|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
WICHTIGSTEN WISSENSCHAFTLICHEN ENTDECKUNGEN
Planetenmodell des Atoms. Geschichte und Wesen der wissenschaftlichen Entdeckung
Verzeichnis / Die wichtigsten wissenschaftlichen Entdeckungen In der ersten Atomtheorie Dalton Man ging davon aus, dass die Welt aus einer bestimmten Anzahl von Atomen – elementaren Bausteinen – mit charakteristischen Eigenschaften besteht, ewig und unveränderlich. Diese Vorstellungen änderten sich drastisch nach der Entdeckung des Elektrons. Alle Atome müssen Elektronen enthalten. Doch wie sind die Elektronen darin angeordnet? Physiker konnten nur auf der Grundlage ihrer Kenntnisse der klassischen Physik philosophieren, und nach und nach konvergierten alle Standpunkte in einem von ihm vorgeschlagenen Modell J. J. Thomson. Gemäß diesem Modell besteht das Atom aus positiv geladener Materie, in die Elektronen eingestreut sind (vielleicht in viel Bewegung), sodass das Atom einem Rosinenpudding ähnelt. Thomsons Atommodell konnte nicht direkt getestet werden, aber allerlei Analogien sprachen zu seinen Gunsten. Im Jahr 1903 schlug der deutsche Physiker Philipp Lenard ein Modell eines „leeren“ Atoms vor, in dem einige unentdeckte neutrale Teilchen „fliegen“, die aus gegenseitig ausgeglichenen positiven und negativen Ladungen bestehen. Lenard gab seinen nicht existierenden Teilchen sogar einen Namen – Dynamide … Das einzige, dessen Existenzberechtigung durch strenge, einfache und schöne Experimente bewiesen wurde, war Rutherfords Modell. Ernest Rutherford (1871-1937) wurde in der Nähe der Stadt Nelson (Neuseeland) in der Familie eines Einwanderers aus Schottland geboren. Nach seinem Schulabschluss in Havelock, wo die Familie zu dieser Zeit lebte, erhielt er ein Stipendium, um seine Ausbildung am Nelson Provincial College fortzusetzen, wo er 1887 eintrat. Zwei Jahre später bestand Ernest die Prüfung am Canterbury College, einer Zweigstelle der University of New Zealand in Crichester. Im College wurde Rutherford stark von seinen Lehrern beeinflusst: dem Physik- und Chemielehrer E.W. Bickerton und dem Mathematiker J.H.H. Kochen. Nachdem Rutherford 1892 einen Bachelor of Arts erhalten hatte, blieb er am Canterbury College und setzte sein Studium mit einem Stipendium in Mathematik fort. Im folgenden Jahr erlangte er den Master of Arts, nachdem er die Prüfungen in Mathematik und Physik mit Bestnote bestanden hatte. 1894 erschien sein erstes gedrucktes Werk, Magnetization of Iron by High-Frequency Discharges, in den Proceedings des New Zealand Philosophical Institute. 1895 war ein Stipendium für wissenschaftliche Ausbildung vakant, der erste Kandidat für dieses Stipendium lehnte aus familiären Gründen ab, der zweite Kandidat war Rutherford. In England angekommen, erhielt Rutherford eine Einladung von J. J. Thomson, in Cambridge im Cavendish-Labor zu arbeiten. 1898 nahm Rutherford eine Professur an der McGill University in Montreal an, wo er eine Reihe wichtiger Experimente zur radioaktiven Emission des Elements Uran begann. In Kanada machte er grundlegende Entdeckungen: Er entdeckte die Emanation von Thorium und entschlüsselte die Natur der sogenannten "induzierten Radioaktivität"; zusammen mit Soddy entdeckte er den radioaktiven Zerfall und sein Gesetz. Hier schrieb er das Buch „Radioaktivität“. In ihrem klassischen Werk berührten Rutherford und Soddy die