Опыт Резерфорда

Реферат по Физике На тему Опыт Резерфорда Выполнил ученик 9 класса Е СПОШ 2 Маньков Антон Эрнст Резерфорд Резерфорд Эрнст 1871-1937, английский физик, уроженец Новой Зеландии, основоположник ядерной физики, автор планетарной модели атома, член в 1925-30 президент Лондонского Королевского общества, член всех академий наук мира, в том числе с 1925 иностранный член АН СССР, лауреат Нобелевской премии по химии 1908, создатель большой научной школы.

Один из создателей учения о радиоактивности и строении атома, основатель научной школы, иностранный член-корреспондент РАН 1922. Директор Кавендишской лаборатории с 1919. Открыл 1899 альфа- и бета-лучи и установил их природу. Создал 1903, совместно с Ф. Содди теорию радиоактивности. Предложил 1911 планетарную модель атома. Осуществил 1919 первую искусственную ядерную реакцию.

Предсказал 1921 существование нейтрона. Нобелевская премия 1908. Летом 1898 Резерфорд делает первые шаги в исследовании лучей лучей Беккереля. Открытое этим французским физиком излучение урановой соли позже получило название радиоактивного. Его изучением активно занимался сам А. А. Беккерель и супруги Кюри. В это исследование в 1898 активно включился Резерфорд.

Именно он обнаружил, что в лучи Беккереля входят потоки положительно заряженных ядер гелия альфа-частиц и потоки бета-частиц электронов. При бета-распаде некоторых элементов испускаются позитроны, а не электроны позитроны имеют такую же массу, как электроны, но положительный электрический заряд. Через два года, в 1900 французский физик Виллар 1860-1934 открыл, что испускаются еще и не несущие электрического заряда гамма-лучи электромагнитное излучение, более коротковолновое, чем рентгеновское.

18 июля 1898 в Парижскую академию наук была представлена работа Пьера Кюри и Марии Кюри-Склодовской, вызвавшая исключительный интерес Резерфорда. В этой работе авторы указывали, что кроме урана, существуют и другие радиоактивные этот термин был употреблен впервые элементы. Позже именно Резерфорд ввел понятие об одном из основных отличительных признаков таких элементов периоде полураспада.

В декабре 1897 Резерфорду продлили выставочную стипендию, и он получил возможность продолжить исследования лучей урана. Но в апреле 1898 освободилось место профессора Мак-Гиллского университета в Монреале, и Резерфорд решил переехать в Канаду. Пора ученичества прошла. Всем, и, в первую очередь, ему самому было ясно, что он уже готов к самостоятельной работе. Переезд в Канаду совершился осенью 1898.

В 1899 Резерфорд открывает эманацию тория, а в 1902-03 гг. он совместно с Ф. Содди уже приходит к общему закону радиоактивных превращений. Все химики мира твердо усвоили, что превращение одних химических элементов в другие невозможно, что мечты алхимиков делать золото из свинца следует похоронить навеки. И вот появляется работа, авторы которой утверждают, что превращения элементов при радиоактивных распадах

не только происходят, но и что даже ни прекратить, ни замедлить их невозможно. Более того, формулируются законы таких превращений. Мы теперь понимаем, что положение элемента в периодической системе Менделеева, а, значит, и его химические свойства, определяются зарядом ядра. При альфа-распаде, когда заряд ядра уменьшается на две единицы за единицу принимается элементарный

заряд модуль заряда электрона, элемент перемещается на две клеточки вверх в таблице Менделеева, при электронном бета-распаде на одну клеточку вниз, при позитронном на клеточку вверх. Несмотря на кажущуюся простоту и даже очевидность этого закона, его открытие стало одним из важнейших научных событий начала нашего века. Это время знаменательно и важным событием в личной жизни Резерфорда через 5 лет после помолвки состоялась его свадьба с

Мэри Джорджине Ньютон, дочерью хозяйки того пансиона в Крайстчерче, в котором он некогда жил. З0 марта 1901 родилась единственная дочь четы Резерфордов. По времени это почти совпало с рождением новой главы в физической науке физики ядра. Важным и радостным событием явилось и избрание Резерфорда в 1903 членом Лондонского королевского общества. Итоги научных поисков и открытий

Резерфорда составили содержание двух его книг. Первая из них называлась Радиоактивность и вышла в 1904. Через год вышла вторая Радиоактивные превращения. А их автор уже начинал новые исследования. Он уже понял, что радиоактивное излучение исходит из атомов, но место его возникновения оставалось абсолютно неясным. Нужно было исследовать устройство атома.

И здесь Резерфорд обратился к методике, с которой он начинал работу у Дж.Томсона к просвечиванию альфа-частицами. В опытах исследовалось, как поток таких частиц проходит через листочки тонкой фольги. Первая модель атома была предложена, когда стало известно, что электроны имеют отрицательный электрический заряд. Но они входят в атомы, которые в целом электронейтральны что же является носителем положительного заряда Дж.Томсон предложил для решения этой проблемы такую модель

атом нечто вроде положительно заряженной капли радиусом в стомиллионную долю 10-8 сантиметра, внутри которой находятся крохотные отрицательно заряженные электроны. Под действием кулоновских сил они стремятся занять положение в центре атома, но если что-то выведет их из этого положения равновесия, они начинают совершать колебания, что сопровождается излучением таким образом, модель объясняла и известный тогда факт существования спектров излучения.

