Модель томпсона атома

Модель атома Томсона: описание и опровержение

Модель атома Томсона – одна из ранних моделей строения атома, впоследствии признанная несостоятельной. Впервые предложена Д.Д. Томсоном в 1904 году вскоре после открытия электронов, но до открытия атомного ядра.

Предыстория

В 1897 году в физике произошло знаменательное событие: Томпсон Джозеф Джон открыл электроны, тем самым экспериментально подтвердив предположение, что атом не является «монолитной» частицей. Однако точного представления, что же из себя представляют элементарные частицы, не было. Лишь в 1911 году будет представлена более точная модель атома Резерфорда, а до этого научный мир лихорадочно бился над «загадкой столетия».

Поиск ответа

После серии экспериментов выяснилось, что электроны отрицательно заряжены, а между тем уже было известно, что атомы имеют нейтральный заряд. Томсон разумно предположил, что в атоме должен быть некий источник положительного заряда для компенсации отрицательного заряда электронов.

Английский физик представил три возможных механизма взаимодействия внутри частиц.

  1. В первой модели атома Томсона каждый отрицательно заряженный электрон прилипал к положительно заряженной частице, которая следовала за ним всюду внутри атома.
  2. Во второй модели электроны вращаются вокруг центральной области положительного заряда, имеющего такую ​​же величину, что и все электроны.
  3. В третьей модели электроны занимали область пространства, которая сама была однородным положительным зарядом (часто рассматриваемым как «суп» или «облако» положительного заряда).

Ученый выбрал третий вариант — наиболее вероятную структуру атомов.

Внимание общественности

Модель атома Томсона в 1904 году была опубликована в мартовском выпуске Philosophical Magazine – авторитетном научном журнале Британии. По мнению автора, атомы элементов состоят из ряда отрицательно наэлектризованных корпускул (электронов), заключенных в сферу равномерной положительной электризации. Томсон отказался от более ранней своей гипотезы «туманного атома», в которой частицы состояли из нематериальных вихрей.

Публикация вызвала неподдельный интерес у научного сообщества. Однако прочных доказательств она не имела, а, следовательно, критиковалась многими авторитетными физиками. Впрочем, она соответствовала тем представлениям и экспериментальным данным, которые были известны на то время.

Описание модели

Будучи проницательным и практичным ученым, Томсон основывал свою атомную модель на известных экспериментальных данных. Предложение о положительном объеме заряда отражает характер его научного подхода к открытию, которое стало руководством к действию для будущих экспериментов.

Согласно теории, орбиты электронов внутри атомной модели Томсона были стабилизированы тем, что, когда электрон удалялся от центра положительно заряженной сферы (облака), он подвергался воздействию увеличивающейся силы притяжения. Эта сила возвращает электрон обратно, поскольку по закону Гаусса, внутри сферы более высокая концентрация положительного заряда. Согласно модели, электроны могли свободно вращаться по кольцам, которые были дополнительно стабилизированы взаимодействием между электронами, а спектроскопические значения объясняли энергетические различия между отдельными кольцевыми орбитами.

Согласно представлению того времени, электроны располагались в положительно заряженной сфере словно изюминки в пироге, или кусочки фруктов в любимом англичанами десерте – сливовом пудинге. Поэтому концепцию еще называют «пудинговой» моделью атома.

Дилемма несоответствия

По мере накопления экспериментальных данных все отчетливее наблюдалось несоответствие данной теории. Томсон безуспешно пытался переделать свою модель, чтобы объяснить некоторые из основных спектральных линий, экспериментально выявленных для нескольких элементов.

В 1909 году Ганс Гейгер и Эрнест Марсден под кураторством профессора Эрнеста Резерфорда провели эксперименты с тонким листом золота, рассеивая альфа-частицы на золотой фольге. Данные оказались отличными от ожидаемых. В 1911 году Резерфорд после долгих размышлений опубликовал собственную концепцию, названную впоследствии моделью атома Резерфорда. Он предположил наличие очень маленького ядра с сильнейшим положительным зарядом в центре атомов золота, достаточного для удержания порядка ста электронов.

