Номер 5, страница 173 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 48. Планетарная модель атома. Глава 6. Квантовая теория электромагнитного излучения и вещества - номер 5, страница 173.

5. В чём логическая непоследовательность планетарной модели атома?

Планетарная модель атома, предложенная Эрнестом Резерфордом, предполагает, что в центре атома находится положительно заряженное ядро, а вокруг него по орбитам вращаются отрицательно заряженные электроны. Сила электростатического притяжения между ядром и электронами играет роль центростремительной силы, удерживающей электроны на орбитах, подобно тому как гравитационная сила удерживает планеты вокруг Солнца.

Логическая непоследовательность (противоречивость) этой модели проявляется, когда к ней применяются законы классической электродинамики. Возникают два фундаментальных противоречия с экспериментальными фактами:

1. Нестабильность атома. Согласно теории Максвелла, любой электрический заряд, движущийся с ускорением, должен непрерывно излучать электромагнитные волны, теряя при этом свою энергию. Электрон, движущийся по круговой или эллиптической орбите, всегда имеет центростремительное ускорение, направленное к ядру. Следовательно, он должен постоянно излучать энергию. Теряя энергию, электрон не смог бы оставаться на стабильной орбите и должен был бы двигаться по сходящейся спирали, чтобы в итоге упасть на ядро. Расчеты показывают, что время жизни такого атома было бы ничтожно малым (порядка $10^{-11}$ с). Это прямо противоречит наблюдаемому факту существования стабильных атомов.

2. Характер спектра излучения. Если бы электрон падал на ядро по спирали, его частота вращения непрерывно бы возрастала. Соответственно, частота испускаемого им электромагнитного излучения также должна была бы непрерывно меняться в широком диапазоне. Это означало бы, что спектр излучения атома должен быть сплошным (непрерывным). Однако эксперименты показывают, что атомы (например, разреженные газы) излучают и поглощают свет только на определённых, строго фиксированных частотах, то есть их спектры являются линейчатыми (дискретными).

Эти противоречия указывали на то, что законы классической физики неприменимы для описания процессов внутри атома, и послужили толчком к развитию квантовой теории, в частности, к созданию модели атома Бора, которая смогла объяснить стабильность атомов и дискретность их спектров.

Ответ: Логическая непоследовательность планетарной модели атома заключается в том, что она, подчиняясь законам классической электродинамики, предсказывает: 1) нестабильность атома из-за непрерывной потери энергии электроном и его падения на ядро; 2) сплошной спектр излучения. Оба этих вывода кардинально противоречат экспериментальным данным, которые свидетельствуют о стабильности атомов и наличии у них дискретных (линейчатых) спектров.