgi viens no otra viņi spēja pierādīt, ka atomi patiešām pastāv. Taču jautājums par to iekšējo struktūru palika atklāts. 18. gadsimta beigas zinātnes pasaulē iezīmēja tik nozīmīgs notikums kā D. I. Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās sistēmas atklāšana. Tas bija patiesi spēcīgs tā laika izrāviens un pacēla plīvuru pār sapratni, ka visiem atomiem ir viena daba, ka tie ir saistīti viens ar otru. Vēlāk, 19. gadsimtā, vēl viens svarīgs solis ceļā uz atoma struktūras atšķetināšanu bija pierādījums, ka jebkurā no tiem ir elektrons. Šī perioda zinātnieku darbs sagatavoja auglīgu augsni 20. gadsimta atklājumiem.
Tomsona eksperimenti
Angļu fiziķis Džons Tomsons 1897. gadā pierādīja, ka atomi satur elektronus ar negatīvu lādiņu. Šajā posmā galīgi tika iznīcinātas maldīgās idejas, ka atoms ir jebkuras vielas dalāmības robeža. KāTomsons spēja pierādīt elektronu esamību? Savos eksperimentos zinātnieks ievietoja elektrodus ļoti retinātās gāzēs un palaida elektrisko strāvu. Rezultāts bija katoda stari. Tomsons rūpīgi pētīja to īpašības un atklāja, ka tās ir lādētu daļiņu plūsma, kas pārvietojas lielā ātrumā. Zinātnieks spēja aprēķināt šo daļiņu masu un to lādiņu. Viņš arī atklāja, ka tās nevar pārvērst neitrālās daļiņās, jo elektriskais lādiņš ir to būtības pamatā. Tādā veidā tika atklāti elektroni. Tomsons ir arī pasaulē pirmā atoma struktūras modeļa radītājs. Saskaņā ar to atoms ir pozitīvi lādētu vielu kopums, kurā negatīvi lādēti elektroni ir vienmērīgi sadalīti. Šī struktūra izskaidro atomu vispārējo neitralitāti, jo pretējie lādiņi līdzsvaro viens otru. Džona Tomsona eksperimenti kļuva nenovērtējami turpmākajā atoma struktūras izpētē. Tomēr daudzi jautājumi palika neatbildēti.
Ruterfordas izpēte
Tomsons atklāja elektronu esamību, taču viņam neizdevās atrast atomā pozitīvi lādētas daļiņas. Ernests Raterfords šo pārpratumu laboja 1911. gadā. Eksperimentu laikā, pētot alfa daļiņu aktivitāti gāzēs, viņš atklāja, ka atomā ir pozitīvi lādētas daļiņas. Rezerfords redzēja, ka tad, kad stari iziet cauri gāzei vai plānai metāla plāksnei, neliels skaits daļiņu krasi novirzās no kustības trajektorijas. Tie tika burtiski izmesti atpakaļ. Zinātnieks to uzminējašī uzvedība ir izskaidrojama ar sadursmi ar pozitīvi lādētām daļiņām. Šādi eksperimenti ļāva fiziķim izveidot Raterforda atoma struktūras modeli.
Planētu modelis
Tagad zinātnieka idejas nedaudz atšķīrās no Džona Tomsona pieņēmumiem. Arī viņu atomu modeļi kļuva atšķirīgi. Rezerforda pieredze ļāva viņam izveidot pilnīgi jaunu teoriju šajā jomā. Zinātnieka atklājumiem bija izšķiroša nozīme fizikas tālākajā attīstībā. Rezerforda modelis apraksta atomu kā kodolu, kas atrodas centrā, un elektronus, kas pārvietojas ap to. Kodolam ir pozitīvs lādiņš, un elektroniem ir negatīvs lādiņš. Rezerforda atoma modelis pieņēma elektronu rotāciju ap kodolu pa noteiktām trajektorijām – orbītām. Zinātnieka atklājums palīdzēja izskaidrot alfa daļiņu novirzes iemeslu un kļuva par stimulu atoma kodolenerģijas teorijas attīstībai. Rezerforda atoma modelī ir līdzība ar Saules sistēmas planētu kustību ap sauli. Šis ir ļoti precīzs un spilgts salīdzinājums. Tāpēc Rezerforda modelis, kurā atoms pārvietojas ap kodolu orbītā, tika saukts par planetāru.
