Головна
Банківська справа  |  БЖД  |  Біографії  |  Біологія  |  Біохімія  |  Ботаніка та с/г  |  Будівництво  |  Військова кафедра  |  Географія  |  Геологія  |  Екологія  |  Економіка  |  Етика  |  Журналістика  |  Історія техніки  |  Історія  |  Комунікації  |  Кулінарія  |  Культурологія  |  Література  |  Маркетинг  |  Математика  |  Медицина  |  Менеджмент  |  Мистецтво  |  Моделювання  |  Музика  |  Наука і техніка  |  Педагогіка  |  Підприємництво  |  Політекономія  |  Промисловість  |  Психологія, педагогіка  |  Психологія  |  Радіоелектроніка  |  Реклама  |  Релігія  |  Різне  |  Сексологія  |  Соціологія  |  Спорт  |  Технологія  |  Транспорт  |  Фізика  |  Філософія  |  Фінанси  |  Фінансові науки  |  Хімія

Досліди Резерфорда - Фізика

МІНІСТЕРСТВО ВИЩОЇ І СЕРЕДНЬОГО СПЕЦІАЛЬНОГО ОСВІТИ РФ.

Новосибірський державний архітектурно-будівельний УНІВЕРСИТЕТ

кафедра фізікіРЕФЕРАТ

на тему:

Досліди Резерфорда

Виконав: Кузнецов І.О. (Група 226)

Перевірив: Берхоер Л.Д.

Новосибірськ 2000

Ернест Резерфорд - один з найзнаменитіших фізиків першої половини XX століття. Колись Резерфорд перший анатомував атом, знайшовши в ньому ядро. Він досліджував складні явища, що протікають у цій разюче малій частці речовини, а потім у своїй лабораторії розщепив ядра атомів.

Ще будучи студентом 2-го курсу університету Резерфорд на одній з конференцій виступив з доповіддю на тему "Еволюція елементів". Резерфорд висловив припущення, що всі хімічні елементи являють собою складні хімічні системи, що складаються з одних і тих же елементарних частинок. У той час атом вважався неподільним - у фізику панувала теорія Дальтона про неподільність атомів.

Перша спроба створення на основі накопичених експериментальних даних модели атома належить ДЖ. ДЖ. Томсону. Електрони, як думав Томсон, вкраплені в сверхминиатюрную сферу діаметром 10-8см., У якій рівномірно розподілені позитивні заряди. Разом з негативно зарядженими електронами сфера електрично нейтральна. Це і є атом. У той час так думав і Резерфорд, що працював в одній лабораторії з Томсоном, і навіть не мріяв, що зможе створити більш досконалу модель, засновану на нових уявленнях.

У 1896 г, вивчаючи люмінесценцію різних речовин, А.Беккерель випадково виявив, що солі урану випромінюють без попереднього їхнього висвітлення. Це випромінювання володіє великою проникаючою силою і здатне впливати на фотографічну пластинку, загорнену в чорний папір. Резерфорд негайно зайнявся вивченням Беккерелиевих променів. Він почав дослідження рентгенівських променів з перевірки свого припущення про зв'язок між рентгенівськими і беккерелиевими променями. Ця думка прийшла до нього в голову по дуже простій причині: і ті й інші робили іонізацію повітря. Ця ідея не увінчалася успіхом.

Але найбільш важливим результатом Резерфорда було відкриття; -Частинок у складі випромінювання, що випускається ураном. Резерфорд помістив уранове джерело в сильне магнітне поле і розділив випромінювання на три різних його виду. Іншими словами, він відкрив тоді склад радіоактивності: альфа- і бета-частинки і гамма-промені.

Отримавши; -Частинки, Резерфорд негайно ж зробив геніальний висновок, що саме вони являють собою могутній інструмент для проникнення в глиб атома. Як підтвердилося пізніше, це було абсолютно правильно. У наступних роботах Резерфорд широко використовував; -астици як снаряди, що проникають в серце атома - атомне ядро.

Резерфорд відкрив еманацію торію і довів, що цей радіоактивний газ, що виділяється з торію, являє собою хімічний елемент, що відрізняється від самого торію. Пізніше він визначив атомну вагу еманації і показав, що вона являє собою шляхетний газ нульової групи системи Д.И.Менделева.

