Atomifysiikka

Atomifysiikka  on fysiikan haara, joka tutkii atomien rakennetta ja ominaisuuksia [1] . Atomifysiikka syntyi 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa kokeiden tuloksena, jotka vahvistivat, että atomi on positiivisesti varautuneen ytimen ja negatiivisesti varautuneiden elektronien järjestelmä, ja se kehitettiin kvanttimekaniikan luomisen yhteydessä , joka selitti rakenteen. atomista. Ydinytimen rakennetta tutkitaan ydinfysiikassa .

Yleistä tietoa

Atomifysiikka on fysiikan haara , joka tutkii atomien, ionien ja elektronisten konfiguraatioiden rakennetta ja ominaisuuksia sekä alkuaineprosesseja, joihin ne osallistuvat. Atomifysiikka toimii noin ⋅10 −8 cm:n lineaarisilla mitoilla ja 1 eV:n suuruisilla energioilla [2] . Atomifysiikan päätehtävä on määrittää atomin kaikki mahdolliset tilat. Atomifysiikan päähaarat ovat atomin teoria , atomispektroskopia , röntgenspektroskopia , radiospektroskopia , atomitörmäysten fysiikka .

Nykyaikainen atomifysiikka perustuu kvanttimekaaniseen teoriaan, joka kuvaa fysikaalisia ilmiöitä atomi-molekyylitasolla. Atomifysiikka pitää atomia positiivisesti varautuneiden ytimien ja negatiivisesti varautuneiden elektronien järjestelmänä . Tämän järjestelmän ja siinä tapahtuvien alkuaineprosessien ominaisuudet määräytyvät sähkömagneettisesta vuorovaikutuksesta , toisin kuin ydinfysiikassa ja alkuainehiukkasfysiikassa , joissa vahvalla vuorovaikutuksella ja heikolla vuorovaikutuksella on olennainen rooli [2] .

Historia

Ajatuksen pienimpien jakamattomien hiukkasten - atomien - olemassaolosta muotoilivat ensin antiikin kreikkalaiset filosofit Leucippus , Demokritos ja Epikuros [3] . 1600-luvulla tätä ajatusta jatkettiin ranskalaisten filosofien P. Gassendi [4] ja R. Descartesin sekä englantilaisen kemistin R. Boylen teoksissa . Tämän ajanjakson atomistiikka oli melko spekulatiivista, ideat atomeista olivat kuin pysyviä, jakamattomia hiukkasia, eri kokoisia ja muotoisia, vailla kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia, joiden yhdistelmästä kaikki aineelliset kappaleet koostuvat. I. Newtonin ja M. V. Lomonosovin teoksissa tehtiin oletuksia mahdollisuudesta yhdistää atomeja monimutkaisemmiksi rakenteiksi - verisoluiksi .

Kemian nopeutunut kehitys 1700-luvun lopulla ja 1800-luvun alussa johti atomistisen opin tiettyjen näkökohtien tarkistamiseen. Englantilainen tiedemies J. Dalton teki oletuksen, että atomi on kemiallisen alkuaineen pienin hiukkanen ja eri kemiallisten alkuaineiden atomeilla on eri massa , mikä on atomin pääominaisuus. Italialaisten tutkijoiden A. Avogadron ja S. Cannizzaron työt määrittelivät tiukan eron atomin ja molekyylin välillä . 1800-luvulla löydettiin myös atomien optiset ominaisuudet, saksalaiset fyysikot G. Kirchhoff ja R. Bunsen loivat pohjan spektrianalyysille. Vuonna 1869 D. I. Mendelejev löysi kemiallisten alkuaineiden jaksollisen lain .

Tärkeimmät virstanpylväät atomifysiikan historiassa olivat englantilaisen fyysikon J. J. Thomsonin vuonna 1897 tekemä elektronin löytäminen ja ranskalaisten tiedemiesten M. Sklodowska-Curien ja P. Curien radioaktiivinen hajoaminen , jotka muuttivat idean atomista. vuorovaikutuksessa olevien varautuneiden hiukkasten järjestelmänä hollantilaisen fyysikon X. Lorenzin teorian mukaan . Näiden tutkimusten perusteella Thomson ehdotti vuonna 1903 mallia atomista pallon muodossa, jossa on positiivinen varaus ja jonka välissä on pieniä negatiivisen varauksen omaavia hiukkasia - elektroneja, joita pidetään atomissa vetovoiman yhtäläisen vetovoiman vuoksi. positiivinen varaus elektronien keskinäisen hylkimisen voimille. F. Soddyn radioaktiivisuutta koskevat lisätutkimukset johtivat isotooppien löytämiseen , mikä tuhosi tieteellisiä käsityksiä yhden kemiallisen alkuaineen kaikkien atomien absoluuttisesta identiteetistä. Tärkeä rooli oli myös A. G. Stoletovin tutkimuksella valosähköisestä vaikutuksesta ja A. Einsteinin tämän ilmiön lisäselityksestä .

Thomsonin mallin kumosi vuonna 1909 hänen oppilaansa E. Rutherford , joka ehdotti planeettamallia atomista , jonka keskellä on massiivinen positiivinen tiheä ydin, jonka ympärillä, kuten planeetoilla Auringon ympärillä , lentävät elektronit, joiden lukumäärä neutraalisti varautunut atomi on sellainen, että niiden negatiivinen kokonaisvaraus korvaa ytimen positiivisen varauksen. G. Moseley havaitsi, että ytimen varaus kasvaa kemiallisesta alkuaineesta toiseen yhden varausyksikön verran, joka on yhtä suuri kuin elektronin varaus, mutta päinvastaisella merkillä, ja numeerisesti atomin ytimen varauksella. alkuvarauksen yksikköä, on yhtä suuri kuin elementin järjestysluku jaksollisessa järjestelmässä .

