Затруднения теории Резерфорда

Предложенная Резерфордом модель строения атома покоится на твердых экспериментальных данных и хорошо объясняет их. Но в то же время она не объясняет ни спектральных закономерностей, ни самого факта испускания атомом монохроматического излучения. В самом деле, движение электрона по орбите, как и всякое криволинейное движение, есть движение с ускорением. Согласно законам классической электродинамики криволинейное движение должно сопровождаться излучением света соответствующей частоты. В частности, при равномерном движении по кругу частота излучения равна частоте обращения по кругу. Следовательно, при движении электрона вокруг ядра атом должен излучать энергию. Но непрерывное уменьшение энергии приводит к непрерывному уменьшению радиуса орбиты электрона и электрон будет двигаться по спирали приближаясь к ядру. А так как скорость движения электрона остается неизменной, то увеличивается число оборотов в секунду, т.е. непрерывно должна увеличиваться частота излучении, спектр излучения должен быть непрерывным. Непрерывно приближаясь к ядру электрон через малую долю секунды должен упасть на ядро, т.е. атом должен являться неустойчивой системой.

Таким образом, применение классической электродинамики к модели атома Резерфорда приводит к полному противоречию с экспериментальными фактами. Согласно классической теории должно быть:

а) непрерывное приближение электрона к ядру, т.е. неустойчивость атома, но в действительности атом является весьма устойчивой системой;

б) спектр излучения должен быть только непрерывным, сплошным, в действительности же наблюдаются спектры линейчатые.

Для объяснения этих противоречий понадобилось новая физическая теория – квантовая теория.

Понятие о квантах и постоянная Планка

Целый ряд световых явлений, как например, фотоэффект, линейчатые спектры и другие, не могли быть объяснены с точки зрения волновой теории света и в начале XX века зарождается новая теория света– квантовая теория. В 1900 году ученый Макс Планк предложил теорию, согласно которой лучистая энергия испускается и поглощается не непрерывным волновым потоком, а как бы отдельными порциями, которые получили название квантов. По теории Планка величина энергии кванта e пропорциональна частоте колебаний n:

e = h×n

(4)

Коэффициент пропорциональности h является универсальной постоянной т.е. независящей от условий опыта, и получили название п о с т о я н н о й Планка.

Кванты света получили название ф о т о н о в.

Одним из основным выводов теории относительности Эйнштейна является закон, устанавливающий взаимосвязь массы и энергии: e = m c2

где m –масса тела; с –скорость света; e –энергия связанная с массой m.

В силу этого закона фотон должен обладать массой:

(5!)

Так как фотон движется со скоростью света, то его масса покоя должна быть равна нулю, m₀ = 0, т.е. не существует покоящихся фотонов.

Обладая массой, фотон обладает и импульсом. Импульс фотона можно определить из равенства:

p = = = mc

(5!!)

Таким образом, фотон подобно любой движущейся частице обладает энергией, массой, импульсом. Наличие у фотона массы и импульса экспериментально подтверждается опытами П.Н Лебедева по измерению светового давления.