Дальнейшее развитие

Сразу после того, как Резерфорд опубликовал свои результаты, Антониус Ван ден Брук интуитивно предположил, что атомный номер элемента представляет собой общее количество единиц заряда, присутствующих в его ядре. Генри Мозли в 1913 году предоставил необходимые данные для доказательства предложения Ван ден Брука. Было обнаружено, что эффективный ядерный заряд соответствует атомному номеру.

Данная работа послужила базисом для создания Нильсом Бором полуклассической модели атомов в 1913 году. Она напоминает взаимодействие светила и планет в Солнечной системе, но только с квантовыми ограничениями.

Значение для науки

Модель атома Томсона послужила толчком для стремительного развития ядерной физики. Концепция «сливового пудинга» с одним электроном использовалась физиком Артуром Эрихом Хаасом в 1910 году для оценки численного значения постоянной Планка и боровского радиуса атомов водорода. Работа Хааса была опубликована за три года до выводов Нильса Бора. Следует отметить, что боровская модель обеспечивает достаточно точные прогнозы для атомных и ионных систем, имеющих один эффективный электрон.

Кроме того, теория «пудинга» позволяет определить оптимальное распределение равных точечных зарядов на единичной сфере, называемой проблемой Томсона. Кстати, физическая система, воплощенная в проблеме Томсона, является частным случаем одной из восемнадцати нерешенных математических задач, предложенных математиком Стивом Смейлом – «Распределение точек на двумерной сфере».

Проблема Томсона является естественным следствием модели «пучкового пудинга» в отсутствие равномерного положительного фонового заряда. Электростатическое взаимодействие электронов, ограниченных сферическими квантовыми точками, также аналогично их обработке в атомной модели Томсона. В этой классической задаче квантовая точка моделируется как простая диэлектрическая сфера (вместо однородной, положительно заряженной сферы, как в модели «пучкового пудинга»), в которой находятся свободные или избыточные электроны.

Что было главным недостатком в атомной модели Томсона? 2. В чем заключаются основные положения атомной модели Резерфорда? 3. С какими трудностями столкнулась модель атома Резерфорда? 4. Изложите постулаты атомной модели Бора. ПОМОГИТЕ ПОЖАЛУЙСТА.ОЧЕНЬ НАДО.ПЖ ПЖ ПЖ

Тіло масою 5 кг рухається горизонтально під дією горизонтальної сили 5Н з прискоренням 2 м/c. Знайти коефіцієнт тертя між тілом і поверхнею Підйомний кран піднімає вантаж масою 5т на висоту 15м. За який час відбувається підйом, якщо потужність двигуна 10кВт, Тіло кинули вертикально вгору зі швидкість 10 м/c. Якої висоти досяге тіло? Якщо кінетична енергія тіла на висоті 2м. Допоможіть із завданням №7.36 Плоский воздушный конденсатор с емкостью С1=2·10-6 Ф и конденсатор с фарфоровым диэлектриком (ε=6) между пластинами с емкостью С2=8·10-6 Ф соединены п араллельно и подключены к источнику тока с напряжением 100 В. Не отключая источника, из второго конденсатора вынимают пластину диэлектрика. Найти изменение емкости, заряда и энергии батареи конденсатор в результате этой операции. Помогите пожалуйста с физикой!!!!!!!!! Две лампы с сопротивлениями 40 Ом и 60 Ом соединены параллельно. Вычислите фактическую общую мощность этих ламп , если они присоединены к сети с напряжением 120 В. К источнику питания сначала подключили резистор с сопротивлением 30 Ом, а затем отключили его и подключили другой резистор с сопротивлением 28 Ом. В первом случае на источнике измеряли напряжение 33,75 В, а во втором 33,6 В. Вычислите внутреннее сопротивление источника. Срочно нужна помощь Стрелочный вольтметр имеет диапазон измерений от 0 до 150 В. Определено, что максимальная абсолютная погрешность измерений равна 0,27 В. Определить класс точности прибора. Помогите с 4 заданием, плиз Две гантели, каждая из которых состоит из двух одинаковых шариков массой M=64 г, соединённых невесомыми стержнями длиной L=35 cм, скользят навстречу д руг другу по идеально гладкой горизонтальной поверхности со скоростью V=0.12 м/c (см. рисунок). В момент начала отсчёта времени шарики 1 и 3 находятся на расстоянии S=4 м друг от друга. Определите: 1) На каком расстоянии X будут находиться шарики 1 и 3 в момент времени t1=27.5 с. 2) Скорость V4 четвёртого шарика относительно второго в момент времени t1 . 3) Импульс P второй (синей) гантели в момент времени t2=19.1 с. 4) Ускорение четвёртого шарика A в момент времени t2. 5) Суммарную кинетическую энергию гантелей E в момент времени t2 . Размером шариков по сравнению с длиной стержней можно пренебречь. Удары шариков друг о друга — абсолютно упругие. Ответы вводите с точностью не хуже, чем 0.5 процентов. Найти:С эквq 1-5W 1-5

