Самая лучшая модель атома начала 20-го века.
Продолжаем изучать квантовую механику, и сегодня я расскажу, какие события предшествовали открытию Луи де Бройлем корпускулярно-волнового дуализма, о котором я рассказывал здесь.
В начале 20-го века велось много споров об устройстве атома. Сначала Томсон предложил свою «кексовую» модель атома. Согласно ней, атом похож на положительно заряженный кекс, в котором, как изюм, равномерно распределены отрицательные электроны.
Но потом Резерфорд, бомбардируя альфа-частицами золотую фольгу, понял, что рассеяние на атомах происходит не в случайном порядке, а так, как будто в центре атома есть что-то сильно положительно заряженное и маленькое. Так родилась его планетарная модель атома: в центре находится положительное ядро, вокруг которого по орбитам двигаются электроны.
Однако, всем тогдашним теоретикам, знавшим электродинамику было очевидно, что движущийся по окружности электрон (а он движется с центростремительным ускорением), должен излучать электромагнитные волны, а, значит, терять свою кинетическую энергию и скорость, и, в конце концов, по спирали приближаясь к ядру, упасть на него.
Здесь, кстати, стоит пояснить, что в электродинамике есть 4 уравнения, на которых она построена – уравнения Максвелла. Согласно им, движущаяся с ускорением заряженная частица порождает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, порождает переменное магнитное поле, которое снова порождает переменное электрическое, и т.д. Таким образом, рождается электромагнитная волна, которую испускает частица.
Так, модель атома Резерфорда несла в себе противоречие, ведь коллапс атома, очевидно, не случается.
И тогда Нильс Бор предположил, что электрон, скорее всего не испускает во время движения по орбите фотоны и его энергия на ней не меняется. Причем таких стационарных орбит у атома может быть несколько, и каждая со своей энергией. А излучает атом тогда, когда электрон по каким-то причинам перескакивает с орбиты с более высокой энергией на орбиту с более низкой. Излишек выходит в виде фотона. А когда атом поглощает фотон, происходит перескок в обратную сторону. Таким образом, энергия атома дискретна, а не непрерывна, т.е. квантуется.
Бор предложил такую модель на самом простом атоме – атоме водорода. Его теория была не последней, но легла в основу более сложных современных теорий. Она объяснила экспериментальные наблюдения отдельных спектральных линий водорода, а не непрерывного спектра, и позволила рассчитать их.
Конечно, сейчас не идет речь ни о каких орбитах, по которым летают электроны. Более того, невозможно сказать, где конкретно находится электрон, а можно говорить только о некоторой области, в которой с определенной долей вероятности он может находится. Но дискретность энергий атома, предложенная Бором, до сих пор используется в современной физике. Люминесценция, рентгеновское излучение, фотоэффект – все эти явления возникают из-за набора стационарных энергий электрона в атоме. Изучение химического состава веществ в разных приборах также работает на основе этой теории.
Квантовая механика от того и называется квантовой, что в ней
есть дискретные (квантующиеся) величины, а не непрерывные. Одной из таких величин является энергия. И основателем квантующейся энергии в атоме был Нильс Бор со своей моделью атома водорода.
Квантование энергии, импульса и некоторых других величин микроскопических объектов – это второе основное отличие квантовой механики от классической после их корпускулярно-волнового дуализма.
О третьем завершающем отличии мы поговорим в следующий раз.
Но только если наберем достаточное количество реакций)
Продолжаем изучать квантовую механику, и сегодня я расскажу, какие события предшествовали открытию Луи де Бройлем корпускулярно-волнового дуализма, о котором я рассказывал здесь.
В начале 20-го века велось много споров об устройстве атома. Сначала Томсон предложил свою «кексовую» модель атома. Согласно ней, атом похож на положительно заряженный кекс, в котором, как изюм, равномерно распределены отрицательные электроны.
Но потом Резерфорд, бомбардируя альфа-частицами золотую фольгу, понял, что рассеяние на атомах происходит не в случайном порядке, а так, как будто в центре атома есть что-то сильно положительно заряженное и маленькое. Так родилась его планетарная модель атома: в центре находится положительное ядро, вокруг которого по орбитам двигаются электроны.
Однако, всем тогдашним теоретикам, знавшим электродинамику было очевидно, что движущийся по окружности электрон (а он движется с центростремительным ускорением), должен излучать электромагнитные волны, а, значит, терять свою кинетическую энергию и скорость, и, в конце концов, по спирали приближаясь к ядру, упасть на него.
