атомная физика

1.

2.

Модель атома Томсона
Атом представляет собой непрерывно
заряженный положительным зарядом шар
радиуса порядка 10-10м, внутри которого
около
своих
положений
равновесия
колеблются электроны.
Джозеф Джон Томсон
(1856 – 1940)

3.

Модель атома Резерфорда
Экспериментально исследовал
распределение положительного
заряда.
В 1906 г. зондировал атом с
помощью α-частиц.
Эрнест Резерфорд
(1871 – 1937)

4.

5.

6.

Недостатки атома Резерфорда
1. Эта модель не согласуется с наблюдаемой стабильностью атомов. По законам
классической электродинамики вращающийся вокруг ядра электрон должен
непрерывно излучать электромагнитные волны, а поэтому терять свою энергию. В
результате электроны будут приближаться к ядру и в конце концов упадут на него.
2. Эта модель не объясняет наблюдаемые на опыте оптические спектры атомов.
Оптические спектры атомов не непрерывны, как это следует из теории
Резерфорда, а состоят из узких спектральных линий, т.е. атомы излучают и
поглощают электромагнитные волны лишь определенных частот, характерных для
данного химического элемента.
К явлениям атомных масштабов законы классической физики неприемлемы.

7.

8. Спектры излучения

Спектры излучения
Непрерывные
Полосатые
Линейчатые
Распределение энергии по частотам
(спектральная плотность интенсивности излучения)

9. Непрерывный спектр

• Дают тела, находящиеся в твердом,
жидком состоянии, а также плотные газы.
• Чтобы получить, надо нагреть тело до
высокой температуры.
• Характер спектра зависит не только от
свойств отдельных излучающих атомов,
но и от взаимодействия атомов друг с
другом.
• В спектре представлены волны всех
длин и нет разрывов.
• Непрерывный спектр цветов можно
наблюдать на дифракционной решетке.
Хорошей демонстрацией спектра
является природное явление радуги.

10. Линейчатый спектр

• Дают все вещества в газообразном атомарном (но не молекулярном)
состоянии (атомы практически не взаимодействуют друг с другом).
• Изолированные атомы данного химического элемента излучают волны
строго определенной длины.
• Для наблюдения используют свечение паров вещества в пламени или
свечение газового разряда в трубке, наполненной исследуемым газом.
• При увеличении плотности атомарного газа отдельные спектральные
линии расширяются.

11. Полосатый спектр

• Спектр состоит из отдельных полос, разделенных темными
промежутками.
• Каждая полоса представляет собой совокупность большого числа очень
тесно расположенных линий.
• Создаются молекулами, не связанными или слабосвязанными друг с
другом.
• Для наблюдения используют свечение паров в пламени или свечение
газового разряда.

12. Спектр поглощения

• Если пропускать белый свет
сквозь холодный, неизлучающий
газ, то на фоне непрерывного
спектра источника появятся
темные линии.
• Газ поглощает наиболее
интенсивно свет тех длин волн,
которые он испускает в сильно
нагретом состоянии.
• Темные линии на фоне
непрерывного спектра – это линии
поглощения, образующие в
совокупности спектр поглощения.

13. Спектральный анализ

Спектральный анализ – метод определения химического состава вещества
по его спектру. Разработан в 1859 году немецкими учеными Г. Р. Кирхгофом
и Р. В. Бунзеным.
Роберт Вильгельм Бунзен
1811 - 1899
Густав Роберт Кирхгоф
1824 - 1887

14. Применение Спектрального анализа

• Открываются новые элементы: рубидий, цезий и др;
• Узнали химический состав Солнца и звезд;
• Определяют химический состав руд и минералов;
• Метод контроля состава вещества в металлургии, машиностроении, атомной
индустрии.
Состав сложных смесей анализируется по их молекулярным спектрам.

15.

16. Спонтанное излучение

В возбуждённом
состоянии атом
находится около 10-8 с,
после чего
самопроизвольно
(спонтанно) переходит
в основное состояние,
излучая при этом
квант света.

17. Вынужденное излучение

Вынужденное излучение
происходит в результате
воздействия на возбуждённый
атом кванта света, частота
которого совпадает с частотой его
спонтанного излучения. Атом при
этом переходит на более низкий
энергетический уровень, и к
первичному фотону добавляется
ещё один фотон, ничем не
отличающийся от первого.
Падающее на атом излучение
удваивается, затем может
образоваться «лавина» фотонов.

18. Трёхуровневая система лазера

При работе лазера
часто используется
система трёх
энергетических
уровней атома,
второе из которых –
метастабильное со
временем жизни
атома в нём до 10-3 с.

19.

20. Применение лазеров

- Обработка материалов
(резание, сварка, сверление);
- В хирургии вместо
скальпеля;
- В офтальмологии;
- Голография;
- Связь с помощью
волоконной оптики;
- Лазерная локация;
- Использование лазерного
луча в качестве носителя
информации.