Номер 4, страница 209 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

4. Какие недостатки в модели атома Резерфорда устраняли постулаты, введенные Бором?

Планетарная модель атома Резерфорда, предложенная в 1911 году, была большим шагом вперед, но она содержала два фундаментальных недостатка, которые вступали в противоречие с законами классической физики и экспериментальными данными. Постулаты, введенные Нильсом Бором в 1913 году, были направлены на устранение именно этих проблем.

1. Проблема неустойчивости атома
Согласно законам классической электродинамики, любой электрический заряд, движущийся с ускорением, должен непрерывно излучать электромагнитные волны и, как следствие, терять свою энергию. В модели Резерфорда электрон вращается вокруг ядра, то есть движется с центростремительным ускорением. Следовательно, он должен был бы непрерывно излучать энергию, двигаться по сужающейся спирали и в течение очень короткого времени (порядка $10^{-11}$ с) упасть на ядро. Это означало бы, что атом нестабилен, что полностью противоречит тому факту, что вещество вокруг нас существует и является стабильным.
Решение Бора: Первый постулат Бора (постулат стационарных состояний) вводил допущение, что в атоме существуют особые, «стационарные» орбиты, двигаясь по которым электрон, вопреки классическим законам, не излучает энергию. Таким образом, атом может находиться в этих состояниях сколь угодно долго, что и обеспечивает его устойчивость.

2. Проблема характера атомных спектров
Так как в модели Резерфорда электрон терял бы энергию непрерывно, то и частота его обращения вокруг ядра (а значит, и частота излучаемого им света) изменялась бы плавно. Это привело бы к тому, что спектр излучения атома был бы сплошным (непрерывным), подобно радуге. Однако многочисленные эксперименты показывали, что атомы газов излучают и поглощают свет только на строго определенных частотах, что проявляется в виде отдельных ярких линий в спектре (линейчатый спектр).
Решение Бора: Второй постулат Бора (правило частот) объяснял это явление. Он утверждал, что излучение или поглощение света происходит только в момент «скачка» электрона с одной стационарной орбиты на другую. Энергия излучённого (или поглощённого) фотона $h\nu$ при этом равна разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход:
$h\nu = |E_k - E_n|$
где $E_k$ и $E_n$ — энергии электрона на начальной и конечной орбитах, а $\text{h}$ — постоянная Планка. Поскольку набор стационарных орбит и соответствующих им энергий дискретен (прерывист), то и набор возможных частот излучения и поглощения также дискретен, что и объясняет наблюдаемый линейчатый характер атомных спектров.

Ответ: Постулаты Бора устраняли два ключевых недостатка модели Резерфорда: 1) проблему неустойчивости атома, предсказываемую классической электродинамикой из-за непрерывной потери энергии вращающимся электроном; 2) противоречие между предсказанным сплошным спектром излучения и наблюдаемым в действительности линейчатым спектром атомов.