Здесь, кстати, стоит пояснить, что в электродинамике есть 4 уравнения, на которых она построена – уравнения Максвелла. Согласно им, движущаяся с ускорением заряженная частица порождает переменное электрическое поле, которое, в свою очередь, порождает переменное магнитное поле, которое снова порождает переменное электрическое, и т.д. Таким образом, рождается электромагнитная волна, которую испускает частица.
Так, модель атома Резерфорда несла в себе противоречие, ведь коллапс атома, очевидно, не случается.
И тогда Нильс Бор предположил, что электрон, скорее всего не испускает во время движения по орбите фотоны и его энергия на ней не меняется. Причем таких стационарных орбит у атома может быть несколько, и каждая со своей энергией. А излучает атом тогда, когда электрон по каким-то причинам перескакивает с орбиты с более высокой энергией на орбиту с более низкой. Излишек выходит в виде фотона. А когда атом поглощает фотон, происходит перескок в обратную сторону. Таким образом, энергия атома дискретна, а не непрерывна, т.е. квантуется.
Бор предложил такую модель на самом простом атоме – атоме водорода. Его теория была не последней, но легла в основу более сложных современных теорий. Она объяснила экспериментальные наблюдения отдельных спектральных линий водорода, а не непрерывного спектра, и позволила рассчитать их.
Конечно, сейчас не идет речь ни о каких орбитах, по которым летают электроны. Более того, невозможно сказать, где конкретно находится электрон, а можно говорить только о некоторой области, в которой с определенной долей вероятности он может находится. Но дискретность энергий атома, предложенная Бором, до сих пор используется в современной физике. Люминесценция, рентгеновское излучение, фотоэффект – все эти явления возникают из-за набора стационарных энергий электрона в атоме. Изучение химического состава веществ в разных приборах также работает на основе этой теории.
Квантовая механика от того и называется квантовой, что в ней
есть дискретные (квантующиеся) величины, а не непрерывные. Одной из таких величин является энергия. И основателем квантующейся энергии в атоме был Нильс Бор со своей моделью атома водорода.
Квантование энергии, импульса и некоторых других величин микроскопических объектов – это второе основное отличие квантовой механики от классической после их корпускулярно-волнового дуализма.
О третьем завершающем отличии мы поговорим в следующий раз.
Но только если наберем достаточное количество реакций)
❤22👍16🔥14🆒2
Но потом Резерфорд, бомбардируя альфа-частицами золотую фольгу, понял, что рассеяние на атомах происходит не в случайном порядке, а так, как будто в центре атома есть что-то сильно положительно заряженное и маленькое. Так родилась его планетарная модель атома
Когда я хочу на работе провести какой-то нестандартный эксперимент, не зная, какой результат получу в итоге, меня спрашивают, зачем мне это надо. Я всегда отвечаю «вон Резерфорд по приколу решил стрельнуть альфа-частицами в золотую фольгу и чем все закончилось?».
🔥12❤7😁7💯5👍2
Как появляется электричество?
Небольшой пост-ликбез.
Все мы знаем, что электричество добывается на электростанциях, где различные виды энергии (тепловая, потенциальная, ядерная, солнечная и т.д.) преобразуются в электрическую. Но, кажется, нужно напомнить вам немного подробностей из школы, т.к. в дальнейшем я буду периодически давать информацию, основанную на них. Тема, на самом деле, простая.
Весь электрический мир, альтернативу которому представить сложно, обязан не Тесле и Эдисону, а, изначально, Максвеллу. Именно он своими одноимёнными уравнениями, о которых я упоминал выше, описал весь современный электрический мир, в том числе и тот факт, что переменное магнитное поле порождает переменное (а точнее, вихревое) электрическое поле.
В дальнейшем экспериментатор Фарадей обнаружил, что если магнит вносить в проводящее кольцо, то в нем возникнет электрический ток (конечно, там установка была посложнее, но суть такая). Так появилось понятие электромагнитной индукции - возникновения в замкнутом контуре электрического тока при изменении магнитного потока, - линий магнитного поля, пронизывающих контур. Без всяких батареек.
Кстати, когда подносишь магнит к кольцу, оно отталкивается от него, а когда отдаляешь – притягивается. Это связано с тем, что возникающий индукционный ток в кольце создает свое магнитное поле, которое препятствует той причине, которая его породила (правило Ленца).
Как устроить себе такую электростанцию?
