Освещение искусственное и естественное, светотехника. Атом Бора.
Бор взял за основу атом Резерфорда и подогнал его к квантовым представлениям, создав тем самым современную схему строения атома, хотя с тех пор многое уже изменилось. Бор высказал три новые идеи. Чтобы преодолеть трудность с излучением и движением по спирали, он, во-первых, постулировал, что в атоме существует определенное число электронных орбит, названных им стационарными состояниями. В любом стационарном состоянии (их может быть много, но число их ограничено определенными правилами) электрон может вращаться сколь угодно долго, совсем не излучая. Заметим, что это радикальное предположение по существу не имело объяснения. Оно постулировалось произвольно и заведомо противоречило классической электромагнитной теории. Затем, во-вторых, он постулировал, что электрон может быть ударом выбит из нижнего стационарного состояния, являющегося нормальным состоянием, в энергетически более высокое, которое Бор назвал возбужденным. При этом электрон увеличивает свою энергию. Через непродолжительное время электрон возвращается обратно в нормальное состояние, и при этом избыток энергии (разность между энергиями двух стационарных состояний) излучается в виде отдельного фотона. В-третьих, он предположил, что величина, называемая моментом импульса электрона на стационарной орбите, должна быть кратной той самой постоянной Планка, которая появлялась и в тепловом излучении и в фотоэффекте.
Сделав эти предположения, Бор не только получил теоретически формулу Бальмера, но — что гораздо более поразительно — из простой динамики вращения электрона в этих предполагаемых стационарных состояниях, зная массу электрона, он вывел точные значения длин волн бальмеровских линий. Кроме того, он предсказал другие серии, которые вскоре были обнаружены. Затем путем небольшой модификации была построена модель следующего по сложности атома — атома гелия, и вскоре было найдено, что его модель соответствует наблюдениям с самой высокой степенью точности.
Теория Бора была триумфом вдохновения н геть альности. Можно было не только определять энергии вероятных последовательных орбит, которые приводили к формуле Бальмера; теория пошла дальше и позволила построить пространственную геометрическую картину водородного атома. Бор доказал, что возможные последовательные стационарные орбиты расположены в соответствии с моделью, показанной на рис. 8. Эта геометрическая модель имеет неожиданно интересное соотношение диаметров орбит, так как оказалось, что эти диаметры пропорциональны квадратам чисел натурального ряда. Диаметр первой орбиты является диаметром обычного невозбужденного атома водорода. 'Поэтому еще одним триумфом Бора было то, что его теория дала для диаметра атома величину, которая была приближенно получена другими методами. Сегодня мы принимаем результат Бора за точную величину, рассматривая другие как приближенные. Оказалось, что диаметр первой орбиты почти точно равен ![1 А. Диаметры последующих орбит равны 4, 9, 16 А и т. д. (22, З2, 42 и т. д.). Именно здесь впервые выявилась пространственная картина внутриатомного строения.
Метод Бора
Скоро метод Бора стали широко применять к другим спектрам и другим атомам. Хотя в наши дни уточненная трактовка и модификация в значительной мере заменили первоначальное боровское приближение и увели спектроскопистов далеко от простой воровской модели образца 1913 г., тем не менее идеи Бора очень полезны для объяснения спектров и находят повседневное применение в практической спектроскопии, хотя этим идеям сейчас уже более полувека. Сейчас мы знаем, что в составе всех атомов есть группы электронов, занимающих стационарные состояния. Современные воззрения заменили представления об электроне, как о своего рода «бильярдном шаре», представлениями об электронном «облаке», но идея о переходе электрона с одной орбиты на другую и излучения вслед за тем одного фотона при переходе электрона обратно осталась по-прежнему в силе.
Читателю не следует впадать в ошибку, свойственную учащимся, думающим, что один атом водорода может излучать всю бальмеровскую серию. Это не так. При о д н о м электронном переходе испускается только один фотон, а не весь спектр. Когда мы имеем набор атомов, то некоторые излучают один определенный фотон, иные — другой. Если мы вновь обратимся к рис. 8, то увидим, что при определенных обстоятельствах электрон может переходить на разные орбиты. Вследствие этого в наборе атомов водорода некоторые электроны могут перейти на вторую орб*иту. Другие — на третью орбиту и т. д. Набор атомов как целое излучает весь спектр. Некоторые электронные переходы
теоретически более вероятны, чем другие; при "этом вероятности находятся в очень точном соотношении. Поэтому от группы атомов исходит набор отдельных: линий различных интенсивностеи, которые подчинены определенным правилам и могут быть предвычислены. Каждый вид атомов в природе, согласно расположению и характеристикам орбит их стационарного состояния, излучает свою собственную особую группу спектральных линий. В настоящее время связь между спектром и внутренним строением известна настолько надежно, что по одному только спектру можно полностью разгадать структуру многих сложных атомов.