Модель атома Томсона

Схематическое представление модели Томсона. В математической модели Томсона «корпускулы» (электроны) были расположены не случайно, а во вращающихся кольцах.

Моде́ль То́мсона (иногда также называемая «пу́динговая модель а́тома») — модель атома, предложенная в 1904 году Джозефом Джоном Томсоном.

История

После открытия им в 1897 году электрона, Томсон построил модель атома для объяснения установленных в то время экспериментальных фактов:

  • атомы электрически нейтральны и любые атомы независимо от их природы содержат электроны;
  • электроны являются лёгкими относительно масс атомов отрицательно заряженными корпускулами с малым и равным зарядом;
  • при возбуждении атомов они излучают только на определённых частотах, порождая линейчатые оптические спектры.

В статье, опубликованной в марте 1904 г. в журнале Philosophical Magazine Томсон рассмотрел три правдоподобных варианта возможного строения атома, объясняющие его электронейтральность и другие свойства:

  • Каждый отрицательно заряженный электрон спарен с гипотетической положительно заряженной частицей, и эта пара блуждает внутри атома.
  • Отрицательно заряженные электроны вращаются вокруг сосредоточенной в центре атома области положительного заряда, равного по абсолютной величине суммарному заряду всех электронов атома.
  • Электроны погружены в сферическое облако положительного заряда с равной везде плотностью заряда внутри этой сферы, где могут свободно двигаться.

Томсон в этой статье предположил, что наиболее вероятно строение атома по третьей модели. В этой же статье Томсон отвергает ранее предложенную им «вихревую» модель строения атома. Томсон называет электроны «заряженными корпускулами», хотя ещё в 1894 году Дж. Дж. Стоуни в статье, опубликованной в этом же журнале, предложил называть «атомы электричества» электронами.

Томсон писал:

…атомы элементов состоят из нескольких отрицательно заряженных корпускул, заключённых в сферу, имеющую однородно распределённый положительный электрический заряд…

Описание модели

Атом, по Томсону, состоит из электронов, помещённых в положительно заряженный «суп», компенсирующий электрически отрицательные заряды электронов, образно — подобно отрицательно заряженным «изюминкам» в положительно заряженном «пудинге». Электроны, как предполагалось, были распределены по объёму всего атома. Рассматривалось несколько вариантов возможного расположения электронов внутри атома, в частности, группировка электронов в виде вращающихся колец. В некоторых вариантах модели вместо равномерно заряженного облака предлагалось «облако» со сферически симметричным зарядом с переменной плотностью.

Согласно этой модели, электроны могли свободно вращаться в капле или облаке такой положительно заряженной субстанции. Их орбиты стабилизировались внутри атома тем, что при удалении электрона от центра положительно заряженного облака, он испытывает увеличение силы притяжения к центру облака, возвращающей его обратно, поскольку внутри его орбиты было больше вещества противоположного заряда, чем снаружи (по электростатической теореме Гаусса) и сила притяжения к центру равномерно заряженного сферического облака прямо пропорциональна расстоянию до его центра.

