Разработки, приведшие к модели атома Бора

Нильс Бор, ученый, расширил модель атома Резерфорда посредством своих экспериментов. Двойственная природа электромагнитного излучения была важным элементом в развитии модели Бора. Это указывает на то, что излучения могут иметь как волновые, так и корпускулярные свойства. Давайте подробнее рассмотрим эволюцию, которая привела к модели атома Бора.

Волновая природа электромагнитного излучения

Согласно предложению Джеймса Максвелла 1870 года, когда электрически заряженные частицы движутся с ускорением, формируются и передаются переменные магнитные и электрические поля. Эти поля передаются в виде волн и называются электромагнитными волнами или электромагнитным излучением. В течение многих лет ученые размышляли о природе света как разновидности излучения. Первоначально ученые предполагали, что свет состоит из частиц, называемых корпускулами. Волновая природа света была открыта только в начале девятнадцатого века. Максвелл первым продемонстрировал, используя понятие электромагнитного излучения, что электричество, магнетизм и свет являются различными проявлениями одного и того же явления.

Свойства движения электромагнитной волны

1. Колеблющиеся заряженные частицы генерируют перпендикулярные колеблющиеся электрические и магнитные поля. Эти поля также перпендикулярны направлению распространения волны.
2. Электромагнитные волны, в отличие от звуковых волн или волн воды, не требуют среды для распространения. У них есть способность путешествовать в вакууме.
3. Сегодня существует множество различных типов электромагнитных излучений, каждый из которых имеет свою длину волны или частоту. Все они являются частью электромагнитного спектра. Названия и приложения различных частей этого спектра различаются. Например, инфракрасный диапазон около 1013 Гц используется для обогрева, а УФ-компонент солнечных лучей имеет частоту 1016 Гц. Видимый свет — это небольшая составляющая около 1015 Гц, которую наши глаза могут только видеть. Обнаружение невидимого света требует использования специального оборудования.

Свойства электромагнитного излучения

• Частота (v) — количество волн, проходящих через определенное место за одну секунду. Герц (Гц, с- ¹ ) — единица СИ, названная в честь Генриха Герца.
• Длина волны ( λ ) — длина волны измеряется в тех же единицах, что и длина, то есть в метрах (м). Однако, поскольку электромагнитное излучение состоит из нескольких волн малых длин волн, мы используем меньшие единицы измерения.
• Волновое число: число длин волн на единицу длины называется волновым числом. Его единицы - м ^-1 , обратные длине волны.
• Скорость света (с): это скорость, с которой все типы электромагнитного излучения, независимо от длины волны, распространяются в вакууме (3,0 x 10 ⁸ мс ^-1 ). Уравнение: связывает длину волны, частоту и скорость света.

с = ν λ

Частичная природа электромагнитного излучения и излучения черного тела

1. Хотя волновая природа электромагнитного излучения объясняет такие явления, как «дифракция» и «интерференция», некоторые важные свойства остаются неизвестными. Необъяснимы следующие наблюдения:
2. Природа излучения излучения от нагретых тел называется излучением черного тела.
3. Фотоэлектрический эффект, или испускание электронов с поверхности металла под действием радиации.
4. Теплоемкость твердых тел различна.
5. Атомные линейчатые спектры относительно водорода.

При нагревании твердые тела испускают излучения с широким диапазоном длин волн в этом явлении. Нагревание железного стержня в печи или над пламенем — лучший тому пример. Он начинается с тускло-красного цвета и становится ярче по мере повышения температуры. При повышении температуры становится белым, затем синим. Это просто означает, что по мере повышения температуры частота испускаемого излучения увеличивается от более низкой до более высокой частоты. Красный цвет находится в области более низких частот спектра, а синий цвет находится в зоне более высоких частот.

Черное тело — это идеальное тело, которое излучает и поглощает все длины волн излучения. Этот тип излучения известен как излучение черного тела. Распределение частот излучения черного тела определяется исключительно его температурой. Интенсивность излучения при данной температуре увеличивается с уменьшением длины волны, достигает максимума, а затем начинает падать по мере дальнейшего уменьшения длины волны.

Квантовая теория Планка и объяснение излучения черного тела

Явления излучения черного тела и фотоэлектрический эффект плохо объясняются классической физикой или волновой теорией света. Макс Планк дал первое твердое объяснение явления излучения черного тела в 1900 году. Он предположил, что атомы или молекулы излучают или поглощают энергию только в дискретных количествах, известных как квантовые количества, а не в непрерывном режиме. Наименьшее количество энергии, излучаемой или получаемой в виде электромагнитного излучения, называется квантом.

Фотоэлектрический эффект

Эйнштейн использовал квантовую теорию Планка для объяснения фотоэлектрического эффекта в 1905 году. Согласно квантовой теории Планка, попадание луча света на металлическую поверхность эквивалентно попаданию луча частиц или фотонов в металл. В этой ситуации, когда достаточно энергичный фотон сталкивается с электроном в металле, фотон быстро передает свою энергию электрону, и электрон выбрасывается без какой-либо задержки во времени. Более интенсивный световой луч имеет большее количество фотонов и, следовательно, выбрасывает большее количество электронов. Наконец, кинетическая энергия выброшенного электрона увеличивается по мере увеличения энергии, переносимой фотоном. Таким образом, кинетическая энергия вылетевшего электрона пропорциональна частоте электромагнитного излучения.

Двойственное поведение электромагнитного излучения

Фотоэффект и излучение черного тела объясняются корпускулярной природой света. Интерференция и дифракция, с другой стороны, объясняются волновой природой света. Это несоответствие поставило ученых в затруднительное положение. Наконец, они согласились с тем, что свет имеет как волновые, так и корпускулярные свойства, подразумевая, что он ведет себя двояко. Когда свет распространяется, он обладает волнообразными свойствами, а когда он взаимодействует с веществом, он обладает корпускулярными свойствами.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Если кинетическая энергия электрона увеличиться в четыре раза, то во сколько раз длина волны связанной с ним волны де Бройля станет больше самой себя?

Отвечать:

The wavelength has an inverse relationship with the square root of the kinetic energy. As a result, if KE is increased four times, the wavelength is cut in half.

Вопрос 2: Назовите ученого, впервые сформулировавшего строение атома.

Отвечать:

In 1808, a British teacher named John Dalton proposed the atomic structure. He originally proposed a solid scientific foundation known as Dalton’s atomic hypothesis.

Вопрос 3: Почему модель Резерфорда не могла объяснить стабильность атома?

Отвечать:

When charged particles are accelerated, they should create electromagnetic radiation, according to Maxwell’s electromagnetic theory. As a result, an electron in an orbit will emit radiation indefinitely; the orbit will then continue to shrink, which is not the situation in an atom.

Вопрос 4: Как интенсивность света влияет на фотоэлектроны?

Отвечать:

The quantity of electrons ejected and the kinetic energy associated with them is proportional to the intensity of light directed at the metal.

Вопрос 5: Что Эйнштейн объяснил о фотоэффекте?

Отвечать:

In 1905, Einstein used Planck’s quantum theory of electromagnetic radiation to explain the photoelectric effect. Energy in each quantum of light is equal to a constant multiplied with the speed of light.