В связи с этим известный физик Бор постулировал, что электроны в атоме могут находиться только на стационарных орбитах с определённым значением энергии, а переходы с одной орбиты на другую сопровождаются либо поглощением, либо излучением кванта электромагнитной энергии hn равной разности между энергиями уровней перехода. Следует отметить, что в целях общности теории Бор проквантовал не энергию орбитальных электронов, а их момент количества движения (действие, произведение энергии на время). Основываясь на теории Бора впервые появилась возможность теоретически рассчитать серии спектральных линий атома водорода и полученные данные хорошо согласовывались с экспериментальными. Ещё в 1885 г. швейцарский физик и математик И.Я. Бальмер установил, что длины волн, соответствующие определённым линиям в спектре атомов водорода, можно выразить как ряд целых чисел. Предложенное им уравнение для вычисления этих чисел, позднее модифицированное шведским физиком Ю.Р. Ридбергом, имеет вид:
, (В1)
где λ - длина волны, см; R - постоянная Ридберга для атома водорода, равная 1,097373·105 см−1, nk и nm - целые числа, причем nk < nm.
Однако формулы Бальмера, теоретически выведенные Бором, не объясняли тонкой структуры спектральных линий, наблюдавшейся в экспериментах. Следует отметить также, что теория Бора позволяла найти энергию стационарных состояний только для круговых орбит (для одномерного движения). В 1916 г. Вильсон и Зоммерфельд предложили новый метод квантования, учитывающий эллипсообразность орбит. Кроме того, Зоммерфельд высказал предположение, что тонкая структура спектральных линий связана с релятивистскими эффектами. В своей теории он заменил уравнения Ньютона на уравнения релятивистской механики Эйнштейна. Однако и эти нововведения не объясняли все случаи тонкой структуры спектров. Поэтому Зоммерфельду пришлось искусственно ввести внутреннее квантовое число, чтобы объяснить все случаи тонкой структуры спектров.
Важным шагом в разработке теории, непротиворечиво объясняющей наблюдаемые физические явления, стал новый подход к форме движения микрочастиц. В классической механике рассматривается два вида движения: движение тела с локализацией перемещающегося объекта в каждой точке траектории в определённый момент времени и движение волны, делокализованной в пространстве среды. Оказалось, что поведение микрообъектов хорошо описывают обе формы движения. Это и называется корпускулярно-волновой дуализм. Автором идеи корпускулярно-волнового дуализма стал А. Эйнштейн, который впервые предложил рассматривать кванты электромагнитного излучения (фотоны) как движущиеся со скоростью света частицы, имеющие нулевую массу покоя. Их энергия равна
.
(В2)
В 1925 г. де Бройль высказал предположение, что двойственная природа присуща не только фотонам, но также электронам и другим движущимся микрообъектам. Реальность проявления волновых свойств микрочастицами была подтверждена экспериментально Девисоном и Джермером (1927 г.), которые наблюдали дифракцию электронов при их отражении от поверхности кристаллического никеля. Замечательным подтверждением двоякой природы электрона стал опыт, поставленный в 1948 г. Фабрикантом, Биберманом и Сушкиным. Они пропускали через дифракционный прибор настолько слабый пучок электронов, что промежуток времени между двумя последовательными актами пропускания электронов примерно в 30000 раз превышал время, необходимое для прохождения электрона через прибор. Оказалось, что при длительной экспозиции на фотопластинке возникала такая же дифракционная картина, какую даёт пучок электронов. Это свидетельствует о том, что волновыми свойствами обладает каждый отдельно взятый электрон. В дальнейшем была обнаружена дифракция атомов водорода, гелия, нейтронов и др. частиц. В соответствии с гипотезой де Бройля любому движущегося со скоростью V объекту массой mможно приписать соответствующую длину волны:
.
(В.3)
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.