Теория Бора

Атомная физика — раздел физики, изучающий строение и свойства атомов. Она рассматривает атом, как не делимую частицу. Квантовая физика рассматривает так же и составные части атома, такие как, протоны, нейтроны, электроны, нейтрино и др, а так же его способность к раскаду.

Волны де Бройля – волны, связанные с любой движущейся материальной частицей. Любая движущаяся частица (например, электрон) ведёт себя не только как локализованный в пространстве перемещающийся объект - корпускула, но и как волна, причём длина этой волны даётся формулой λ = h/р, где h = 6.6·10^-34 Дж^.сек – постоянная Планка, а р – импульс частицы. Эта волна и получила название волны де Бройля (в честь французского физика-теоретика Луи де Бройля, впервые высказавшего гипотезу о таких волнах в 1923 г.). Если частица имеет массу m и скорость v < < с (с – скорость света), то импульс частицы р = mv и дебройлевская длина волны связаны соотношением λ = h/mv.
Волновые свойства макроскопических объектов не проявляются из-за малых длин волн. Так для тела массой 200 г, движущегося со скоростью 3 м/сек, длина волны ≈ 10^-31 см, что лежит далеко за пределами наблюдательных возможностей. Однако для микрочастиц длины волн лежат в доступной наблюдению области. Например, для электрона, ускоренного разностью потенциалов 100 вольт, длина волны ≈ 10^-8 см, что соответствует размеру атома.
Для расчёта длины волны де Бройля частицы массы m, имеющей кинетическую энергию E, удобно использовать соотношение

где E₀ = mc² − энергия покоя частицы массы m,
λ _{комптон} = h/mc − комптоновская длина волны частицы,
λ _{комптон} (электрон) = 2.4·10^-12 м = 0.024 Å,
λ _{комптон} (протон) = 1.32·10^-15 м = 1.32 фм.
Длина волны де Бройля фотона с энергией Е определяется из соотношения

λ (фм) = h/p = hc/E = 2π ·197 МэВ·фм /E(МэВ).

Существование волн де Бройля доказано многочисленными экспериментами, в которых частицы ведут себя как волны. Так при рассеянии пучка электронов с энергией 100 эВ на упорядоченной системе атомов кристалла, играющего роль дифракционной решётки, наблюдается отчётливая дифракционная картина. Существование волн де Бройля лежит в основе работы электронного микроскопа, разрешающая способность которого намного порядков выше, чем у любого оптического микроскопа, что позволяет наблюдать молекулы и атомы, а также в основе методов исследования таких сверхмалых объектов, как атомные ядра и элементарные частицы, бомбардировкой их частицами высоких энергий. Метод дифракции частиц в настоящее время широко используется при изучении строения и свойств вещества.

Теория Бора

Теория Бора разработана Нильсом Бором в 1913 г. и представляет собой первую квантовую теорию атома водорода, позволившую объяснить дискретность уровней энергии и вывести формулу для частот спектральных линий.

Основана на двух постулатах Бора:

• Существуют стационарные состояния атома, в которых он не излучает и не поглощает энергию.
• Излучение и поглощение энергии атомом происходит при скачкообразном переходе из одного стационарного состояния в другое, при этом имеют место два соотношения:

1.

где — излучённая (поглощённая) энергия, — номера квантовых состояний. В спектроскопии и называются термами.

2. Правило квантования момента импульса:

Далее исходя из соображений классической физики о круговом движении электрона вокруг неподвижного ядра по стационарной орбите под действием кулоновской силы притяжения, Бором были получены выражения для радиусов стационарных орбит и энергии электрона на этих орбитах:

м — боровский радиус.

эВ — энергетическая постоянная Ридберга.