Резерфорд предположил, что атом устроен по-добно планетарной системе. Суть модели строения атома по Резерфорду заключается в следующем: в центре атома находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена вся масса, вокруг ядра по круговым орбитам на больших расстояниях вра-щаются электроны (как планеты вокруг Солнца). За-ряд ядра совпадает с номером химического элемента в таблице Менделеева.

Планетарная модель строения атома по Резерфорду не смогла объяснить ряд известных фактов:

электрон, имеющий заряд, должен за счет кулоновских сил притяжения упасть на ядро, а атом -- это устойчивая система; при движении по круговой ор-бите, приближаясь к ядру, электрон в атоме должен излучать электромагнитные волны всевозможных частот, т. е. излучаемый свет должен иметь непре-рывный спектр, на практике же получается иное:

электроны атомов излучают свет, имеющий линейча-тый спектр. Разрешить противоречия планетарной ядерной модели строения атома первым попытался датский физик Нильс Бор.

Билет №23

Квантовые постулаты Бора. Испускание и поглощение света атомами. Спектральный анализ

План ответа

1. Первый постулат. 2. Второй постулат. 3. Ви-ды спектров.

В основу своей теории Бор положил два посту-лата. Первый постулат: атомная система может на-ходиться только в особых стационарных или кван-товых состояниях, каждому из которых соответ-ствует своя энергия; в стационарном состоянии атом не излучает.

Это означает, что электрон (например, в атоме водорода) может находиться на нескольких вполне определенных орбитах. Каждой орбите электрона со-ответствует вполне определенная энергия.

Второй постулат: при переходе из одного ста-ционарного состояния в другое испускается или по-глощается квант электромагнитного излучения. Энергия фотона равна разности энергий атома в двух состояниях: hv = Еm - Еn; h = 6,62 * 10-34 Дж * с, где h -- постоянная Планка.

При переходе электрона с ближней орбиты на более удаленную, атомная система поглощает квант энергии. При переходе с более удаленной орбиты электрона на ближнюю орбиту по отношению к ядру атомная система излучает квант энергии.

Теория Бора позволила объяснить существова-ние линейчатых спектров.

Спектр излучения (или поглощения) -- это набор волн определенных частот, которые излучает (или поглощает) атом данного вещества.

Спектры бывают сплошные, линейчатые и по-лосатые.

Сплошные спектры излучают все вещества, находящиеся в твердом или жидком состоянии. Сплошной спектр содержит волны всех частот види-мого света и поэтому выглядит как цветная полоса с плавным переходом от одного цвета к другому в та-ком порядке: Красный, Оранжевый, Желтый, Зеле-ный, Синий и Фиолетовый (Каждый Охотник Желает Знать, где Сидит Фазан).

Линейчатые спектры излучают все вещества в атомарном состоянии. Атомы всех веществ излучают свойственные только им наборы волн вполне определенных частот. Как у каждого человека свои личные отпечатки пальцев, так и у атома данного вещества свой, характерный только ему спектр. Линейчатые спектры излучения выглядят как цветные линии, разделенные промежутками. Природа линейчатых спектров объясняется тем, что у атомов конкретного вещества существуют только ему свойственные ста-ционарные состояния со своей характерной энергией, а следовательно, и свой набор пар энергетических уровней, которые может менять атом, т. е. электрон в атоме может переходить только с одних определен-ных орбит на другие, вполне определенные орбиты для данного химического вещества.

Полосатые спектры излучаются молекулами. Выглядят полосатые спектры подобно линейчатым, только вместо отдельных линий наблюдаются от-дельные серии линий, воспринимаемые как отдель-ные полосы.

Характерным является то, что какой спектр излучается данными атомами, такой же и погло-щается, т. е. спектры излучения по набору излу-чаемых частот совпадают со спектрами поглощения. Поскольку атомам разных веществ соответствуют свойственные только им спектры, то существует спо-соб определения химического состава вещества мето-дом изучения его спектров. Этот способ называется спектральным анализом. Спектральный анализ применяется для определения химического состава ископаемых руд при добыче полезных ископаемых, для определения химического состава звезд, атмо-сфер, планет; является основным методом контроля состава вещества в металлургии и машиностроении.

