Первые прямые эксперименты по исследованию внутренней структуры атомов были выполнены Э. Резерфордом и его сотрудниками Э. Марсденом и Х. Гейгером в 1909–1911 годах. Резерфорд предложил применить зондирование атома с помощью α-частиц, которые возникают при радиоактивном распаде радия и некоторых других элементов. Масса α-частиц приблизительно в 7300 раз больше массы электрона, а положительный заряд равен удвоенному элементарному заряду. В своих опытах Резерфорд использовал α-частицы с кинетической энергией около 5 МэВ (скорость таких частиц очень велика – порядка 107 м/с, но все же значительно меньше скорости света). α-частицы – это
полностью ионизированные атомы гелия. Они были открыты Резерфордом в 1899 году при изучении явления радиоактивности. Этими частицами Резерфорд бомбардировал атомы тяжелых элементов (золото, серебро, медь и др.). Электроны, входящие в состав атомов, вследствие малой массы не могут заметно изменить траекторию α-частицы.
От радиоактивного источника, заключенного в свинцовый контейнер, α-частицы направлялись на тонкую металлическую фольгу. Рассеянные частицы попадали на экран, покрытый слоем кристаллов сульфида цинка, способных светиться под ударами быстрых заряженных частиц. Сцинтилляции (вспышки) на экране наблюдались глазом с помощью микроскопа. Наблюдения рассеянных α-частиц в опыте Резерфорда можно было проводить под различными углами φ к первоначальному направлению пучка. Было обнаружено, что большинство α-частиц проходит через тонкий слой металла, практически не испытывая отклонения. Однако небольшая часть частиц отклоняется на значительные углы, превышающие 30°. Очень редкие α-частицы (приблизительно одна на десять тысяч) испытывали отклонение на углы, близкие к 180°.
(а) Классический вариант: практически нет отклонения
(б) Опыт Резерфорда
Атом Резерфорда– система зарядов, в центре которой положительное ядро зарядом Z*e, имеющее размеры не превышающее (??~10−13см), а вокруг расположено Z электронов, распределенных по всему объему атома. (выпиши основную информацию)
Недостаток модели Резерфорда. Эти отрицательные заряды не могут быть статическими (неподвижными). Теорема Ирншоу говорит, что система неподвижных зарядов является неустойчивой. Значит, электроны двигаются вокруг ядра по искривленным траекториям. В этом случае электрон, двигаясь с ускорением (ц.с.) должен непрерывно излучать ЭМВ. Процесс излучения сопровождается потерей энергии, так что в конечном счете электрон должен упасть на ядро.