Nīla Bora darbi
Divus gadus vēlāk dāņu fiziķis Nīls Bors mēģināja apvienot idejas par atoma uzbūvi ar gaismas plūsmas kvantu īpašībām. Rezerforda atoma kodolmodeli zinātnieks izvirzīja par savas jaunās teorijas pamatu. Pēc Bora domām, atomi riņķo ap kodolu apļveida orbītā. Šāda kustības trajektorija noved pie paātrinājumaelektroni. Turklāt šo daļiņu Kulona mijiedarbību ar atoma centru pavada enerģijas radīšana un patēriņš, lai uzturētu telpisko elektromagnētisko lauku, kas rodas elektronu kustības rezultātā. Šādos apstākļos negatīvi lādētām daļiņām kādu dienu jānokrīt uz kodolu. Bet tas nenotiek, kas norāda uz lielāku atomu kā sistēmu stabilitāti. Nīls Bors saprata, ka klasiskās termodinamikas likumi, kas aprakstīti Maksvela vienādojumos, nedarbojas intraatomiskos apstākļos. Tāpēc zinātnieks izvirzīja sev uzdevumu atvasināt jaunus modeļus, kas būtu derīgi elementārdaļiņu pasaulē.
Bora postulāti
Lielā mērā pateicoties tam, ka Rezerforda modelis pastāvēja, atoms un tā sastāvdaļas bija labi izpētītas, Nīls Bors varēja tuvoties savu postulātu radīšanai. Pirmais no tiem saka, ka atomam ir stacionāri stāvokļi, kuros tas nemaina savu enerģiju, savukārt elektroni pārvietojas pa orbītām, nemainot savu trajektoriju. Saskaņā ar otro postulātu, kad elektrons pārvietojas no vienas orbītas uz otru, enerģija tiek atbrīvota vai absorbēta. Tas ir vienāds ar atšķirību starp atoma iepriekšējo un nākamo stāvokļu enerģiju. Šajā gadījumā, ja elektrons lec uz orbītu, kas ir tuvāk kodolam, tad tiek emitēta enerģija (fotons) un otrādi. Neskatoties uz to, ka elektronu kustībai ir maz līdzības ar orbītas trajektoriju, kas atrodas stingri riņķī, Bora atklājums sniedza lielisku skaidrojumu valdītās sistēmas esamībai.ūdeņraža atoma spektrs. Aptuveni tajā pašā laikā fiziķi Hercs un Frenks, kuri dzīvoja Vācijā, apstiprināja Nīla Bora mācības par stacionāru, stabilu atoma stāvokļu esamību un iespēju mainīt atomu enerģijas vērtības.
Divu zinātnieku sadarbība
Starp citu, Rezerfords ilgi nevarēja noteikt kodola lādiņu. Zinātnieki Marsdens un Geigers mēģināja vēlreiz pārbaudīt Ernesta Rezerforda apgalvojumus un detalizētu un rūpīgu eksperimentu un aprēķinu rezultātā nonāca pie secinājuma, ka kodols ir vissvarīgākā atoma īpašība un viss tā lādiņš. tajā ir koncentrēts. Vēlāk tika pierādīts, ka kodola lādiņa vērtība ir skaitliski vienāda ar elementa kārtas numuru D. I. Mendeļejeva periodiskajā elementu sistēmā. Interesanti, ka Nīls Bors drīz tikās ar Rezerfordu un pilnībā piekrita viņa uzskatiem. Pēc tam zinātnieki ilgu laiku strādāja kopā vienā laboratorijā. Rezerforda modelis, atoms kā sistēma, kas sastāv no elementārām lādētām daļiņām – to visu Nīls Bors uzskatīja par godīgu un uz visiem laikiem nolika malā savu elektronisko modeli. Zinātnieku kopīgā zinātniskā darbība bija ļoti veiksmīga un nesa augļus. Katrs no viņiem iedziļinājās elementārdaļiņu īpašību izpētē un veica nozīmīgus atklājumus zinātnei. Rezerfords vēlāk atklāja un pierādīja kodolieroču sadalīšanās iespēju, taču šī ir cita raksta tēma.