Магнитный поток зависит от величины самого магнитного поля, площади контура и его расположения в магнитном поле. Значит, для генерации индукционного тока (изменения магнитного потока) нужно изменять одну из этих величин:
1️⃣ Изменять само магнитное поле возле кольца или катушки. Т.е. просто приближать или отдалять кусок магнита. Поступательные движения вверх-вниз, желательно с частотой 50 раз в секунду, чтобы можно было какой-то прибор подключить.
2️⃣ Изменять площадь контура. Тут нам помогает прямоугольная рамка, у которой одна сторона может двигаться по рельсам, сжимая или раздвигая прямоугольник. Ее рельсы можно подключить к сети. Вопрос только, чем двигать.
3️⃣ Изменять положение контура в магнитном поле. Самый удобный способ, который и взяли на вооружение энергетики, создав электрический генератор. Рамка включена в сеть и просто вращается вокруг оси, проходящей через ее плоскость. Причем пол оборота – ток идет в одну сторону, другие пол оборота – в другую. Вращательные движения совершать всегда проще, чем поступательные, подключил турбину, которая вращается от чего угодно, и генерируешь электричество.
В целом с подробностями, задачами и формулами я трачу примерно один урок на эту тему. Сегодня грубо и на пальцах уложился в одну страничку. Если все понятно, можно отправить другу, чтобы он тоже знал.
Небольшой пост-ликбез.
Все мы знаем, что электричество добывается на электростанциях, где различные виды энергии (тепловая, потенциальная, ядерная, солнечная и т.д.) преобразуются в электрическую. Но, кажется, нужно напомнить вам немного подробностей из школы, т.к. в дальнейшем я буду периодически давать информацию, основанную на них. Тема, на самом деле, простая.
Весь электрический мир, альтернативу которому представить сложно, обязан не Тесле и Эдисону, а, изначально, Максвеллу. Именно он своими одноимёнными уравнениями, о которых я упоминал выше, описал весь современный электрический мир, в том числе и тот факт, что переменное магнитное поле порождает переменное (а точнее, вихревое) электрическое поле.
В дальнейшем экспериментатор Фарадей обнаружил, что если магнит вносить в проводящее кольцо, то в нем возникнет электрический ток (конечно, там установка была посложнее, но суть такая). Так появилось понятие электромагнитной индукции - возникновения в замкнутом контуре электрического тока при изменении магнитного потока, - линий магнитного поля, пронизывающих контур. Без всяких батареек.
Кстати, когда подносишь магнит к кольцу, оно отталкивается от него, а когда отдаляешь – притягивается. Это связано с тем, что возникающий индукционный ток в кольце создает свое магнитное поле, которое препятствует той причине, которая его породила (правило Ленца).
Как устроить себе такую электростанцию?
Магнитный поток зависит от величины самого магнитного поля, площади контура и его расположения в магнитном поле. Значит, для генерации индукционного тока (изменения магнитного потока) нужно изменять одну из этих величин:
В целом с подробностями, задачами и формулами я трачу примерно один урок на эту тему. Сегодня грубо и на пальцах уложился в одну страничку. Если все понятно, можно отправить другу, чтобы он тоже знал.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
🔥23👍6❤2🆒1
Отработал крайний день перед отпуском. Получил красивые карты фазового состава в стали.
Немного боялся, что не успею, т.к. задачка прилетела позавчера вечером, а данный метод дифракции электронов, как и многие в материаловедении, очень капризный и требовательный к качеству образца и состоянию материала. Можно неделю пытаться и ничего не получить. В этот раз повезло, получилось с первого раза. Фазы на фото я замазал - коммерческая тайна, так сказать😁.
Суть метода в том, что электроны отражаются от атомов образца в определенном порядке, который зависит от расположения этих атомов. Получается дифракционная картина (ведь, как мы знаем отсюда, электрон - это тоже волна), которая сравнивается с базой данных картин дифракции разных материалов, и прибор говорит, какое вещество находится в каждой точке.
Теперь можно отдыхать!
Немного боялся, что не успею, т.к. задачка прилетела позавчера вечером, а данный метод дифракции электронов, как и многие в материаловедении, очень капризный и требовательный к качеству образца и состоянию материала. Можно неделю пытаться и ничего не получить. В этот раз повезло, получилось с первого раза. Фазы на фото я замазал - коммерческая тайна, так сказать😁.
Суть метода в том, что электроны отражаются от атомов образца в определенном порядке, который зависит от расположения этих атомов. Получается дифракционная картина (ведь, как мы знаем отсюда, электрон - это тоже волна), которая сравнивается с базой данных картин дифракции разных материалов, и прибор говорит, какое вещество находится в каждой точке.