Atomin planeettamallilla oli useita haittoja, joista merkittävin liittyi teoreettisesti oikeaan elektronienergian häviöön: koska elektroni pyörii atomin ympäri, siihen kohdistuu keskipituinen kiihtyvyys, ja Larmorin kaavan mukaan mikä tahansa kiihtyvyydellä liikkuva varautunut hiukkanen säteilee energiaa. Jos elektroni menettää energiaa, sen täytyy lopulta pudota ytimeen , mitä ei tapahdu todellisuudessa. Atomimallin jalostaminen tuli mahdolliseksi vain täysin uusien atomin käsitteiden näkökulmasta, jonka löysi saksalainen fyysikko M. Planck , joka esittelee kvanttikäsitteet tieteeseen . Vuonna 1905 A. Einstein ehdotti kvanttiselitystä valosähköisen vaikutuksen ilmiölle ja määritteli valon kvantin erityiseksi hiukkaseksi, jota myöhemmin kutsuttiin fotoniksi . Vuonna 1913 N. Bohr ehdotti, että elektroni ei voi pyöriä mielivaltaisesti, vaan tiukasti määritellyillä kiertoradoilla muuttamatta sen energiaa mielivaltaisen pitkän ajan. Siirtyminen kiertoradalta kiertoradalle vaatii tietyn energian - energiakvantin [5] .

Bohrin atomimalli sai kokeellisen vahvistuksen saksalaisten fyysikkojen J. Frankin ja G. Hertzin kokeissa . Atomispektrien teoriaa kehitettiin edelleen saksalaisen fyysikon A. Sommerfeldin teoksissa , jotka ehdottivat monimutkaisempia elliptisiä elektronien kiertoradoja atomissa. Atomin kvanttiteoria selitti röntgensäteiden ominaisspektrien rakenteen ja atomien kemiallisten ominaisuuksien jaksollisuuden. Atomifysiikan jatkokehityksen myötä atomin kvanttimalli lakkasi kuitenkin vastaamasta atomin ideoiden tasoa. Ranskalainen fyysikko L. de Broglie ehdotti mikroobjektien, erityisesti elektronin, liikkeen kaksoisluonnetta. Tämä teoria toimi lähtökohtana kvanttimekaniikan luomiselle saksalaisten fyysikkojen W. Heisenbergin ja M. Bornin , itävaltalaisen fyysikon E. Schrödingerin ja englantilaisen fyysikon P. Diracin töissä ; ja sen pohjalta luotu moderni kvanttimekaaninen teoria atomista [1] .

Muistiinpanot

1. ↑ 1 2 Atomifysiikka / M. A. Elyashevich, R. Ya. Steinman // Angola - Barzas. - M .  : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1970. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [30 osassa]  / päätoimittaja A. M. Prokhorov  ; 1969-1978, osa 2).
2. ↑ 1 2 Eljashevitš M. A. Atomifysiikka . Fysiikan ja tekniikan tietosanakirja. Haettu 3. joulukuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 30. lokakuuta 2015. (määrätön)
3. ↑ Solopova M. A. Muinainen atomismi: kysymys opetusten typologiasta ja geneesin alkuperästä  // Filosofian kysymyksiä . - 2011. - Nro 8 . - S. 157-168 . Arkistoitu alkuperäisestä 28. huhtikuuta 2013. (Venäjän kieli)
4. ↑ Atomismi // Brockhausin ja Efronin pieni tietosanakirja  : 4 osana - Pietari. , 1907-1909.
5. ↑ Atomin planeettamalli. Bohrin postulaatit (pääsemätön linkki) . Haettu 5. huhtikuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 27. kesäkuuta 2018. (määrätön) 

Kirjallisuus

• Bransden, BH; Joachain, CJ Atomien ja molekyylien  fysiikka . – 2. - Prentice Hall , 2002. - ISBN 978-0-582-35692-4 .
• Foot , CJ Atomic Physics  . - Oxford University Press , 2004. - ISBN 978-0-19-850696-6 .
• Herzberg, Gerhard. Atomispektrit ja  atomirakenne . - New York: Dover, 1979. - ISBN 978-0-486-60115-1 .
• Condon, EU; Shortley, G.H. Atomispektrien teoria  . - Cambridge University Press , 1935. - ISBN 978-0-521-09209-8 .
• Cowan, Robert D. Atomirakenteen ja spektrien teoria  (englanniksi) . - University of California Press , 1981. - ISBN 978-0-520-03821-9 .
• Lindgren, I.; Morrison , J. Atomic Many-Body Theory  . — Toiseksi. - Springer-Verlag , 1986. - ISBN 978-0-387-16649-0 .
• Zautkin V.V. Luonnonfilosofiasta klassiseen fysiikkaan: Fysiikan kehityksen historia antiikista 1800-luvulle. - DVGTU , 2007. - ISBN 978-5-7596-0739-7 . (Venäjän kieli)

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen iso kiinalainen Hienoa norjalaista Iso venäläinen Universalis Moderni Ukraina
Bibliografisissa luetteloissa	GND : 4003423-9 NDL : 00564738 NKC : ph118658