Досвід Резерфорда з розсіювання альфа-часток (коротко)
Ернест Резерфорд – це один із засновників фундаментального вчення про внутрішню будову атома. Народився вчений в Англії, в сім'ї емігрантів із Шотландії. Резерфорд був четвертою дитиною у своїй сім'ї, при цьому виявився найталановитішим. Особливий внесок йому вдалося зробити теорію будови атома.
Початкові уявлення про будову атома
Потрібно відзначити, що до того, як було проведено знаменитий досвід Резерфорда з розсіяння альфа-часток, що панувала на той час ідеєю про будову атома, була модель Томпсона. Цей учений був упевнений, що позитивний заряд поступово заповнював весь обсяг атома повністю. Негативно заряджені електрони, вважав Томпсон, були ніби вкраплення в нього.
Передумови до наукового перевороту
Після закінчення школи Резерфорд як найталановитіший учень отримав грант у 50 фунтів для подальшого навчання. Завдяки цьому він зумів вступити до коледжу у Новій Зеландії. Далі молодий вчений складає іспити в Кентерберійському університеті і починає серйозно займатися фізикою та хімією. 1891 року Резерфорд зробив свою першу доповідь на тему «Еволюція елементів». У ньому вперше в історії була позначена ідея про те, що атоми є складними структурами.
Тоді в наукових колах панувала ідея Дальтона про те, що атоми неподільні. Всім, хто оточував Резерфорда, його ідеї видалися досконалим безумством. Молодому вченому доводилося постійно вибачатися колегам за свою «нісенітницю». Але через 12 років Резерфорд все ж таки зумів довести свою правоту. У Резерфорда з'явився шанс продовжити свої дослідження в лабораторії Кавенді в Англії, де він почав вивчати процеси іонізації повітря. Першим відкриттям Резерфорда були альфа-і бета-промені.
Досвід Резерфорда
Коротко про відкриття можна розповісти так: у 1912 році Резерфорд разом зі своїми помічниками провів свій знаменитий досвід – альфа-частинки випускалися зі свинцевого джерела. Усі частинки, крім тих, що виявлялися поглиненими свинцем, рухалися вздовж встановленого каналу. Їхній вузький потік потрапляв на тонкий шар фольги. Ця лінія була перпендикулярна до листа. Досвід Резерфорда щодо розсіяння альфа-часток довів: ті частинки, які проходили крізь аркуш фольги наскрізь, викликали так звані сцинтиляції на екрані.
Цей екран був покритий особливою речовиною, яка починала світитися при попаданні на нього альфа-частинок. Простір між шаром золотої фольги та екраном був заповнений вакуумом для того, щоб альфа-частинки не розсіювалися в повітрі. Такий прилад дозволив дослідникам спостерігати частинки, що розсіюються під кутом 150°.
Якщо фольгу не використовували як перешкоди перед пучком з альфа-частинок, то на екрані утворювався світлий гурток із сцинтиляцій. Але як тільки перед їхнім променем ставили бар'єр із золотої фольги, то картина дуже змінювалася. Спалахи з'являлися не лише поза цим гуртком, а й на протилежному боці фольги. Досвід Резерфорда щодо розсіяння альфа-частинок показав, що більшість частинок проходить через фольгу без помітних змін у траєкторії руху.
При цьому деякі частинки відхилялися під чималим кутом і навіть відкидалися назад. На кожні 10 000 частинок, що вільно проходять через шар золотої фольги, лише одна відхилялася на кут, що перевищував 10° - як виняток одна з частинок відхилялася на такий кут.
Причина, через яку відхилялися альфа-частинки
Те, що детально розглянув та довів досвід Резерфорда – будова атома. Таке становище свідчило про те,що атом не є суцільною освітою. Більшість частинок вільно проходили через фольгу завтовшки один атом. І оскільки маса альфа-частинки практично у 8 000 разів більша за масу електрона, то останній не міг би суттєво вплинути на траєкторію альфа-частинки. Це могло бути зробленим лише атомним ядром – тілом малих розмірів, які мають майже всієї масою і всім електричним зарядом атома. Тоді це стало значним проривом англійського фізика. Досвід Резерфорда вважається одним із найважливіших ступенів у становленні науки про внутрішню будову атома.
Інші відкриття, отримані у процесі вивчення атома
Ці дослідження стали прямим доказом, що позитивний заряд атома перебуває усередині його ядра. Ця область займає дуже малий простір проти його цілісними розмірами. У такому малому обсязі розсіювання альфа-часток виявилося дуже малоймовірним. А ті частинки, які проходили поблизу області атомного ядра, зазнавали різких відхилень від траєкторії, адже сили, що відштовхують між альфа-часткою і ядром атома, були дуже потужними. Досвід Резерфорда з розсіяння альфа-частинок довів ймовірність того, що альфа-частка потрапить прямо в ядро. Правда, ймовірність була дуже мала, але все ж таки не дорівнює нулю.
То справді був не єдиний факт, який довів досвід Резерфорда. Коротко будову атома вивчали та її колеги, які зробили низку інших важливих відкриттів. Крім вчення про те, що альфа-частинки являють собою ядра гелію, що швидко рухаються.
Вчений зміг описати будову атома, де ядро займає незначну частину всього обсягу. Його досліди довели, що майже весь заряд атома зосереджений усередині його ядра. При цьому відбуваються як випадки відхилення альфа-часток, так і випадки їх зіткнення зядром.
Досліди Резерфорда: ядерна модель атома
1911 року Резерфорд після численних досліджень запропонував модель будови атома, яку назвав планетарною. Згідно з цією моделлю, всередині атома розташоване ядро, яке містить у собі практично всю масу частинки. Електрони рухаються навколо ядра подібно до того, як це роблять планети навколо Сонця. З їхньої сукупності утворюється так звана електронна хмара. Атом має нейтральний заряд, як показав досвід Резерфорда.
Будова атома надалі зацікавила вченого на ім'я Нільс Бор. Саме він доопрацював вчення Резерфорда, адже до Бора планетарна модель атома почала стикатися з труднощами пояснення. Так як електрон рухається навколо ядра певною орбітою з прискоренням, рано чи пізно він повинен впасти на ядро атома. Проте Нільс Бор зміг довести, що всередині атома закони класичної механіки не діють.