Теперь можно отдыхать!
❤11👍7🔥3😁1🍾1
Друзья, помимо познавательных постов про физику, я периодически показываю вам кадры из моей работы в области металловедения, например, предыдущий пост или этот.
А у знакомых химиков есть канал «Лаба дорогого брата» — настоящая жизнь органической и аналитической химии!
🔬 Там они подробно показывают и объясняют, как проводят синтезы, выделяют и анализируют вещества — с фото, видео и всеми нюансами. Ремонтируют приборы, восстанавливают оборудование и делятся лайфхаками.
😂 Рассказывают забавные и курьёзные случаи из лаборатории, а иногда с сатирой критикуют научную реальность вокруг.
⚗️ «Лаба дорогого брата» — сатира, химия и выживание в лаборатории! Советы аспирантам и инструкции, как не взорвать реактор.
Интересующиеся химией и наукой - подписывайтесь!
А у знакомых химиков есть канал «Лаба дорогого брата» — настоящая жизнь органической и аналитической химии!
🔬 Там они подробно показывают и объясняют, как проводят синтезы, выделяют и анализируют вещества — с фото, видео и всеми нюансами. Ремонтируют приборы, восстанавливают оборудование и делятся лайфхаками.
😂 Рассказывают забавные и курьёзные случаи из лаборатории, а иногда с сатирой критикуют научную реальность вокруг.
⚗️ «Лаба дорогого брата» — сатира, химия и выживание в лаборатории! Советы аспирантам и инструкции, как не взорвать реактор.
Интересующиеся химией и наукой - подписывайтесь!
🔥6
Опасен ли уран?💥
Какие у вас возникают ассоциации, когда вы слышите это слово? Наверняка, у многих возникает цепочка: уран = радиация = опасность.
Уран, действительно, опасный элемент, но опасен он, в первую очередь, своей химической токсичностью. Наиболее правильная ассоциация, которая должна возникать: уран = тяжелый металл. Про накапливание тяжелых металлов типа ртути, свинца и пр. в организме слышал, наверное, каждый. Как потом это отражается на нашем здоровье вы сможете почитать в медицинских каналах. Уран пополняет цепочку тяжелых металлов. Причем он будет потяжелее популярных ртути и свинца. Плотность у него около 19 г/см3, в то время как у ртути – 13,6 г/см3, а у свинца – 11,34 г/см3. Действует он на организм очень активно и, по сути является ядом.
А как же радиация?
Да, она, действительно, есть. Уран – радиоактивный элемент, и все три изотопа, содержащиеся в природе (234, 235 и 238), альфа- активны, т.е. самопроизвольно испускают альфа-частицы (ядра гелия). А из школы мы знаем, что защититься от альфа-частиц можно, всего лишь, листом бумаги. Наша кожа не хуже листа бумаги, особенно ее внешний роговой слой, поэтому альфа-частицы не проникают ни в организм, ни во внутренние слои кожи. Есть, конечно, и слабые места – рот, нос и глаза. Таким образом, радиационная опасность урана во много раз (по некоторым оценкам, в миллион) меньше его химической опасности.
Как не отравиться ураном?
Если вы не работаете с ним – то никак. В повседневной жизни вы с ураном не столкнетесь, т.к. его применения весьма специфичны. Когда-то он использовался в живописи, как пигмент в красках, а еще можно купить посуду из уранового стекла и наслаждаться зеленым свечением – флюоресценцией, в ультрафиолетовом свете. Все остальные точки соприкосновения с ураном так или иначе связаны с производством ядерного топлива, геологией, химией и боеприпасами.
Предположим, что вы, все-таки, работаете на урановом производстве. Вот самые простые пути его попадания в организм.
🟠 Если вы голыми руками возьмете кусок металлического урана, а потом понесете руки в рот. Уран быстро покрывается оксидной пленкой, которая может оставаться на руках. Ну можно еще пооблизывать его, чтоб уж наверняка.
🟠 На производстве работают с разными соединениями урана, в том числе, газообразными. Здесь проще простого урану попасть в организм через дыхательные пути.
🟠 При производстве ядерного топлива используют мелкодисперсный порошок диоксида урана, который также легко вдохнуть. Да и вообще работа с порошками очень грязное дело.
Есть еще много нюансов этого вредного производства, и вредного, в первую очередь, с химической точки зрения, а не с радиоактивной. Для защиты от альфа-распада урана достаточно надеть маску и очки. А возникающие болезни, скорее всего, будут связаны с химическим отравлением.