Резерфорд і Фредерік Содді вперше пояснюють радіоактивний розпад як мимовільний перехід одних елементів в інші. Після еманації торію Резерфорд відкрив еманацію радію - радон. Вченому було ясно, що радій, випускаючи; -Частинки, перетворюється в нову активну речовину, подібно еманації торію. Це відкриття остаточне підтверджувало теорію радіоактивного розпаду.

На початку 1903 Резерфорд досвідченим шляхом намагається визначити хімічний склад; -Частинок. Ідея полягає в тому, щоб порівняти масу; -Частинки з масами атомів відомих елементів. Досвід дозволив йому першому ідентифікувати; -Частинки з атомами гелію. Пізніше це підтвердилося і спектрографически.

У 1908 році Резерфорд приступив до широких досвідів по дослідженню; -часток методом підрахунку їх за допомогою сцинтиляційного лічильника Гейгера.

Разом з Гейгером і Ройдсом Резерфорд зробив серію досвідів, що підтверджували, що -частки є ніщо інше як двічі іонізовані (тобто втратили по 2 електрони) атоми гелію. Цей історичний досвід, завдяки якому вже ні в кого не могло залишитися сумніву в правильності його теорії розпаду, полягав у наступному:

в запаяну трубку 2 Резерфорд помістив деяку кількість радону - еманації радію. Товщина стінок цієї трубки 0,01 мм. Вони досить тонкі, щоб випуска радоном; -Частинки могли проходити через них у зовнішню трубку 3. Перед досвідом трубка 3 ретельно откачивалась, і в ній спектрографическим шляхом не можна було виявити ліній гелію. Через кілька днів у трубці 3 виявилося нагромадження газу. Підвищуючи тиск у приладі, що нагромадився газ можна було сконцентрувати в трубці 1. Через трубку пропускався електричний заряд і тоді виявлялося, що в ній спектральний аналіз показує характерні лінії гелію. У трубці був гелій. Але може бути він потрапив у трубку 2 по недогляду разом з радоном, а звідти проник в трубки 3 і 1? Контрольний досвід дав на це питання негативна відповідь. Точно в такий же прилад (у трубку 2) Резерфорд поміщав НЕ радон, а чистий гелій. Однак через кілька днів у трубці 1 лінії гелію не виявлялися. Гелій не міг пройти через скляні стінки трубки 2 у трубку 3. -частки ж легко проходили через скло і накопичувалися в трубці 3, а потім концентрувалися в трубці 1, де і піддавалися спектральному аналізу, даючи лінії гелію.

Після цього Резерфорд, разом з Гейгером і Марсденом провели нову серію експериментів. Результати зробили переворот у фізиці. Це була найбільш драматична глава в науці нашого часу. Резерфорд відкрив атомне ядро і тим самим заснував нову винятково важливу науку - ядерну фізику.

Що це були за експерименти? Резерфорд і Гейгер спочатку продовжили спостереження сцинтилляций, що викликаються; -частками при ударі об люмінесцентний екран із сірчистого цинку. Насамперед досвіди привели Резерфорда до висновку, що кожен спалах (сцинтилляция) викликається однієї; -часткою. Таким чином справдилося припущення, висунуте їм раніше. Резерфорд писав тоді, що спостереження сцинтилляций на екрані із сірчистого цинку являє собою дуже зручний спосіб рахунка часток, якщо кожна частка викликає спалах. Отже, якщо кожен спалах викликаний однієї; -часткою, то перед фізиками відкривається можливість спостерігати за поведінкою окремих атомів.

Резерфорд і Гейгер візуально підрахували, що в продовження секунди з випромінювача в одну тисячну грама радію вилітає 130 000; -Частинок. Точність підрахунку була бездоганна. Обидва вчених, до яких пізніше приєднався Марсден, багато годин проводили в затемненій лабораторії за стомлюючим рахунком сцинтилляций. Гейгер розповідав, що йому одному довелося підрахувати в цілому мільйон; -Частинок.

Свою роботу почав учень Резерфорда Марсден. Йому було доручено вважати -частки, що проходять через тонкі металеві пластинки. Ці пластинки містилися в прилад між випромінювачем; -Частинок і люмінесцентним екраном.

