Atomfysik

Atomfysik  er en gren af ​​fysikken, der studerer atomers struktur og egenskaber [1] . Atomfysikken opstod i slutningen af ​​det 19. og begyndelsen af ​​det 20. århundrede som et resultat af eksperimenter, der fastslog, at atomet er et system af en positivt ladet kerne og negativt ladede elektroner, og blev udviklet i forbindelse med skabelsen af ​​kvantemekanikken , som forklarede strukturen af atomet. Strukturen af ​​atomkernen studeres i kernefysik .

Generel information

Atomfysik er en gren af ​​fysik , der studerer strukturen og egenskaberne af atomer, ioner og elektroniske konfigurationer , såvel som de elementære processer, de deltager i. Atomfysik opererer med lineære dimensioner på omkring ⋅10 −8 cm og energier af størrelsesordenen 1 eV [2] . Atomfysikkens hovedopgave er at bestemme alle mulige tilstande af atomet. De vigtigste grene af atomfysikken er teorien om atomet , atomspektroskopi , røntgenspektralanalyse , radiospektroskopi , atomkollisionsfysik .

Moderne atomfysik er baseret på kvantemekanisk teori, som beskriver fysiske fænomener på atom-molekylært niveau. Atomfysik betragter et atom som et system af positivt ladet kerne og negativt ladede elektroner . Egenskaberne af dette system og de elementære processer, der forekommer i det, er bestemt af elektromagnetisk vekselvirkning , i modsætning til kernefysik og elementarpartikelfysik , hvor stærk vekselvirkning og svag vekselvirkning spiller en grundlæggende rolle [2] .

Historie

Ideen om eksistensen af ​​de mindste udelelige partikler - atomer, blev først formuleret af de gamle græske filosoffer Leucippus , Demokrit og Epikur [3] . I det 17. århundrede blev denne idé videreført i værkerne af de franske filosoffer P. Gassendi [4] og R. Descartes , den engelske kemiker R. Boyle . Atomistikken i denne periode var ret spekulativ, ideer om atomer var som permanente, udelelige partikler, af forskellige størrelser og former, blottet for kemiske og fysiske egenskaber, hvis kombination alle materielle legemer består af. I værker af I. Newton og M. V. Lomonosov blev der gjort antagelser om muligheden for at kombinere atomer til mere komplekse strukturer - blodlegemer .

Den accelererede udvikling af kemi i slutningen af ​​det 18. og begyndelsen af ​​det 19. århundrede førte til en revision af visse aspekter af den atomistiske doktrin. Den engelske videnskabsmand J. Dalton antog, at atomet er den mindste partikel af et kemisk grundstof, og at atomerne i forskellige kemiske grundstoffer har forskellig masse , hvilket er atomets hovedegenskab. De italienske videnskabsmænds værker A. Avogadro og S. Cannizzaro bestemte den strenge sondring mellem atomet og molekylet . I det 19. århundrede blev atomernes optiske egenskaber også opdaget, de tyske fysikere G. Kirchhoff og R. Bunsen lagde grundlaget for spektralanalyse. I 1869 opdagede D. I. Mendeleev den periodiske lov om kemiske grundstoffer .

De vigtigste milepæle i atomfysikkens historie var opdagelsen af ​​elektronen i 1897 af den engelske fysiker J. J. Thomson og radioaktivt henfald af de franske videnskabsmænd M. Sklodowska-Curie og P. Curie , de ændrede ideen om atomet som et system af interagerende ladede partikler, ifølge teorien fra den hollandske fysiker X. Lorenz . Baseret på disse undersøgelser foreslog Thomson i 1903 en model af atomet i form af en kugle med en positiv ladning, spækket med små partikler med en negativ ladning - elektroner, holdt i atomet på grund af ligheden af ​​tiltrækningskraften af den positive ladning til kræfterne af gensidig frastødning af elektroner. Yderligere undersøgelser af radioaktivitet af F. Soddy førte til opdagelsen af ​​isotoper , og derved ødelægge videnskabelige ideer om den absolutte identitet af alle atomer i et kemisk element. En vigtig rolle blev også spillet af studiet af den fotoelektriske effekt af A. G. Stoletov og den yderligere forklaring af dette fænomen af ​​A. Einstein .

Thomsons model blev tilbagevist i 1909 af hans elev E. Rutherford , som foreslog en planetarisk model af atomet , med en massiv positiv tæt kerne placeret i midten, omkring hvilken, ligesom planeterne omkring Solen , elektroner flyver, hvoraf antallet i et neutralt ladet atom er sådan, at deres samlede negative ladning opvejer den positive ladning af kernen. G. Moseley fandt ud af, at ladningen af ​​kernen stiger fra et kemisk grundstof til det næste med en elementær ladningsenhed, svarende til elektronens ladning, men med det modsatte fortegn, og numerisk ladningen af ​​atomkernen enheder af elementær ladning, er lig med ordenstallet for grundstoffet i det periodiske system .

