Номер 1, страница 164 - гдз по физике 9 класс учебник Изергин

Глава V. Физика атома и атомного ядра. Параграф 34. Атом Бора - номер 1, страница 164.

Условие.

1. В чём недостаток модели атома Резерфорда?

Решение.

1. Модель атома, предложенная Эрнестом Резерфордом в 1911 году, также известная как планетарная модель, была революционной для своего времени. Она правильно установила, что атом состоит из очень маленького, плотного, положительно заряженного ядра, в котором сконцентрирована почти вся масса, и вращающихся вокруг него на значительном расстоянии лёгких отрицательных электронов. Однако, несмотря на свой успех в объяснении результатов опытов по рассеянию альфа-частиц, эта модель имела фундаментальные недостатки, которые вытекали из её противоречия с законами классической физики.

Главный недостаток модели атома Резерфорда заключается в её теоретической нестабильности с точки зрения классической электродинамики.

1. Противоречие с теорией электромагнетизма. Согласно уравнениям Максвелла, любой электрический заряд, движущийся с ускорением, должен непрерывно излучать электромагнитные волны, теряя при этом свою энергию. Электрон, вращающийся по круговой или эллиптической орбите вокруг ядра, постоянно испытывает центростремительное ускорение (так как его вектор скорости меняет направление). Следовательно, он должен был бы непрерывно излучать свет.

2. Предсказание нестабильности атома. Из-за непрерывной потери энергии на излучение, электрон должен был бы замедлять свое вращение и двигаться по сужающейся спирали, приближаясь к ядру. Расчеты показывали, что время жизни такого атома было бы ничтожно малым – электрон должен был упасть на ядро примерно за $10^{-11}$ секунд. Это означает, что все атомы во Вселенной должны были бы мгновенно сколлапсировать. Однако мы наблюдаем, что атомы стабильны и вещество существует. Это было главным и неразрешимым противоречием модели.

3. Несоответствие атомным спектрам. Так как энергия электрона уменьшалась бы непрерывно, то и частота испускаемого им излучения должна была бы непрерывно меняться. Это привело бы к тому, что спектр излучения атома был бы сплошным (непрерывным), как у радуги. В то же время, экспериментальные наблюдения показывали, что атомы (особенно разреженные газы) излучают и поглощают свет только на строго определенных, дискретных частотах. Их спектры являются линейчатыми, то есть состоят из отдельных ярких линий. Планетарная модель не могла объяснить этот факт.

Эти фундаментальные проблемы модели Резерфорда указали на ограниченность применимости классической физики к описанию явлений на атомном уровне и послужили толчком к развитию квантовой теории, которая нашла свое первое воплощение в постулатах и модели атома Нильса Бора.

Ответ: Главный недостаток модели атома Резерфорда состоит в том, что она не может объяснить стабильность атома. Согласно законам классической электродинамики, вращающийся вокруг ядра электрон должен непрерывно излучать энергию, двигаться по спирали и очень быстро упасть на ядро. Кроме того, модель предсказывала непрерывный спектр излучения атома, тогда как в действительности наблюдаются дискретные (линейчатые) спектры.