Доручаючи Марсдену цю роботу, Резерфорд не розраховував знайти що = або зацікавлене. За умови, що модель атома Томсона правильна (а тоді не було ніяких причин сумніватися в цьому), досвід повинен був показати, що -частки вільно проходять через металеві перешкоди. Однак щось все-таки змусило Резерфорда піти на цей новий експеримент.

Марсдена вразило, що -частки в цьому простому досвіді поводяться інакше, чим повинні вести, якщо прийняти модель атома такий, який її запропонував Томсон. Відповідно до моделі Томсона позитивний заряд розподілений по всьому об'єму атома і врівноважується негативним зарядом електронів, кожний з яких має масу набагато меншу, ніж маса; -Частинки. Тому навіть у рідких випадках, коли; -частка зіткнеться з набагато більш легким у порівнянні з нею електроном, вона може лише незначно відхилитися від свого прямолінійного шляху. Але в дослідах Марсдена; -Частинки аж ніяк не безперешкодно проходили через металеву пластинку. Ні, деякі з них відхилялися після удару об пластинку на кут близько 150о, тобто майже назад поверталися до випромінювача. Таких часток було, правда, дуже мало. Коли експериментатор перекривав шлях; -часткам більш товстою пластинкою, то в його поле зору з'являлося більше; -Частинок, що відхилилися на великі кути. Це вказувало, що помічене Марсденом розсіювання; -Частинок не представляє собою якогось поверхневого ефекту, тобто воно не пов'язане з поверхнею пластинки. Але Марсден не міг висловити будь-яких міркувань з приводу побаченого їм дивного поводження; -Частинок. Він розповів докладно про свої спостереження Резерфорду.

Пізніше Резерфорд зізнався, що повідомлення Марсдена справило на нього приголомшливе враження: «це було майже неправдоподібно, як якщо б ви вистрілили пятнадцатифунтовим снарядом в шматок цигаркового паперу і снаряд відскочив би назад і вразив вас».

Резерфорд відразу уявив собі, що ефект, що спостерігається Марсденом, міг бути тільки в одному випадку: якщо; -частка, проникнувши в атом, натикалася на яку-небудь масивну перешкоду, наявну в ньому, і відкидалася, одержавши при зіткненні могутній удар.

На підставі цих досліджень Резерфорд припустив ядерну (планетарну) модель атома. Відповідно до цієї моделі, навколо позитивного ядра, що має заряд ze (z - порядковий номер елемента в системі Менделєєва, e - елементарний заряд), розмір 10-15- 10-14м і масу, практично рівну масі атома, в області з лінійними розмірами порядку 10 -10м по замкнутих орбітах рухаються електрони, утворюючи електронну оболонку атома. Так як атоми нейтральні, то заряд ядра дорівнює сумарному заряду електронів, тобто навколо ядра має обертатися z електронів.

Для простоти припустимо, що електрон рухається навколо ядра по круговій орбіті радіуса r. При цьому кулонівська сила взаємодії між електроном і ядром повідомляє електрону доцентрове прискорення. Другий закон Ньютона для електрона, що рухається по колу під дією кулонівської сили, має вигляд, де meі v - маса і швидкість електрона на орбіті радіуса r, - електрична стала.

Дане рівняння містить два невідомих: r і v. Отже, існує незліченна безліч значень радіуса і відповідних йому значень швидкості (а значить і енергії), що задовольняють цьому рівнянню. Тому величини r, v (отже і E) можуть мінятися безупинно, тобто може випускатися будь-яка, а не цілком визначена порція енергії. Тоді спектри атомів повинні бути суцільними. Насправді ж досвід показує, що атоми мають лінійчатий спектр. Також з даного вираження випливає, що прим швидкість руху електроновм / с, а прискоренням / с2. Відповідно до класичної електродинаміки, що прискорено рухаються електрони повинні випромінювати електромагнітні хвилі і внаслідок цього безупинно втрачати енергію. В результаті електрони будуть наближатися до ядра і зрештою упадуть на нього. Таким чином, атом Резерфорда виявляється нестійкою системою, що знов-таки суперечить дійсності.

