Atomová fyzika

Atomová fyzika  je obor fyziky, který studuje strukturu a vlastnosti atomů [1] . Atomová fyzika vznikla koncem 19. a začátkem 20. století jako výsledek experimentů, které prokázaly, že atom je systémem kladně nabitého jádra a záporně nabitých elektronů, a byla vyvinuta v souvislosti s vytvořením kvantové mechaniky , která vysvětlila strukturu atomu. atomu. Struktura atomového jádra je studována v jaderné fyzice .

Obecné informace

Atomová fyzika je obor fyziky , který studuje strukturu a vlastnosti atomů, iontů a elektronických konfigurací , stejně jako elementární procesy, kterých se účastní. Atomová fyzika operuje s lineárními rozměry asi ⋅10 −8 cm a energiemi řádově 1 eV [2] . Hlavním úkolem atomové fyziky je určit všechny možné stavy atomu. Hlavními odvětvími atomové fyziky jsou teorie atomu , atomová spektroskopie , rentgenová spektrální analýza , radiová spektroskopie , fyzika atomových srážek .

Moderní atomová fyzika je založena na kvantově mechanické teorii, která popisuje fyzikální jevy na atomově-molekulární úrovni. Atomová fyzika považuje atom za systém kladně nabitého jádra a záporně nabitých elektronů . Vlastnosti tohoto systému a elementární procesy v něm probíhající jsou určovány elektromagnetickou interakcí , na rozdíl od jaderné fyziky a fyziky elementárních částic , kde hraje zásadní roli silná interakce a slabá interakce [2] .

Historie

Myšlenku existence nejmenších nedělitelných částic - atomů, poprvé formulovali starověcí řečtí filozofové Leucippus , Democritus a Epicurus [3] . V 17. století tato myšlenka pokračovala v dílech francouzských filozofů P. Gassendiho [4] a R. Descarta , anglického chemika R. Boylea . Atomistika tohoto období byla spíše spekulativní, představy o atomech byly jako trvalé, nedělitelné částice, různých velikostí a tvarů, postrádající chemické a fyzikální vlastnosti, z jejichž kombinace se skládají všechna hmotná těla. V pracích I. Newtona a M. V. Lomonosova byly vysloveny předpoklady o možnosti spojování atomů do složitějších struktur - tělísek .

Zrychlený vývoj chemie na konci 18. a na počátku 19. století vedl k revizi určitých aspektů atomistické doktríny. Anglický vědec J. Dalton vycházel z předpokladu, že atom je nejmenší částice chemického prvku a atomy různých chemických prvků mají různou hmotnost , což je hlavní charakteristika atomu. Práce italských vědců A. Avogadra a S. Cannizzara stanovily přísný rozdíl mezi atomem a molekulou . V 19. století byly objeveny i optické vlastnosti atomů, němečtí fyzici G. Kirchhoff a R. Bunsen položili základ spektrální analýze. V roce 1869 D. I. Mendělejev objevil periodický zákon chemických prvků .

Nejvýznamnějšími milníky v historii atomové fyziky byly objev elektronu v roce 1897 anglickým fyzikem J. J. Thomsonem a radioaktivní rozpad francouzskými vědci M. Sklodowskou-Curie a P. Curie , které změnily představu o atomu. jako systém interagujících nabitých částic podle teorie holandského fyzika X. Lorenze . Na základě těchto studií navrhl Thomson v roce 1903 model atomu ve formě koule s kladným nábojem, prokládané malými částicemi se záporným nábojem - elektrony, drženými v atomu v důsledku rovnosti přitažlivé síly. kladný náboj silám vzájemného odpuzování elektronů. Další studie radioaktivity F. Soddy vedly k objevu izotopů , čímž byly zničeny vědecké představy o absolutní identitě všech atomů jednoho chemického prvku. Důležitou roli sehrálo také studium fotoelektrického jevu A. G. Stoletovem a další vysvětlení tohoto jevu A. Einsteinem .

Thomsonův model byl vyvrácen v roce 1909 jeho studentem E. Rutherfordem , který navrhl planetární model atomu s masivním kladným hustým jádrem umístěným ve středu, kolem kterého, stejně jako planety kolem Slunce , létají elektrony, jejichž počet v neutrálně nabitý atom je takový, že jejich celkový záporný náboj kompenzuje kladný náboj jádra. G. Moseley zjistil, že náboj jádra roste od jednoho chemického prvku k druhému o jednu elementární jednotku náboje, rovnající se náboji elektronu, ale s opačným znaménkem, a číselně náboj atomového jádra, v jednotek elementárního náboje, se rovná pořadovému číslu prvku v periodické soustavě .

