Atomfizika

Az atomfizika a fizika  egyik ága, amely az atomok szerkezetét és tulajdonságait vizsgálja [1] . Az atomfizika a 19. század végén és a 20. század elején keletkezett olyan kísérletek eredményeként, amelyek megállapították, hogy az atom egy pozitív töltésű magból és negatív töltésű elektronokból álló rendszer, és a szerkezetet magyarázó kvantummechanika megalkotásával összefüggésben alakult ki. az atomról. Az atommag szerkezetét a magfizika tanulmányozza .

Általános információk

Az atomfizika a fizika egyik ága , amely az atomok, ionok és elektronikus konfigurációk szerkezetét és tulajdonságait , valamint azokat az elemi folyamatokat vizsgálja, amelyekben részt vesznek. Az atomfizika körülbelül ⋅10 -8 cm-es lineáris méretekkel és 1 eV nagyságrendű energiákkal működik [2] . Az atomfizika fő feladata az atom összes lehetséges állapotának meghatározása. Az atomfizika fő ágai az atomelmélet , az atomspektroszkópia , a röntgenspektrális elemzés , a rádióspektroszkópia , az atomütközések fizikája .

A modern atomfizika a kvantummechanikai elméleten alapul, amely a fizikai jelenségeket atomi-molekuláris szinten írja le. Az atomfizika az atomot pozitív töltésű atommag és negatív töltésű elektronok rendszerének tekinti . Ennek a rendszernek és a benne lejátszódó elemi folyamatoknak a tulajdonságait az elektromágneses kölcsönhatás határozza meg , ellentétben a magfizikával és az elemi részecskefizikával , ahol az erős kölcsönhatás és a gyenge kölcsönhatás alapvető szerepet játszik [2] .

Történelem

A legkisebb oszthatatlan részecskék - atomok létezésének gondolatát először az ókori görög filozófusok , Leukipposz , Démokritosz és Epikurosz fogalmazták meg [3] . A 17. században ezt az elképzelést P. Gassendi [4] és R. Descartes francia filozófusok, R. Boyle angol kémikus művei is folytatták . Ennek az időszaknak az atomisztikája meglehetősen spekulatív volt, az atomokról alkotott elképzelések állandó, oszthatatlan részecskék voltak, különböző méretű és alakú, kémiai és fizikai tulajdonságoktól mentesen, amelyek kombinációjából minden anyagi test áll. I. Newton és M. V. Lomonoszov munkáiban feltételezések születtek az atomok összetettebb struktúrákká - testekké történő kombinálásának lehetőségéről .

A kémia felgyorsult fejlődése a 18. század végén és a 19. század elején az atomisztikus doktrína bizonyos aspektusainak felülvizsgálatához vezetett. J. Dalton angol tudós azt a feltételezést tette, hogy az atom egy kémiai elem legkisebb részecskéje, és a különböző kémiai elemek atomjainak tömege eltérő , ami az atom fő jellemzője. A. Avogadro és S. Cannizzaro olasz tudósok munkái meghatározták az atom és a molekula közötti szigorú különbséget . A 19. században az atomok optikai tulajdonságait is felfedezték, G. Kirchhoff és R. Bunsen német fizikusok alapozták meg a spektrális elemzést. 1869-ben D. I. Mengyelejev felfedezte a kémiai elemek periodikus törvényét .

Az atomfizika történetének legfontosabb mérföldkövei az elektron felfedezése 1897-ben J. J. Thomson angol fizikus , valamint a radioaktív bomlás, amelyet a francia tudósok, M. Sklodowska-Curie és P. Curie , megváltoztatták az atomról alkotott elképzelést. mint kölcsönható töltött részecskék rendszere X. Lorenz holland fizikus elmélete szerint . Ezen tanulmányok alapján Thomson 1903-ban egy pozitív töltésű gömb alakú atommodellt javasolt , amelyet negatív töltésű kis részecskék - elektronok - tarkítottak, amelyek az atomban tartják a vonzási erő egyenlősége miatt. az elektronok kölcsönös taszító erőinek pozitív töltése. F. Soddy további radioaktivitás-tanulmányai izotópok felfedezéséhez vezettek , ezáltal megsemmisítették egy kémiai elem minden atomjának abszolút azonosságára vonatkozó tudományos elképzeléseket. Fontos szerepet játszott a fotoelektromos hatás A. G. Stoletov által végzett tanulmányozása és A. Einstein e jelenség további magyarázata is .

Thomson modelljét 1909-ben cáfolta tanítványa , E. Rutherford , aki az atom bolygómodelljét javasolta , amelynek közepén egy masszív pozitív sűrű mag található, amely körül a Nap körüli bolygókhoz hasonlóan elektronok repülnek, amelyek száma kb. a semleges töltésű atom olyan, hogy az összes negatív töltésük ellensúlyozza az atommag pozitív töltését. G. Moseley megállapította, hogy az atommag töltése egyik kémiai elemről a másikra növekszik egy elemi töltésegységgel, ami megegyezik az elektron töltésével, de ellentétes előjellel, és számszerűen az atommag töltésével. elemi töltés egysége, egyenlő az elem sorszámával a periódusos rendszerben .