Спроби побудувати модель атома в рамках класичної фізики не привели до успіху: модель Томсона була спростована досвідами Резерфорда, ядерна ж модель виявилася нестійкою Електродинамически і суперечила досвідченим даним. Подолання виниклих труднощів зажадало створення якісно нової - квантової - теорії атома.

У 1914 році почалася перша світова війна і Резерфорду довелося на якийсь час відкласти свої дослідження. Але періодично, працюючи на воєнну промисловість, він повертався до своїх власних експериментів. У своїх наступних експериментах Резерфорд планував зламати атом.

Ці спроби увінчалися повним і приголомшливим успіхом. Новий зліт Резерфордовского генія привів до відкриття, яке згодом революціонізіровал всю науку і техніку сучасності. Було дано перший сигнал до початку атомного століття. Резерфорд розщепив атомне ядро.

Думка про це виникла у Резерфорда при спостереженні в камері Вільсона (на той час вона була вже винайдена й удосконалена) і в стінцілляціонном лічильнику загадкових треків (слідів), набагато більш довгих, ніж треки; -Частинок, добре знайомих йому по незліченних дослідам. Він подумав, що існують якісь невідомі йому причини різкого подовження пробігу; -Частинок. Інше припущення (воно виявилося правильним) полягає в тому, що довгі сліди залишають інші непізнані частки. Перед дослідником виникла задача з'ясувати, яке з двох припущень істинно.

Для отримання відповіді на свої питання Резерфорд вирішив виконати серію дослідів по бомбардуванню; -частками різних речовин. Він побудував прилад, який нам здається тепер незвичайно простим. Але ми повинні визнати також, що тільки він був найбільш придатний для наочного рішення задачі. У ньому мішенями для бомбардування повинні були бути гази (тобто легкі атоми), а не металеві пластинки, зазвичай використовувалися Резерфордом у багатьох попередніх дослідах.

Власне побудований Резерфордом прилад, за допомогою якого йому вдалося вперше розщепити ядра атомів легких елементів, схематично зображено на малюнку.

Латунна трубка 6 довжиною 20 см з двома кранами роздуваються. Всередині трубки знаходиться диск радіоактивного випромінювача 7, що випускає; -Частинки. Диск цей укріплений на стійці, що рухається по рейці 4. Під час досвіду один кінець трубки закривається матовою скляною пластинкою, а інший кінець - скляною пластинкою (прикріплюваної воском). Маленьке прямокутний отвір в латунної платівці закривалося срібною пластинкою 3. Срібна пластинка мала здатність затримувати; -Частинки, еквівалентні шару повітря товщиною приблизно 5 см. Проти отвору містився люминесцирующий екран з цинкової обманки. Для рахунку сцинтилляций дослідник користувався зорової трубою 1.

Коли Резерфорд наповнив трубку азотом, то в поле зору з'явилися частки, що залишають дуже довгий слід, подібно до того, що він уже спостерігав. Звичайно, Резерфорд, перш ніж прийти до остаточних висновків, проробив ще багато досвідів. Але остаточний висновок було таке: при зіткненні; -Частинок з ядрами азоту, деякі з цих ядер руйнуються, випускаючи ядра водню - протони, а потім відбувається утворення ядра кисню.

Колосальне значення цього відкриття було із самого початку ясно самому Резерфорду і його співробітникам. Вперше здійснилося розщеплення атомних ядер. Непохитні, як здавалося до цього, уявлення про «неразложимости» хімічних елементів були наочно спростовані. Відкривалися зовсім нові і дивні можливості штучного одержання одних елементів з інших, виділення величезної енергії, що міститься в ядрах, і т.д.

Продовжуючи дослідження, він одержує експериментальне підтвердження раніше вже встановленого ним положення - що невелика кількість атомів азоту при бомбардуванні розпадається, випускаючи швидкі протони - ядра водню. У світлі пізніших досліджень, писав Резерфорд, "загальний механізм цього перетворення цілком ясний. Час від часу; -Частинки дійсно проникають в ядро азоту, утворюючи на мить нове ядро типу ядра фтору з масою 18 і зарядом 9. Це ядро, яке в природі не існує, надзвичайно нестійке і відразу ж розпадається, викидаючи протон і перетворюючи в стійке ядро кисню з масою 17 ... »

В результаті тривалих експериментів Резерфорду вдалося викликати ядерні реакції в 17 легких елементах.