Из опытов уже было известно, что расстояния между атомами в твердых телах примерно такие же, как и размеры атомов. Поэтому казалось очевидным, что альфа-частицы почти не могут пролететь даже сквозь тонкую фольгу, подобно тому, как камень не пролетит сквозь лес, деревья в котором растут почти вплотную друг к другу. Но первые же опыты Резерфорда убеждали, что это не так. Подавляющее большинство альфа-частиц пронизывало фольгу, даже почти не отклоняясь, и лишь у некоторых

это отклонение наблюдалось, порой даже весьма значительное. И здесь вновь проявилась исключительная интуиция Резерфорда и его умение понимать язык природы. Он решительно отказывается от модели Томсона и выдвигает принципиально новую модель. Она получила название планетарной в центре атома, подобно Солнцу в Солнечной системе ядро, в котором, несмотря на его относительно малые размеры, сосредоточена

вся масса атома. А вокруг него, подобно планетам, двигающимся вокруг Солнца, вращаются электроны. Их массы значительно меньше, чем у альфа-частиц, которые поэтому почти не откланяются, пронизывая электронные облака. И только когда альфа-частица пролетает близко от положительно заряженного ядра, кулоновская сила отталкивания может резко искривить ее траекторию. Формула, которую вывел Резерфорд, опираясь на эту модель, прекрасно согласовалась с данными эксперимента.

В 1903 идею планетарной модели атома доложил в Токийском физико-математическом обществе японский теоретик Хантаро Нагаока, назвавшей эту модель сатурноподобной, но его работа о которой Резерфорд не знал не получила дальнейшего развития. Но планетарная модель не согласовывалась с законами электродинамики Эти законы, установленные, в основном, трудами Фарадея и

Максвелла, утверждают, что ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны и поэтому теряет энергию. Электрон в атоме Резерфорда движется ускоренно в кулоновском поле ядра и, как показывает теория Максвелла, должен был бы, потеряв примерно за десятимиллионную долю секунды всю энергию, упасть на ядро. Это называется проблемой радиационной неустойчивости резерфордовской модели атома, и Резерфорд ее отчетливо понимал. Труды Резерфорда в

Мак-Гилльском университете принесли ему такую известность, что его стали наперебой приглашать на работу в научные центры различных стран. Весной 1907 он принял решение оставить Канаду и прибыл в университет Виктории в Манчестере. Работы тут же были продолжены. Уже в 1908 вместе с Хансом Гейгером Резерфорд создает новый замечательный прибор счетчик альфа-частиц, что сыграло важную

роль для выяснения того, что они представляют собой дважды ионизованные атомы гелия. В 1908 Резерфорду была присуждена Нобелевская премия в области химии. Планетарная модель атома тем временем все больше занимала его мысли. И вот в марте 1912 начинается дружба и сотрудничество Резерфорда с Нильсом Бором. Бор и это явилось его величайшей научной заслугой внес в планетарную модель

Резерфорда принципиально новые черты идею квантов. Эта идея возникла еще в начале века благодаря работам великого Макса Планка, понявшего, что для объяснения законов теплового излучения нужно допустить, что энергия уносится дискретными порциями квантами. Идея дискретности была органически чужда всей классической физике, в частности, теории электромагнитных волн, но вскоре

Альберт Эйнштейн, а затем и Артур Комптон показали, что эта квантовость проявляется и при поглощении, и при рассеянии. Бор выдвинул постулаты, которые на первый взгляд выглядели внутренне противоречивыми в атоме существуют такие орбиты, двигаясь по которым электрон, вопреки законам классической электродинамики, не излучает, хотя и имеет ускорение Бор указал правило нахождения таких стационарных орбит кванты излучения появляются или поглощаются только при переходе электрона с одной орбиты на другую, в соответствии с

законом сохранения энергии. Атом Бора Резерфорда, как его по праву начали называть, не только принес решение многих проблем, он ознаменовал прорыв в мир новых идей, что вскоре привело к радикальному пересмотру многих представлений о материи и ее движении. Работу Нильса Бора О структуре атомов и молекул направил в печать Резерфорд. Алхимия 20 века И в это время, и позже, когда

Резерфорд в 1919 принимает пост профессора Кембриджского университета и директора Кавендишевской лаборатории, он становится центром притяжения для физиков всего мира. Его справедливо считали своим учителем десятки ученых, в том числе, и удостоенные впоследствии Нобелевских премий Г. Мозли, Дж. Чедвик, Дж. Кокрофт, М. Олифант, В. Гейтлер, О. Ган, П. Л. Капица, Ю. Б.

Харитон, Г. Гамов. Все обильнее становился поток наград и почестей. В 1914 он получает дворянство, в 1923 становится Президентом Британской ассоциации, с 1925 по 1930 президент Королевского общества, в 1931 он получает титул барона и становится лордом Резерфордом оф Нельсон. Но, несмотря на все возрастающие нагрузки, в том числе и не только научные, Резерфорд продолжает таранные атаки на тайны атома и ядра.

Он уже приступил к экспериментам, завершившимся открытием искусственного превращения химических элементов и искусственного расщепления атомных ядер, предсказал в 1920 существование нейтрона и дейтрона, в 1933 был инициатором и непосредственным участником экспериментальной проверки взаимосвязи массы и энергии в ядерных процессах. В апреле 1932 Резерфорд активно поддержал идею использования ускорителей протонов при изучении ядерных реакций. Его можно причислить и к числу основоположников ядерной энергетики.

Труды Эрнеста Резерфорда, которого нередко справедливо называют одним из титанов физики нашего века, работы нескольких поколений его учеников оказали огромное влияние не только на науку и технику нашего вера, но и на жизнь миллионов людей. Конечно, Резерфорд, особенно в конце жизни не мог не задумываться, останется ли это влияние благотворным. Но он был оптимистом, верил в людей и в науку, которой посвятил всю жизнь.