Atomets planetariske model havde en række ulemper, hvoraf den væsentligste var forbundet med det teoretisk korrekte tab af elektronenergi: da elektronen roterer rundt om atomet, er den underlagt centripetalacceleration, og ifølge Larmor- formlen , enhver ladet partikel, der bevæger sig med acceleration, udstråler energi. Hvis elektronen mister energi, skal den til sidst falde ind i kernen , hvilket ikke sker i virkeligheden. Forfining af atommodellen blev kun mulig ud fra et synspunkt af helt nye ideer om atomet, opdaget af den tyske fysiker M. Planck , som introducerer begreberne kvante i videnskaben . I 1905 foreslog A. Einstein en kvanteforklaring på fænomenet den fotoelektriske effekt , idet han definerede et lyskvante som en speciel partikel, senere kaldet en foton . I 1913 foreslog N. Bohr , at en elektron ikke kan rotere vilkårligt, men i strengt definerede baner, uden at ændre sin energi i vilkårligt lang tid. Overgangen fra kredsløb til kredsløb kræver en vis energi - et energikvantum [5] .

Bohrs model af atomet modtog eksperimentel bekræftelse i forsøgene fra de tyske fysikere J. Frank og G. Hertz . Teorien om atomspektre blev videreudviklet i den tyske fysiker A. Sommerfelds værker , som foreslog mere komplekse elliptiske baner af elektroner i et atom. Atomets kvanteteori forklarede strukturen af ​​de karakteristiske spektre af røntgenstråler og periodiciteten af ​​atomernes kemiske egenskaber. Men med den videre udvikling af atomfysikken ophørte atomets kvantemodel med at svare til niveauet af ideer om atomet. Den franske fysiker L. de Broglie foreslog den dobbelte natur af bevægelsen af ​​mikroobjekter, især elektronen. Denne teori tjente som udgangspunkt for skabelsen af ​​kvantemekanik i de tyske fysikere W. Heisenbergs og M. Borns værker , den østrigske fysiker E. Schrödinger og den engelske fysiker P. Dirac ; og den moderne kvantemekaniske teori om atomet, skabt på dets grundlag [1] .

Noter

1. ↑ 1 2 Atomfysik / M. A. Elyashevich, R. Ya. Steinman // Angola - Barzas. - M .  : Soviet Encyclopedia, 1970. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [i 30 bind]  / chefredaktør A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, bind 2).
2. ↑ 1 2 Elyashevich M. A. Atomfysik . Encyclopedia of Physics and Technology. Hentet 3. december 2015. Arkiveret fra originalen 30. oktober 2015. (ubestemt)
3. ↑ Solopova M. A. Gammel atomisme: om spørgsmålet om lærens typologi og oprindelsen til genesis  // Filosofiens spørgsmål . - 2011. - Nr. 8 . - S. 157-168 . Arkiveret fra originalen den 28. april 2013. (Russisk)
4. ↑ Atomism // Small Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron  : i 4 bind - St. Petersburg. , 1907-1909.
5. ↑ Planetarisk model af atomet. Bohrs postulater (utilgængeligt link) . Hentet 5. april 2019. Arkiveret fra originalen 27. juni 2018. (ubestemt) 

Litteratur

• Bransden, BH; Joachain, CJ Fysik af atomer og molekyler  . — 2. - Prentice Hall , 2002. - ISBN 978-0-582-35692-4 .
• Foot , CJ Atomfysik  . - Oxford University Press , 2004. - ISBN 978-0-19-850696-6 .
• Herzberg, Gerhard. Atomspektre og  atomstruktur . - New York: Dover, 1979. - ISBN 978-0-486-60115-1 .
• Condon, EU; Shortley, G.H. Theory of Atomic Spectra  . - Cambridge University Press , 1935. - ISBN 978-0-521-09209-8 .
• Cowan, Robert D. Theory of Atomic Structure and Spectra  (engelsk) . - University of California Press , 1981. - ISBN 978-0-520-03821-9 .
• Lindgren, I.; Morrison , J. Atomic Many-Krop Theory  . - Sekund. - Springer-Verlag , 1986. - ISBN 978-0-387-16649-0 .
• Zautkin V.V. Fra naturfilosofi til klassisk fysik: En historie om fysikkens udvikling fra antikken til det 19. århundrede. - DVGTU , 2007. - ISBN 978-5-7596-0739-7 . (Russisk)

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk stor kinesisk Fantastisk norsk Stor russer Universalis Moderne Ukraine
I bibliografiske kataloger	GND : 4003423-9 NDL : 00564738 NKC : ph118658