grundlegende Frage nach der Energie radioaktiver Umwandlungen. Sie berechnen die Energie der von Radium emittierten k-Teilchen und kommen zu dem Schluss, dass „die Energie radioaktiver Umwandlungen mindestens 20-mal und vielleicht sogar eine Million Mal größer ist als die Energie jeder molekularen Umwandlung“. Rutherford und Soddy kamen zu dem Schluss, dass "die im Atom verborgene Energie um ein Vielfaches größer ist als die Energie, die bei einer gewöhnlichen chemischen Umwandlung freigesetzt wird". Diese enorme Energie sollte ihrer Meinung nach "bei der Erklärung der Phänomene der Weltraumphysik" berücksichtigt werden. Insbesondere die Konstanz der Sonnenenergie lässt sich dadurch erklären, dass „auf der Sonne Prozesse subatomarer Umwandlung stattfinden“. Der enorme Umfang von Rutherfords wissenschaftlicher Arbeit in Montreal – er veröffentlichte 66 Artikel sowohl persönlich als auch gemeinsam mit anderen Wissenschaftlern, das Buch „Radioaktivität“ nicht mitgerechnet – brachte Rutherford den Ruf eines erstklassigen Forschers ein. Er erhält eine Einladung, den Vorsitz in Manchester zu übernehmen. Am 24. Mai 1907 kehrte Rutherford nach Europa zurück. Ein neuer Abschnitt seines Lebens begann. 1908 erhielt Rutherford den Nobelpreis für Chemie „für seine Forschungen über den Zerfall von Elementen in der Chemie radioaktiver Substanzen“. Im folgenden Jahr forderte Rutherford Ernest Marsden auf, herauszufinden, ob Alphateilchen von Goldfolie abprallen könnten. Rutherford war fest davon überzeugt, dass massive Alphateilchen beim Durchgang durch Goldfolie nur geringfügige Ablenkungen erfahren sollten. Die meisten von ihnen durchdrangen tatsächlich die Folie und wichen nur geringfügig ab. Aber einige Alphateilchen – etwa eines von 20, wie Marsden feststellte – wurden in Winkeln von mehr als 000 Grad gebogen. Marsden hatte sogar Angst, Rutherford davon zu erzählen, und achtete zunächst sorgfältig darauf, dass seine Experimente keinen Fehler enthielten. Rutherford glaubte fast nicht an dieses Beobachtungsergebnis. Viele Jahre später erinnerte sich Rutherford: "Es war vielleicht das unglaublichste Ereignis, das ich je in meinem Leben erlebt habe. Es war so unglaubwürdig, als würde man ein 15-Zoll-Projektil auf ein Stück Seidenpapier abfeuern und es würde zurückkommen und einen treffen ." Aber ich musste an das Unplausible glauben, und 1911 kam Rutherford zu dem Schluss, dass die Ergebnisse von Experimenten zur Streuung von Alphateilchen an Goldfolie nur durch die Annahme erklärt werden können, dass Alphateilchen in einem sehr geringen Abstand von anderen positiv geladenen Teilchen vorbeiziehen Teilchen mit Größen, die viel kleiner als Atomgrößen sind. Das Goldatom muss aus einem kleinen positiv geladenen Kern und umgebenden Elektronen bestehen. Dies war die Geburtsstunde der Idee des Atomkerns und eines neuen Zweiges der Physik – der Kernphysik. Diese Idee war 1911 nicht ganz neu. Es wurde früher von Johnston Stoney, dem japanischen Physiker Nagaoka und einigen anderen Wissenschaftlern vorgeschlagen. Aber all diese Hypothesen waren rein spekulativ, während Rutherfords Idee auf Experimenten beruhte. Die Ergebnisse der Experimente, die Rutherford zur Idee der Planetenstruktur des Atoms führten, skizzierte der Wissenschaftler in einem großen Artikel „The Scattering of Alpha and Beta Particles in Substance and the Structure of the Atom“, der im Mai 1911 veröffentlicht wurde im englischsprachigen „Philosophical Journal“. Physiker auf der ganzen Welt konnten nun ein weiteres, dieses Mal experimentell überzeugend bestätigtes Modell der Struktur des Atoms bewerten ... Rutherford war unermüdlich. Und dann unternahm er eine neue Studie: Er begann, die Anzahl der Alphateilchen zu bestimmen, die von der Folie in Abhängigkeit von der elektrischen Ladung der Kerne der Atome der Substanz, aus der die Folie bestand, in unterschiedlichen Winkeln abgelenkt wurden. Die Geduld der Forscher wurde belohnt. Rutherford analysierte die Ergebnisse dieser Experimente und leitete eine Formel ab, die die Anzahl der um einen bestimmten Winkel abgelenkten Alphateilchen mit der Kernladung der Zielfoliensubstanz in Beziehung setzt. Aus Experimenten zur Streuung von Alpha-Teilchen konnte nun die Beschaffenheit des Zielmaterials bestimmt werden. Die erste nukleare Methode der chemischen Analyse erschien in den Händen von Forschern! Die Wissenschaftler verglichen das Verhalten von Targets aus verschiedenen Materialien und stellten fest, dass Alpha-Teilchen umso mehr von einer geraden Bahn abweichen, je größer die Kernladung ist. Und hier lüften erstmals physikalische Experimente den Schleier der Geheimhaltung über das periodische Gesetz der Elemente. Aus Rutherfords Experimenten folgte, dass wenn Mendelejew Ordnete man die Elemente in einer Reihe an, während die Ladung ihrer Kerne zunahm, wären keine Permutationen erforderlich! Physiker haben die Formulierung des periodischen Gesetzes geklärt: Die chemischen Eigenschaften von Elementen hängen nicht periodisch von der Atommasse der Elemente ab, sondern von der elektrischen Ladung ihrer Kerne. Entsprechend der Größe der Ladung der Kerne ordnen sich die Elemente in der Reihenfolge an, in der Mendeleev sie platziert hat, und stützt sich dabei auf sein enzyklopädisches Wissen über die chemischen Eigenschaften der Elemente ... Was verhindert, dass ein Elektron auf einen massiven Kern fällt? Natürlich die schnelle Rotation darum herum. Bei der Rotation mit Beschleunigung im Feld des Kerns muss das Elektron jedoch einen Teil seiner Energie in alle Richtungen abstrahlen und, allmählich verlangsamend, dennoch auf den Kern fallen. Dieser Gedanke beschäftigte die Autoren des Planetenmodells des Atoms. Das nächste Hindernis auf dem Weg zum neuen physikalischen Modell schien darin zu bestehen, das gesamte Bild der Atomstruktur zu zerstören, das so mühsam konstruiert und durch eindeutige Experimente bewiesen wurde ... Rutherford war sich sicher, dass eine Lösung gefunden werden würde, aber er konnte sich nicht vorstellen, dass dies so bald geschehen würde. Der Defekt im Planetenmodell des Atoms wird vom dänischen Physiker Niels Bohr behoben. Fast zur gleichen Zeit, als die Wissenschaftler der Welt eine Ausgabe des Philosophical Journal mit Rutherfords Artikel über die Struktur des Atoms erhielten, verteidigte der XNUMX-jährige Niels Bohr erfolgreich seine Dissertation über die elektronische Theorie der Metalle Universität Kopenhagen. Der dänische Physiker Niels Henrik David Bohr (1885–1962) wurde in Kopenhagen als zweites von drei Kindern von Christian Bohr und Ellen (geborene Adler) Bohr geboren. Sein Vater war ein renommierter Professor für Physiologie an der Universität Kopenhagen. Er studierte am Gammelholm-Gymnasium in Kopenhagen und machte 1903 seinen