Planetární model atomu měl řadu nevýhod, z nichž nejvýznamnější byla spojena s teoreticky správnou ztrátou energie elektronů: protože elektron rotuje kolem atomu, podléhá dostředivému zrychlení a podle Larmorova vzorce , každá nabitá částice pohybující se se zrychlením vyzařuje energii. Pokud elektron ztratí energii, musí nakonec spadnout do jádra , což se ve skutečnosti nestává. Upřesnění modelu atomu bylo možné pouze z hlediska zcela nových představ o atomu, objevených německým fyzikem M. Planckem , který zavádí do vědy pojmy kvant . V roce 1905 A. Einstein navrhl kvantové vysvětlení jevu fotoelektrického jevu a definoval kvantum světla jako speciální částici, později nazvanou foton . V roce 1913 N. Bohr navrhl, že elektron se může otáčet nikoli libovolně, ale po přesně definovaných drahách, aniž by libovolně dlouhou dobu měnil svou energii. Přechod z oběžné dráhy na oběžnou dráhu vyžaduje určitou energii – kvantum energie [5] .

Bohrův model atomu získal experimentální potvrzení v experimentech německých fyziků J. Franka a G. Hertze . Teorie atomových spekter byla dále rozvinuta v pracích německého fyzika A. Sommerfelda , který navrhl složitější eliptické dráhy elektronů v atomu. Kvantová teorie atomu vysvětlila strukturu charakteristických spekter rentgenového záření a periodicitu chemických vlastností atomů. S dalším rozvojem atomové fyziky však kvantový model atomu přestal odpovídat úrovni představ o atomu. Francouzský fyzik L. de Broglie navrhl dvojí povahu pohybu mikroobjektů, zejména elektronu. Tato teorie sloužila jako výchozí bod pro vytvoření kvantové mechaniky v dílech německých fyziků W. Heisenberga a M. Borna , rakouského fyzika E. Schrödingera a anglického fyzika P. Diraca ; a na jejím základě vytvořená moderní kvantově-mechanická teorie atomu [1] .

Poznámky

1. ↑ 1 2 Atomová fyzika / M. A. Elyashevich, R. Ya. Steinman // Angola - Barzas. - M .  : Sovětská encyklopedie, 1970. - ( Velká sovětská encyklopedie  : [ve 30 svazcích]  / šéfredaktor A. M. Prochorov  ; 1969-1978, sv. 2).
2. ↑ 1 2 Eljaševič M. A. Atomová fyzika . Encyklopedie fyziky a techniky. Získáno 3. prosince 2015. Archivováno z originálu 30. října 2015. (neurčitý)
3. ↑ Solopova M. A. Antický atomismus: k otázce typologie učení a původu geneze  // Otázky filozofie . - 2011. - č. 8 . - S. 157-168 . Archivováno z originálu 28. dubna 2013. (Ruština)
4. ↑ Atomismus // Malý encyklopedický slovník Brockhause a Efrona  : ve 4 svazcích - Petrohrad. , 1907-1909.
5. ↑ Planetární model atomu. Bohrovy postuláty (nepřístupný odkaz) . Získáno 5. dubna 2019. Archivováno z originálu dne 27. června 2018. (neurčitý) 

Literatura

• Bransden, BH; Joachain, CJ Fyzika atomů a molekul  . — 2. - Prentice Hall , 2002. - ISBN 978-0-582-35692-4 .
• Noha , CJ atomová fyzika  . - Oxford University Press , 2004. - ISBN 978-0-19-850696-6 .
• Herzberg, Gerhard. Atomová spektra a atomová  struktura . - New York: Dover, 1979. - ISBN 978-0-486-60115-1 .
• Condon, EU; Shortley, G. H. The Theory of Atomic Spectra  . - Cambridge University Press , 1935. - ISBN 978-0-521-09209-8 .
• Cowan, Robert D. The Theory of Atomic Structure and Spectra  (anglicky) . - University of California Press , 1981. - ISBN 978-0-520-03821-9 .
• Lindgren, I.; Morrison , J. Atomová mnohotělesná teorie  . - Druhý. - Springer-Verlag , 1986. - ISBN 978-0-387-16649-0 .
• Zautkin V.V. Od přírodní filozofie ke klasické fyzice: Historie vývoje fyziky od starověku do 19. století. - DVGTU , 2007. - ISBN 978-5-7596-0739-7 . (Ruština)

Slovníky a encyklopedie	Velká dánština velká čínština Skvělý norský Velký Rus Universalis Moderní Ukrajina
V bibliografických katalozích	GND : 4003423-9 NDL : 00564738 NKC : ph118658