Билет №24

Фотоэффект и его законы. Уравнение Эйнштейна для фотоэффекта и постоянная Планка. Применение фотоэффекта в технике

Плав ответа

1. Гипотеза Планка. 2. Определение фотоэф-фекта. 3. Законы фотоэффекта. 4. Уравнение Эйн-штейна. 5. Применение фотоэффекта.

В 1900 г. немецкий физик Макс Планк выска-зал гипотезу: свет излучается и поглощается отдель-ными порциями -- квантами (или фотонами). Энер-гия каждого фотона определяется формулой Е = hн, где h -- постоянная Планка, равная 6,63 * 10-34 Дж * с, н -- частота света. Гипотеза Планка объяснила мно-гие явления: в частности, явление фотоэффекта, от-крытого в 1887 г. немецким ученым Генрихом Гер-цем и изученного экспериментально русским ученым А. Г. Столетовым.

Фотоэффект -- это явление испускания элек-тронов веществом под действием света.

В результате исследований были установлены три закона фотоэффекта.

1. Сила тока насыщения прямо пропорцио-нальна интенсивности светового излучения, па-дающего на поверхность тела.

2. Максимальная кинетическая энергия фото-электронов линейно возрастает с частотой света и за-висит от его интенсивности.

3. Если частота света меньше некоторой опре-деленной для данного вещества минимальной часто-ты, то фотоэффект не происходит.

Зависимость фототока от напряжения показа-на на рисунке 36.

Теорию фотоэффекта создал немецкий ученый А. Эйнштейн в 1905 г. В основе теории Эйнштейна лежит понятие работы выхода электронов из металла и понятие о квантовом излучении света. По теории Эйнштейна фотоэффект имеет следующее объясне-ние: поглощая квант света, электрон приобретает энергию hv. При вылете из металла энергия каждого электрона уменьшается на определенную величину, которую называют работой выхода (Авых). Работа выхода -- это работа, которую необходимо затратить, чтобы удалить электрон из металла. Максимальная энергия электронов после вылета (если нет других потерь) имеет вид: mv2/2 = hv -- Авых, Это уравне-ние носит название уравнения Эйнштейна.

Если hн < Авых то фотоэффект не происходит. Значит, красная граница фотоэффекта равна нmin = Авых/h

Приборы, в основе принципа действия кото-рых лежит явление фотоэффекта, называют фото-элементами. Простейшим таким прибором является вакуумный фотоэлемент. Недостатками такого фото-элемента являются: слабый ток, малая чувствительность к длинноволновому излучению, сложность в изготовлении, невозможность использования в цепях переменного тока. Применяется в фотометрии для измерения силы света, яркости, освещенности, в ки-но для воспроизведения звука, в фототелеграфах и фототелефонах, в управлении производственными процессами.

Существуют полупроводниковые фотоэлемен-ты, в которых под действием света происходит изме-нение концентрации носителей тока. Они использу-ются при автоматическом управлении электрически-ми цепями (например, в турникетах метро), в цепях переменного тока, в качестве невозобновляемых ис-точников тока в часах, микрокалькуляторах, прохо-дят испытания первые солнечные автомобили, ис-пользуются в солнечных батареях на искусственных спутниках Земли, межпланетных и орбитальных ав-томатических станциях.

С явлением фотоэффекта связаны фотохимиче-ские процессы, протекающие под действием света в фотографических материалах.

Билет №25

Состав ядра атома. Изотопы. Энергия связи ядра атома. Цепная ядерная реакция, условия ее осуществления. Термоядерные реакции

План ответа

1. Открытие нейтрона. 2. Состав ядра атома. 3. Изотопы. 4. Дефект массы. 5. Энергия связи атом-ного ядра. 6. Ядерные реакции. 7. Цепная ядерная реакция. 8. Термоядерные реакции.