Продовжуючи досвіди по розщепленню ядер, Резерфорд прийшов до наступного висновку: хоча -частки і володіють великою енергією, але для проникнення в ядра елементів вони все ж є недостатньо потужними снарядами. Він вирішив підвищити енергію частинок, розганяючи їх у високовольтній установці. Так було зроблено перший крок у розвитку прискорювальної техніки.

 & Список літератури:

1) Ф.Федоров. «Ланцюгова реакція ідеї», вид. «Знання», М., 1975р.

2) Т.І.Трофімова. «Курс фізики», вид. «Вища школа», М., 1999р.

3) «Курс загальної фізики», Г.А.Зісман, О.М.Тодес, вид. «Едельвейс», Київ, 1994р.
СИНЕРГЕТИКА ЯК НАУКА Про САМООРГАНИЗАЦИИ
КЫРГЫЗСКО-РОСІЙСЬКИЙ СЛОВ'ЯНСЬКИЙ УНІВЕРСИТЕТ ПРИРОДНО-ТЕХНІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ РЕФЕРАТ НА ТЕМУ: «СИНЕРГЕТИКА ЯК НАУКА ОБ САООРГАНИЗАЦИИ» ВИКОНАВ СТУДЕНТ ГР. ИВТ-1-97 ШИЛОВ ПАВЛО БИШКЕК 2000 СИНЕРГЕТИКА ЯК НАУКА ОБ САООРГАНИЗАЦИИ. Своє бачення даної теми я б хотів почати

Роль термодинаміки в сучасній фізиці
ЗМІСТ ВСТУП Першого початку термодинаміки Другий закон термодинаміки Третій закон термодинаміки ТЕПЛОВІ МАШИНИ ВИСНОВОК ВСТУП Теплові явища відрізняються від механічних і електромагнітних тим, що закони теплових явищ необоротні (тобто теплові процеси самі йдуть лише в одному напрямку) і що

Релятивістська причинність
Міністерство Освіти Російської Федерації Тульський Державний Університет Кафедра фізики реферат Релятивістська причинність Виконав: студент групи 520331 Нікітін Іван. Перевірив: Жарков Р.В. Тула 2003 Зміст Введення 2 Концепції причинності 3 Характеристика релятивістської концепції причинності

Реактивний двигун і основні властивості роботи теплових машин
РЕФЕРАТ З ТЕМИ: Реактивні Двигуни і Основи Роботи Тепловий Машини. НАПИСАВ: Лукін А.В. ПЕРЕВІРИТИ: Шелкунова Т.В. г.Новокузнецка -1- Знання закону збереження імпульсу в багатьох випадках дає можливість виконати розрахунки результату взаємодії тіл, коли значення діючих сил невідомі. Тепловий

Розрахунок рекуперативного теплообмінника газотурбінного двигуна
ЗМІСТ. Реферат... 2 ЗАДАНИЕ... 3 ВВЕДЕНИЕ... 4 1. Цілі і завдання курсової работы... 4 ТЕПЛОВОЇ РОЗРАХУНОК Протиточний рекуперативним ТЕПЛООБМІННИКА ... 5 1.Визначення масових секундних витрат теплоносителей... 5 2.Визначення температурних умов роботи теплообменника... 5 3. Визначення коефіцієнтів

Поширення радіохвиль
РЕФЕРАТ НА ТЕМУ Чечельницького Е. 11-В Поширення радіохвиль Найпростіший випадок - це поширення радіо хвилі у вільному просторі. Вже на невеликій відстані від радіопередавача його можна вважати точкою. А якщо так, то фронт радіохвилі можна вважати сферичним. Якщо ми проведемо подумки кілька

Радіолокація
1. Що таке? Радіолокація - область науки і техніки, предмет якої - спостереження різних об'єктів (цілей) радіотехнічними методами: їхнє виявлення, розпізнавання, визначення їх координат і швидкості й ін. Ще А.С. Попов зауважив, що радіохвилі мають здатність відбиватися. На цьому і заснований

© 2014-2022  8ref.com - українські реферати