В модели Томсона электроны могли свободно вращаться по кольцевым орбитам, которые стабилизировались взаимодействиями между электронами, а линейчатые спектры объясняли разницей энергий при движении по разным кольцевым орбитам.

Томсон позднее пытался объяснить с помощью своей модели яркие спектральные линии некоторых химических элементов, но не особо в этом преуспел.

Тем не менее, модель Томсона (также как подобная модель сатурнианских колец для электронов атомов, которую выдвинул тоже в 1904 году Нагаока, по аналогии с моделью колец Сатурна Джеймса Клерка Максвелла) стала ранним предвестником более поздней и более успешной модели Бора, представляющей атом как подобие Солнечной системы.

Экспериментальное опровержение модели Томсона

Модель атома Томсона 1904 года была опровергнута в эксперименте по рассеянию альфа-частиц на золотой фольге в 1909 году, который был проанализирован Эрнестом Резерфордом в 1911 году, предположившим, что в атоме есть очень малое ядро, содержащее очень большой положительный заряд (в случае золота, достаточный, чтобы компенсировать заряд около 100 электронов), что привело к созданию планетарной модели атома Резерфорда. Хотя атомный номер золота равен 79, сразу же после появления статьи Резерфорда в 1911 году Антониус Ван ден Брук выдвинул интуитивное предположение, что атомный номер и является зарядом ядра, выраженном в единицах элементарного заряда.

Для подтверждения этой гипотезы требовался эксперимент. В 1913 году Генри Мозли экспериментально показал (см. Закон Мозли), что заряд ядра в элементарных зарядах очень близок к атомному номеру (экспериментальное отклонение, обнаруженное Мозли, была не больше единицы), причём Мозли ссылался только на работы Ван ден Брука и Резерфорда. Эта работа в итоге привела к созданию в том же году модели атома Бора, похожей на Солнечную систему (но с квантовыми ограничениями), в которой ядро, имеющее положительный заряд, равный атомному номеру, окружено равным числом электронов в орбитальных слоях.

Интересные факты

Этот раздел представляет собой неупорядоченный список разнообразных фактов о предмете статьи. Пожалуйста, приведите информацию в энциклопедический вид и разнесите по соответствующим разделам статьи. Согласно решению Арбитражного комитета Википедии, списки предпочтительно основывать на вторичных обобщающих авторитетных источниках, содержащих критерий включения элементов в список. (23 октября 2018)
  • При рассмотрении модели Томсона была сформулирована до сих пор нерешённая проблема математической физики — нахождения конфигурации многих зарядов с наименьшей потенциальной энергией на сфере — проблема Томсона.
  • В этой новой модели Томсон отказался от своей более ранней гипотезы «туманного атома» (nebular atom), представлявшей атом состоящим из нематериальных вихрей. Теперь, по крайней мере, часть атома состояла из микроскопических отрицательно заряженных корпускул Томсона, хотя остальная положительно заряженная часть атома по-прежнему оставалась довольно туманной и плохо определённой.
  • Модель Томсона сравнивали (но не он сам) с британским десертом, — пудингом с изюмом, отсюда пошло название этой модели.

> Примечания

Ссылки

  • Прицельный параметр и форма траектории

48. Модели атома Томсона и Резерфорда.