В 1932 г. английский физик Джеймс Чедвик открыл частицы с нулевым электрическим зарядом и единичной массой. Эти частицы назвали нейтрона-ми. Обозначается нейтрон п. После открытия ней-трона физики Д. Д. Иваненко и Вернер Гейзенберг в 1932 г. выдвинули протонно-нейтронную модель атомного ядра. Согласно этой модели ядро атома лю-бого вещества состоит из протонов и нейтронов. (Об-щее название протонов и нейтронов -- нуклоны.) Число протонов равно заряду ядра и совпадает с но-мером элемента в таблице Менделеева. Сумма числа протонов и нейтронов равна массовому числу. На-пример, ядро атома кислорода 168O состоит из 8 про-тонов и 16 - 8 = 8 нейтронов. Ядро атома 23592U со-стоит из 92 протонов и 235 - 92 = 143 нейтронов.

Химические вещества, занимающие одно и то же место в таблице Менделеева, но имеющие разную атомную массу, называются изотопами. Ядра изото-пов отличаются числом нейтронов. Например, водо-род имеет три изотопа: протий -- ядро состоит из од-ного протона, дейтерий -- ядро состоит из одного протона и одного нейтрона, тритий -- ядро состоит из одного протона и двух нейтронов.

Если сравнить массы ядер с массами нукло-нов, то окажется, что масса ядра тяжелых элементов больше суммы масс протонов и нейтронов в ядре, а для легких элементов масса ядра меньше суммы масс протонов и нейтронов в ядре. Следовательно, су-ществует разность масс между массой ядра и суммой масс протонов и нейтронов, называемая дефектом массы. М = Мя - (Mp + Мn).

Так как между массой и энергией существует связь Е = mc2, то при делении тяжелых ядер и при синтезе легких ядер должна выделяться энергия, существующая из-за дефекта масс, и эта энергия на-зывается энергией связи атомного ядра. Есв = Мс2.

Выделение этой энергии может происходить при ядерных реакциях.

Ядерная реакция -- это процесс изменения заряда ядра и его массы, происходящий при взаимо-действии ядра с другими ядрами или элементарными частицами. При протекании ядерных реакций вы-полняются законы сохранения электрических заря-дов и массовых чисел: сумма зарядов (массовых чи-сел) ядер и частиц, вступающих в ядерную реакцию, равна сумме зарядов (массовых чисел) конечных про-дуктов (ядер и частиц) реакции.

Цепная реакция деления -- это ядерная ре-акция, в которой частицы, вызывающие реакцию, образуются как продукты этой реакции. Необходи-мым условием для развития цепной реакции деления является требование k > 1, где k --- коэффициент размножения нейтронов, т. е. отношение числа ней-тронов в данном поколении к их числу в пре-дыдущем поколении. Способностью к цепной ядер-ной реакции обладает изотоп урана 235U. При нали-чии определенных критических параметров (крити-ческая масса -- 50 кг, шаровая форма радиусом 9 см) три нейтрона, выделившиеся при делении пер-вого ядра попадают в три соседних, ядра и т. д. Про-цесс идет в виде цепной реакции, которая протекает за доли секунды в виде ядерного взрыва. Неуправ-ляемая ядерная реакция применяется в атомных бомбах. Впервые решил задачу об управлении цеп-ной реакцией деления ядер физик Энрико Ферми. Им был изобретен ядерный реактор в 1942 г. У нас в стране реактор был запущен в 1946 г. под руковод-ством И. В. Курчатова.

Термоядерные реакции -- это реакции синте-за легких ядер, происходящие при высокой темпера-туре (примерно 107 К и выше). Необходимые условия для синтеза ядер гелия из протонов имеются в нед-рах звезд. На Земле термоядерная реакция осущест-влена только при экспериментальных взрывах, хотя ведутся международные исследования по управлению этой реакцией.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9