Az atom bolygómodelljének számos hátránya volt, amelyek közül a legjelentősebb az elektronenergia elméletileg helyes elvesztésével függött össze: mivel az elektron az atom körül forog, centripetális gyorsulásnak van kitéve, és a Larmor -képlet szerint , minden gyorsulással mozgó töltött részecske energiát sugároz. Ha az elektron energiát veszít, akkor végül az atommagba kell esnie , ami a valóságban nem történik meg. Az atommodell finomítása csak az atommal kapcsolatos teljesen új elképzelések szempontjából vált lehetségessé, amelyeket M. Planck német fizikus fedezett fel , aki bevezeti a kvantum fogalmát a tudományba . 1905-ben A. Einstein kvantummagyarázatot javasolt a fotoelektromos hatás jelenségére, és a fénykvantumot speciális részecskeként határozta meg, amelyet később fotonnak neveztek . 1913-ban N. Bohr azt javasolta, hogy az elektron nem önkényesen, hanem szigorúan meghatározott pályákon foroghat anélkül, hogy energiája tetszőlegesen hosszú ideig változna. A pályáról a pályára való átmenethez egy bizonyos energia - energiakvantum - szükséges [5] .

A Bohr-féle atommodell kísérleti megerősítést kapott J. Frank és G. Hertz német fizikusok kísérletei során . Az atomspektrumok elméletét A. Sommerfeld német fizikus munkáiban továbbfejlesztették , aki az elektronok bonyolultabb elliptikus pályáit javasolta egy atomban. Az atom kvantumelmélete megmagyarázta a röntgensugarak karakterisztikus spektrumainak szerkezetét és az atomok kémiai tulajdonságainak periodicitását. Az atomfizika további fejlődésével azonban az atom kvantummodellje már nem felelt meg az atomról alkotott elképzelések szintjének. L. de Broglie francia fizikus a mikroobjektumok , különösen az elektronok mozgásának kettős természetére utalt. Ez az elmélet szolgált kiindulópontul a kvantummechanika megalkotásához W. Heisenberg és M. Born német fizikusok , E. Schrödinger osztrák fizikus és P. Dirac angol fizikus munkáiban ; és az ennek alapján megalkotott modern kvantummechanikai atomelmélet [1] .

Jegyzetek

1. ↑ 1 2 Atomfizika / M. A. Elyashevich, R. Ya. Steinman // Angola - Barzas. - M .  : Szovjet Enciklopédia, 1970. - ( Great Soviet Encyclopedia  : [30 kötetben]  / főszerkesztő A. M. Prohorov  ; 1969-1978, 2. köt.).
2. ↑ 1 2 Eljasevics M. A. Atomfizika . Fizikai és Technológiai Enciklopédia. Letöltve: 2015. december 3. Az eredetiből archiválva : 2015. október 30. (határozatlan)
3. ↑ Solopova M. A. Az ókori atomizmus: a tanítások tipológiájának és a genezis eredetének kérdésében  // Filozófia kérdései . - 2011. - 8. sz . - S. 157-168 . Archiválva az eredetiből 2013. április 28-án. (Orosz)
4. ↑ Atomizmus // Brockhaus és Efron kis enciklopédikus szótára  : 4 kötetben - Szentpétervár. , 1907-1909.
5. ↑ Az atom bolygómodellje. Bohr posztulátumai (elérhetetlen link) . Letöltve: 2019. április 5. Az eredetiből archiválva : 2018. június 27. (határozatlan) 

Irodalom

• Bransden, BH; Joachain, CJ Atomok és molekulák  fizikája . — 2. - Prentice Hall , 2002. - ISBN 978-0-582-35692-4 .
• Foot , CJ Atomfizika  . - Oxford University Press , 2004. - ISBN 978-0-19-850696-6 .
• Herzberg, Gerhard. Atomspektrumok és  atomszerkezetek . - New York: Dover, 1979. - ISBN 978-0-486-60115-1 .
• Condon, EU; Shortley, G. H. Az atomspektrumok elmélete  . - Cambridge University Press , 1935. - ISBN 978-0-521-09209-8 .
• Cowan, Robert D. Theory of Atomic Structure and Spectra  (angol) . - University of California Press , 1981. - ISBN 978-0-520-03821-9 .
• Lindgren, I.; Morrison , J. Atomic Many-Body Theory  . — Másodszor. - Springer-Verlag , 1986. - ISBN 978-0-387-16649-0 .
• Zautkin V.V. A természetfilozófiától a klasszikus fizikáig: A fizika fejlődésének története az ókortól a XIX. - DVGTU , 2007. - ISBN 978-5-7596-0739-7 . (Orosz)

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán nagy kínai Nagy norvég Nagy orosz Universalis Modern Ukrajna
Bibliográfiai katalógusokban	GND : 4003423-9 NDL : 00564738 NKC : ph118658