  • •1. Кинематическое описание движения (формулы для описания поступательного и вращательного движения).
  • •Поступательным называется такое движение твердого тела, при котором любая прямая, проведенная в этом теле, перемещается, оставаясь параллельной своему начальному направлению.
  • •Движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью — это движение, при котором тело за любые равные промежутки времени описывает одинаковые дуги.
  • •Ускорение при движении тела по окружности с постоянной по модулю скоростью (центростремительное ускорение)
  • •2. Законы Ньютона для поступательного и вращательного движения.
  • •Поэтому форма записи второго закона Ньютона для прямолинейной формы движения с учетом сказанного должна выглядеть иначе, а именно:
  • •При неравномерном вращении тела запись второго закона Ньютона должна выглядеть так:
  • •3. Постулаты специальной теории относительности и геометрия пространства времени.
  • •4. Фундаментальные взаимодействия. Участники взаимодействия, переносчики взаимодействия, радиус взаимодействия, время взаимодействия.
  • •5. Силы тяготения и электрические силы. Какие силовые поля называются потенциальными?
  • •6. Силы упругости. Деформации, их виды.
  • •7. Закон Гука и модуль Юнга.
  • •8. Силы трения. Виды трения. Трение покоя. (График зависимости силы трения от величины внешней силы). Внутреннее трение, формула Стокса.
  • •9. Закон сохранения импульса как фундаментальный закон природы.
  • •10. Центр масс системы. Вычисление скорости центра масс.
  • •12. Работа и кинетическая энергия. Мощность.
  • •13. Закон сохранения полной механической энергии.
  • •14. Момент инерции твердого тела. Момент импульса. Теорема Штейнера.
  • •15. Уравнение движения и условия равновесия твердого тела.
  • •16. Закон сохранения момента импульса. Кинетическая энергия вращения.
  • •17.Формула ньютона для сил внутреннего трения. Коэффициент вязкости.
  • •18. Колебания
  • •Дифференциальное уравнение гармонических колебаний и его решение.
  • •Получим
  • •22. Амплитуда и фаза при вынужденных колебаниях. Резонансные кривые.
  • •24. Поляризация волн. Три вектора, определяющих электромагнитную волну. Световой вектор. Виды поляризации.
  • •25. Закон Брюстера.
  • •30 Эффект Максвелла для поляризованного света.
  • •31 Точечный источник волн. Плоская и сферическая волна.
  • •32 Фазовая скорость волны. Длина волны, волновое число. Групповая скорость.
  • •33 Когерентность, время когерентности, длина когерентности.
  • •34 Интерференция плоских волн условия возникновения и наблюдения интерференционного максимума и минимума.
  • •35. Интерференция в тонких пленках. Просветление оптики.
  • •36. Полосы равного наклона.
  • •37. Полосы равной толщины.
  • •38. Изменение фазы волны при отражении от границы раздела двух сред.
  • •39. Принцип Гюйгенса-Френеля.
  • •40. Дифракция на круглом отверстии.
  • •40. Дифракция на круглом отверстии.(это объяснение из учебника)
  • •41. Дифракция Фраунгофера. Дифракционная решетка.
  • •42. Условия возникновения дифракционного максимума и минимума.
  • •43. Дифракция Фраунгофера и спектральное разложение. Разрешающая способность и дисперсия дифракционной решетки.
  • •44.Дифракционные и дисперсионные спектры, их отличия.
  • •45. Внешний фотоэффект. Законы Столетова.
  • •46. Вольт-амперная характеристика фотоэлемента, ток насыщения и запирающее напряжение (от каких параметров они зависят).
  • •47. Работа выхода при внешнем фотоэффекте, красная граница фотоэффекта.
  • •48. Модели атома Томсона и Резерфорда.
  • •49. Модель атома Бора, противоречия данной теории, все достоинства и недостатки.
  • •50. Гипотеза де Бройля, свойства волн де Бройля.
  • •51. Волновые свойства материи. Соотношения неопределенности Гейзенберга.
  • •52. Гипотеза Борна, волновая функция. Весь ответ неправильный
  • •53. Принцип неразличимости микрочастиц. Бозоны и фермионы.
  • •56. Энергетическая диаграмма водородоподобного атома. Формула Ридберга.
  • •57. Состав атомного ядра. Нуклоны.
  • •58. Изотопы, изобары, изомеры
  • •59. Дефект массы атомного ядра. Основы ядерной энергетики.
  • •60. Закон радиоактивного распада в интегральной и дифференциальной форме.
  • •Е м61. Закон Бугера
  • •62. Характеристики излучения
  • •63.Траектории движения α, β, γ излучения в электрическом, магнитном и гравитационном полях.
  • •64. Способы регистрации радиоактивного излучения. Счетчик Гейгера и Камера Вильсона.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *