ГДЗ по физике, 11 класс, Мякишев, номер p284.3: Планетарная модель атома. Ядро атома

План решения:

Для ответа на вопрос необходимо сопоставить постулаты планетарной модели Резерфорда с фундаментальными законами классической электродинамики и механики. Мы выделим два основных противоречия: нестабильность атома из-за потери энергии и непрерывность спектра излучения.

Вычисление и анализ:

1. Противоречие стабильности атома. Согласно классической электродинамике, любой электрический заряд, движущийся с ускорением, должен непрерывно излучать электромагнитные волны. Электрон в модели Резерфорда движется по орбите вокруг ядра, то есть испытывает центростремительное ускорение (a=v²/r). Следовательно, он должен терять кинетическую энергию за счет излучения. При потере энергии радиус орбиты будет уменьшаться, и электрон по спиральной траектории упадет на ядро. Время такого падения составляет порядка 10^-8–10^-9 с. Это означает, что атом был бы нестабилен, что противоречит реальному существованию вещества.

2. Противоречие линейчатых спектров. Если бы электрон падал на ядро по спирали, его частота вращения (ν) постепенно возрастала бы (так как радиус уменьшается, а скорость меняется согласно законам сохранения момента импульса или просто динамически). Излучаемая волна имела бы ту же частоту, что и движение заряда. Поскольку частота вращения меняется непрерывно, спектр излучения атома также должен быть непрерывным. Однако экспериментально установлено, что атомы испускают свет только на определенных дискретных частотах (линейчатые спектры), что невозможно объяснить в рамках классической физики для системы с непрерывно меняющимися параметрами движения.

Проверка:

Данные выводы являются исторически обоснованными и приводят к необходимости введения квантовых постулатов Бора, которые запрещают излучение на стационарных орбитах и квантуют энергетические уровни. Таким образом, выявленные несоответствия подтверждают несостоятельность чисто классического подхода к описанию микромира.