Номер 5, страница 283 - гдз по физике 11 класс учебник Мякишев, Буховцев

Глава 11. Атомная физика. Параграф 74. Строение атома. Опыты Резерфорда. Обсудить в классе - номер 5, страница 283.

Условие.

Подумайте, почему согласно планетарной модели спектр излучения атома должен быть сплошным.

Решение.

Решение 2.

Планетарная (или ядерная) модель атома, предложенная Эрнестом Резерфордом, описывает атом как систему, состоящую из массивного положительно заряженного ядра и движущихся вокруг него по орбитам отрицательно заряженных электронов. Движение электронов поддерживается за счет кулоновского притяжения к ядру.

Противоречие этой модели возникает из-за законов классической электродинамики. Согласно теории Максвелла, любой электрический заряд, движущийся с ускорением, должен непрерывно излучать электромагнитные волны и, следовательно, терять энергию.

Электрон, вращающийся вокруг ядра по орбите, постоянно изменяет направление своей скорости. Такое движение является движением с центростремительным ускорением. Следовательно, в рамках планетарной модели электрон должен был бы непрерывно излучать энергию.

Теряя энергию, электрон не мог бы оставаться на стабильной орбите. Он должен был бы приближаться к ядру, двигаясь по сужающейся спирали. В процессе этого движения радиус его орбиты и частота обращения вокруг ядра изменялись бы непрерывно. Поскольку, согласно классическим представлениям, частота излучаемой электромагнитной волны должна быть равна частоте обращения электрона, то испускаемое излучение содержало бы непрерывный набор всех частот. Такой спектр, содержащий волны всех длин (или частот) в определенном диапазоне, и называется сплошным.

Таким образом, планетарная модель атома в сочетании с законами классической электродинамики неизбежно приводит к выводу о сплошном спектре излучения. Это также предсказывает нестабильность самого атома, так как электрон в конечном итоге должен был бы упасть на ядро примерно за $10^{-11}$ секунды. Эти выводы кардинально противоречат экспериментальным фактам, которые показывают, что атомы стабильны и имеют дискретный (линейчатый) спектр излучения.

Ответ: Согласно планетарной модели, электрон вращается вокруг ядра и, как любой ускоренно движущийся заряд, должен непрерывно излучать электромагнитные волны. Из-за потери энергии он бы двигался по спирали к ядру, при этом его частота вращения изменялась бы плавно и непрерывно. Так как частота излучения в классической физике связана с частотой вращения, спектр этого излучения должен был бы содержать непрерывный набор частот, то есть быть сплошным.