Rutherfordův experiment na rozptylu alfa částic (stručně)

Ernest Rutherford je jedním ze zakladatelů základní doktríny vnitřní struktury atomu. Vědec se narodil v Anglii v rodině vysídlenců ze Skotska. Rutherford byl čtvrtým dítětem ve své rodině, zatímco byl nejtalentovanější. Zvláště přispěl k teorii struktury atomu.

Počáteční představy o struktuře atomu

Je třeba poznamenat, že předtím, než se konal Rutherford známých pokusů o rozptylu částic alfa, dominantní v té době myšlenka struktury atomu byl model Thompson. Tento vědec byl jistý, že kladný náboj je stejnoměrně vyplní celý objem atomu. Záporně nabité elektrony, Thompson myslel, byly údajně šplouchá do něj.

Předpoklady pro vědeckou revoluci

Po dokončení studia získal Rutherford jako nejtalentovanější student 50-librový grant na další studium. Díky tomu se mu podařilo jít na univerzitu na Novém Zélandu. Dále mladý vědec absolvuje zkoušky na univerzitě v Canterbury a začne se vážně zabývat fyzikou a chemií. V roce 1891 vypracoval Rutherford svou první zprávu na téma "Vývoj prvků". V tom byl poprvé v historii vyjádřen názor, že atomy jsou složité struktury.

Ve vědeckých kruzích dominovala myšlenka Daltona, že atomy jsou nedělitelné. Ke všem, kteří obklíčili Rutherforda, se zdálo, že jeho nápad je dokonalý šílenství. Mladý vědec se musel neustále omluvit kolegům za svůj "nesmysl". Ale o 12 let později se Rutherfordovi podařilo dokázat jeho případ. Rutherford měl šanci pokračovat ve studiu v laboratoři Cavendish v Anglii, kde začal studovat procesy ionizace vzduchu. První objev Rutherfordu byl alfa a beta paprsky.

Zkušenosti Rutherforda

Krátce o tomto objevu lze popsat takto: v roce 1912 Rutherford spolu s jeho asistenty provedli jeho slavnou zkušenost - částice alfa byly vypouštěny z olověného zdroje. Všechny částice, s výjimkou těch, které byly absorbovány olovem, se pohybovaly po zavedeném kanálu. Jejich úzký proud spadl na tenkou vrstvu fólie. Tato čára byla kolmá na list. Rutherfordova zkušenost s rozptýlením alfa částic ukázala, že částice, které procházejí fólií skrz a skrz, nazývané tzv. Scintilací na obrazovce.

Tato obrazovka byla pokryta speciální látkou, která začala svítit, když ji zasáhla alfa částic. Prostor mezi vrstvou zlatá fólie a obrazovka byla naplněna vakuem tak, aby částice alfa nebyly rozptylovaly ve vzduchu. Takové zařízení umožnilo výzkumníkům pozorovat částice, které se rozptylují pod úhlem asi 150 °.

Pokud se fólie nepoužívala jako překážka pro paprsek alfa částic, na obrazovce se vytvořil světelný kruh scintilací. Ale jakmile čelili bariéru zlaté fólie před jejich paprskem, obraz se výrazně změnil. Blesky se objevovaly nejen mimo tento hrnek, ale také na opačné straně fólie. Rutherfordova zkušenost s rozptylem alfa částic ukázala, že většina částic prochází fólií bez zřetelných změn v trajektorii pohybu.

Současně se některé částice odklonily poměrně velkým úhlem a dokonce byly odhodeny zpět. Pro každých 10 000 volně procházejících vrstvou částice zlaté fólie se pouze jeden odchyloval o úhel větší než 10 ° - jako výjimka, jedna z částic byla vychýlena takovým úhlem.

Důvod odchylky alfa částic

Rutherfordova zkušenost podrobně zkoumala a prokázala strukturu atomu. Tato situace naznačila, že atom nepředstavuje nepřetržité vzdělávání. Většina částic volně prochází fólií o tloušťce jednoho atomu. A jelikož hmotnost alfa částic je téměř 8 000krát větší než hmotnost elektronu, druhá nemohla významně ovlivnit dráhu alfa částice. To by mohlo být provedeno pouze atomovým jádrem - tělem malých rozměrů, které mají téměř celou hmotnost a celý elektrický náboj atomu. V té době se stala významným průlomem anglického fyziků. Zkušenost Rutherforda je považována za jeden z nejdůležitějších kroků ve vývoji vědy o vnitřní struktuře atomu.

Další objevy získané při studiu atomu

Tyto studie se staly přímým důkazem toho, že pozitivní náboj atomu je uvnitř jeho jádra. Tato oblast zaujímá velmi malý prostor ve srovnání s integrálními rozměry. V tak malém objemu se ukázalo, že rozptyl alfa částic je velmi nepravděpodobný. A ty částice, které projížděly v blízkosti oblasti atomového jádra, zaznamenaly prudké odchylky od trajektorie, protože odpuzující síly mezi alfa částicemi a jádrem atomu byly velmi silné. Rutherfordova zkušenost v rozptýlení alfa částic ukázala pravděpodobnost, že alfa částic padne přímo do jádra. Je pravda, že pravděpodobnost byla velmi malá, ale stále se nerovná nule.

To nebyla jediná skutečnost, která dokázala zkušenost Rutherforda. Struktura atomu byla krátce studována jeho kolegy, kteří učinili řadu dalších důležitých objevů. Kromě toho, že částice alfa se rychle pohybují jádry helia.

Vědec byl schopen popsat strukturu atomu, ve kterém jádro zaujímá nevýznamnou část celého objemu. Jeho experimenty ukázaly, že prakticky celý náboj atomu je soustředěn uvnitř jeho jádra. V tomto případě dochází k oběma deformacím alfa částic, stejně jako k případům jejich kolize s jádrem.

Rutherfordovy experimenty: jaderný model atomu

V roce 1911, po četných studiích, navrhl Rutherford model struktury atomu, který nazval planetátem. Podle tohoto modelu je uvnitř atomu jádro, které obsahuje prakticky celou hmotnost částice. Elektrony se pohybují kolem jádra stejně jako planety kolem Slunce. Z jejich úplnosti vzniká takzvaný elektronický mrak. Atom má neutrální náboj, jak ukazuje zkušenost Rutherforda.

Struktura atomu se dále zajímala o vědce jmenovaného Nielsem Bohrem. Byl to ten, kdo dokončil učení Rutherforda, protože před Bohrem se planetární model atomu začal potýkat s obtížemi vysvětlení. Vzhledem k tomu, že se elektron pohybuje kolem jádra podél určité dráhy s akcelerací, dříve nebo později musí spadnout na jádro atomu. Niels Bohr však dokázal, že zákony klasické mechaniky nefungují uvnitř atomu.