Abschluss. Bohr und sein Bruder Harald, der ein berühmter Mathematiker wurde, waren während ihrer Schulzeit begeisterte Fußballspieler. Später liebte Niels Skifahren und Segeln. Galt Niels Bohr in der Schule allgemein als Student mit durchschnittlichen Fähigkeiten, so brachte ihn sein Talent an der Universität Kopenhagen sehr bald dazu, über sich selbst zu sprechen. Niels wurde als ungewöhnlich fähiger Forscher anerkannt. Seine Abschlussarbeit, bei der er die Oberflächenspannung von Wasser aus der Schwingung eines Wasserstrahls bestimmt, brachte ihm eine Goldmedaille der Königlich Dänischen Akademie der Wissenschaften ein. 1907 wurde er Junggeselle. 1909 erhielt er seinen Master-Abschluss von der Universität Kopenhagen. Seine Doktorarbeit über die Theorie der Elektronen in Metallen galt als meisterhafte theoretische Studie. 1911 beschloss Bohr, nach Cambridge zu gehen, um einige Monate im Labor von J. J. Thomson, dem Entdecker des Elektrons, zu arbeiten. Niels' Mutter und sein Bruder Harald fanden die Idee gut. Vielleicht war seine Verlobte Margaret nicht sehr glücklich, aber sie stimmte auch zu. Bohr grübelte dann peinlich über Rutherfords Modell nach und suchte trotz aller Zweifel nach überzeugenden Erklärungen für das, was offensichtlich in der Natur passiert: Elektronen, ohne auf den Kern zu fallen und ohne von ihm wegzufliegen, kreisen ständig um ihren Kern. Folgendes schreiben K. Manolov und V. Tyutyunnik in dem Buch "Biographie des Atoms": „Wenn Wasserstoff nur ein Elektron hat, wie lässt sich dann die Tatsache erklären, dass er mehrere verschiedene Wellenlängen an Lichtstrahlen aussendet?“ dachte Bor. Er kehrte erneut zu Nicholsons Theorie zurück. Die hervorragende Übereinstimmung zwischen den berechneten und beobachteten Wellenlängenverhältnissen der Spektren ist ein starkes Argument für diese Theorie. Nicholson identifiziert jedoch die Strahlungsfrequenz mit der Schwingungsfrequenz eines mechanischen Systems. Aber Systeme, in denen die Frequenz eine Funktion der Energie ist, können keine endliche Menge homogener Strahlung aussenden, da sich ihre Frequenz während der Strahlung ändert. Darüber hinaus werden die von Nicholson berechneten Systeme für einige Modenformen instabil sein. Schließlich kann Nicholsons Theorie die Seriengesetze von Balmer und Rydberg nicht erklären. - Hansen, ich denke, es gibt eine Antwort! Sagte Bor. - Mit Hilfe der von mir abgeleiteten Stabilitätsbedingung der Elektronenbahn im Atom ist es möglich, die Geschwindigkeit des Elektrons auf der Umlaufbahn, seinen Radius und die Gesamtenergie des Elektrons auf jeder Umlaufbahn zu berechnen. Darüber hinaus enthalten alle Formeln den gleichen Faktor, die sogenannte Quantenzahl, die die gleichen ganzzahligen Werte 1, 2, 3, 4 usw. annimmt. Jede dieser Zahlen entspricht einem bestimmten Radius der Umlaufbahn ... - Bohr hielt kurz inne und fuhr fort. - Nun, natürlich ist jetzt alles klar. Ein Atom kann ohne Energieabstrahlung nur in bestimmten stationären Zuständen existieren, von denen jeder durch seinen eigenen Energiewert gekennzeichnet ist. Bewegt sich ein Elektron von einer Umlaufbahn zur anderen, gibt das Atom entweder Energie in Form besonderer Portionen ab oder absorbiert sie – Quanten!. - Das ist also das Geheimnis! rief Hansen. - Das Spektrum eines Atoms spiegelt also seine Struktur wider! - Jetzt passt alles zusammen. Es ist klar, warum das