А опасным с радиоактивной точки зрения уран становится, когда попадает в ядерный реактор и запускается процесс деления, о котором я рассказывал здесь. Но это уже другая история.
Пишите, если знаете факты о том, чем еще опасен уран.
Какие у вас возникают ассоциации, когда вы слышите это слово? Наверняка, у многих возникает цепочка: уран = радиация = опасность.
Уран, действительно, опасный элемент, но опасен он, в первую очередь, своей химической токсичностью. Наиболее правильная ассоциация, которая должна возникать: уран = тяжелый металл. Про накапливание тяжелых металлов типа ртути, свинца и пр. в организме слышал, наверное, каждый. Как потом это отражается на нашем здоровье вы сможете почитать в медицинских каналах. Уран пополняет цепочку тяжелых металлов. Причем он будет потяжелее популярных ртути и свинца. Плотность у него около 19 г/см3, в то время как у ртути – 13,6 г/см3, а у свинца – 11,34 г/см3. Действует он на организм очень активно и, по сути является ядом.
А как же радиация?
Да, она, действительно, есть. Уран – радиоактивный элемент, и все три изотопа, содержащиеся в природе (234, 235 и 238), альфа- активны, т.е. самопроизвольно испускают альфа-частицы (ядра гелия). А из школы мы знаем, что защититься от альфа-частиц можно, всего лишь, листом бумаги. Наша кожа не хуже листа бумаги, особенно ее внешний роговой слой, поэтому альфа-частицы не проникают ни в организм, ни во внутренние слои кожи. Есть, конечно, и слабые места – рот, нос и глаза. Таким образом, радиационная опасность урана во много раз (по некоторым оценкам, в миллион) меньше его химической опасности.
Как не отравиться ураном?
Если вы не работаете с ним – то никак. В повседневной жизни вы с ураном не столкнетесь, т.к. его применения весьма специфичны. Когда-то он использовался в живописи, как пигмент в красках, а еще можно купить посуду из уранового стекла и наслаждаться зеленым свечением – флюоресценцией, в ультрафиолетовом свете. Все остальные точки соприкосновения с ураном так или иначе связаны с производством ядерного топлива, геологией, химией и боеприпасами.
Предположим, что вы, все-таки, работаете на урановом производстве. Вот самые простые пути его попадания в организм.
Есть еще много нюансов этого вредного производства, и вредного, в первую очередь, с химической точки зрения, а не с радиоактивной. Для защиты от альфа-распада урана достаточно надеть маску и очки. А возникающие болезни, скорее всего, будут связаны с химическим отравлением.
А опасным с радиоактивной точки зрения уран становится, когда попадает в ядерный реактор и запускается процесс деления, о котором я рассказывал здесь. Но это уже другая история.
Пишите, если знаете факты о том, чем еще опасен уран.
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
❤9👍6🔥4🆒1
Кстати, раз уж заговорили про радиоактивные распады, вопрос на засыпку, о котором мало кто задумывается. Аудитория у меня здесь собралась разная, поэтому ответы приветствуются в комментариях.
Наиболее известны (еще со школы) три типа радиоактивного распада - альфа-, бета- и гамма-. Если альфа-частицы, как мы поняли, - это ядра гелия, то бета-частицы - это электроны. Ну а гамма - это сильно коротковолновое электромагнитное излучение.
А мы знаем, что радиоактивный распад - это самопроизвольное испускание ядром вещества какого-либо излучения и превращение его в другое ядро. Ещё Нильс Бор с Резерфордом сказали, что ядро находится в центре атома и оно положительно заряжено.
Так вот внимание: как так получается, что из ядра могут вылетать бета-частицы, т.е. отрицательно заряженные электроны? Ваши варианты⤵️
Наиболее известны (еще со школы) три типа радиоактивного распада - альфа-, бета- и гамма-. Если альфа-частицы, как мы поняли, - это ядра гелия, то бета-частицы - это электроны. Ну а гамма - это сильно коротковолновое электромагнитное излучение.
А мы знаем, что радиоактивный распад - это самопроизвольное испускание ядром вещества какого-либо излучения и превращение его в другое ядро. Ещё Нильс Бор с Резерфордом сказали, что ядро находится в центре атома и оно положительно заряжено.
Так вот внимание: как так получается, что из ядра могут вылетать бета-частицы, т.е. отрицательно заряженные электроны? Ваши варианты
Please open Telegram to view this post
VIEW IN TELEGRAM
❤4🤯2🔥1