Wasserstoffatom mehrere Arten von Strahlen aussendet. Wenn wir die Umlaufbahnen nummerieren, beginnend mit der Umlaufbahn, die dem Kern am nächsten ist, können wir sagen, dass das Elektron von der vierten zur ersten, von der dritten zur ersten, von der dritten zur zweiten Umlaufbahn usw. springt. Jeder Sprung ist begleitet von der Emission von Licht der entsprechenden Wellenlänge. Ich hoffe wirklich, dass ich eine quantitative Abhängigkeit finden kann ... Im Jahr 1913 veröffentlichte Niels Bohr die Ergebnisse langwieriger Überlegungen und Berechnungen, von denen die wichtigsten seitdem als Bohrs Postulate bekannt wurden: Es gibt immer eine große Anzahl stabiler und streng definierter Bahnen im Atom, entlang derer ein Elektron auf unbestimmte Zeit rasen kann , weil alle auf ihn einwirkenden Kräfte im Gleichgewicht sind; Ein Elektron kann sich in einem Atom nur von einer stabilen Bahn zu einer anderen, ebenso stabilen bewegen. Wenn sich das Elektron bei einem solchen Übergang vom Kern entfernt, muss ihm von außen eine bestimmte Energiemenge zugeführt werden, die der Differenz der Energiereserven des Elektrons in der oberen und unteren Umlaufbahn entspricht. Nähert sich ein Elektron dem Kern, dann „setzt“ es die überschüssige Energie in Form von Strahlung zurück ... Wahrscheinlich hätten Bohrs Postulate einen bescheidenen Platz unter einer Reihe interessanter Erklärungen für neue physikalische Tatsachen eingenommen, die Rutherford erhalten hätte, wenn da nicht ein wichtiger Umstand gewesen wäre. Unter Verwendung der von ihm gefundenen Beziehungen war Bohr in der Lage, die Radien der "erlaubten" Bahnen für ein Elektron in einem Wasserstoffatom zu berechnen. Aus der Kenntnis der unterschiedlichen Energien eines Elektrons auf diesen Bahnen ließ sich eine Kurve konstruieren, die das Strahlungsspektrum von Wasserstoff in verschiedenen angeregten Zuständen beschreibt, und bestimmen, welche Wellenlänge das Wasserstoffatom besonders leicht emittieren sollte, wenn ihm überschüssige Energie zugeführt wird nach außen, zum Beispiel mit Hilfe von hellem Quecksilberlicht. Diese theoretische Kurve stimmte vollständig mit dem Emissionsspektrum angeregter Wasserstoffatome überein, das der Schweizer Wissenschaftler J. Balmer bereits 1885 gemessen hatte! Das planetarische Modell des Atoms erhielt mächtige Unterstützung, Rutherford und Bohr hatten immer mehr Anhänger. Autor: Samin D. K.
▪ Gesetz der Erhaltung der Energie
Maschine zum Ausdünnen von Blumen im Garten
02.05.2024 Fortschrittliches Infrarot-Mikroskop
02.05.2024 Luftfalle für Insekten
01.05.2024
▪ Rauschen verbessert die Sensorleistung ▪ ATA6026 Hochintegrierter Motortreiber ▪ Virtueller Yoga-Coach von Panasonic ▪ Wiederverwendbarer ölabsorbierender Schwamm
▪ Abschnitt der Website Standardanweisungen zum Arbeitsschutz (TOI). Artikelauswahl ▪ Artikel Unfruchtbarer Feigenbaum. Populärer Ausdruck ▪ Artikel Maschinenbediener an Holzbearbeitungsmaschinen. Standardanweisung zum Arbeitsschutz ▪ Artikel Unterhaltungselektronik. Sonstig. Verzeichnis ▪ Artikel Drei-Wege-Surround-Sound-Lautsprecher. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Startseite | Bibliothek | Artikel | Sitemap | Site-Überprüfungen
www.diagramm.com.ua |
Wir empfehlen interessante Artikel Abschnitt 
Siehe andere Artikel Abschnitt 
Neueste Nachrichten aus Wissenschaft und Technik, neue Elektronik:
Alle Sprachen dieser Seite