1-mavzu atom, yadro va elementar zarralar fizikasida relyativistik munosabatlarning tutgan o`rni
- mavzu. Atom tuzilishi. Rezerford tajribasi va formulasi
Download 1.4 Mb.
|
Mustaqil talim materiallari
- Bu sahifa navigatsiya:
- O`quv mashg`ulotining maqsadi: Pedagogika oliy o`quv yurtlari talabalariga atom tuzilishi, Rezerford tajribasi va formulasi haqida ma`lumot berish.
|
2- mavzu.
Atom tuzilishi. Rezerford tajribasi va formulasi 1. Ma`ruza mashg`ulotini o`qitish texnologiyasi
Atomning murakkab tuzilishi haqidagi tasavvur XIX asrning oxirida paydo bo`lgan. Ungacha atomni bo`linmas zarra deb qaralgan. Ushbu g`oyani grek faylasufi Demokrit ilgari surgan. XIX asr oxiridagi 3 ta buyuk kashfiyot (elektron, rentgen nurlari va radioaktivlikning kashf etilishi) atomni murakkab tuzilishga ega ekanligini ko`rsatib berdi. Shundan so`ng olimlar atom tuzilishini o`rgana boshladilar. Atomning birinchi nazariy modelini 1903 yili Tomson taklif etdi. Uning fikriga ko`ra atom musbat zaryad bilan bir tekis to`ldirilgan sferadan iborat bo`lib, uning ichida elektron joylashgan bo`ladi. Sferaning yig`indi musbat zaryadi elektron zaryadiga teng bo`lib, atom bir butun holatda neytraldir. Atomning massasi uning butun hajmi bo`ylab bir tekis taqsimlangan. Atom ichida kuchli elektr maydon hosil bo`lmaydi. Bu atom radiusini baholaylik. Atom chiqarayotgan spektr xarakterini tushuntirish uchun bu atomdagi elektron tebranma harakat qiladi va muvozanat holatida kvazielastik kuch bilan tutib turiladi deb qaraladi. R radiusli atomda biror yo`l bilan muvozanat holatdan chiqarilgan elektron tsiklik chastota bilan tebranadi. Bu ifodadan ekanligini topish mumkin. Elektronning tsiklik chastotasi ni yuqoridagi ifodaga olib kelib qo`yilsa, hosil bo`ladi. Nurlanayotgan atom mkm uzunlikdagi nur chiqarayotgan bo`lsa, bundan tashqari SGSe z. b., g, sm/s ekanligi hisobga olinsa, u holda ekanligini topish mumkin. Demak, atom radiusining tartibi 10-10 m ni tashkil qiladi. U atomning gazokinetik o`lchamlari bilan mos tushadi. Ushbu modelning to`g`riligini tekshirish maqsadida Rezerford tajriba o`tkazdi. Rezerford bunda zarralar oqimi bilan oltin fol`gani bombardimon qildi. Atomning Tomson modeli to`g`ri bo`lsa, bunday zarralar fol`gadan ta`sirlashmasdan o`tishi kerak edi. Tajribadan shu narsa ma`lum bo`ldiki, oltin fol`ga orqali o`tayotgan zarralar fol`gadan turli burchaklarga sochila boshladilar. Sochilgan zarralar orasida 1800 burchakka sochilganlari ham bo`ldi. Tajriba natijalaridan kelib chiqqan holda Rezerford atom Tomson modelining noto`g`ri ekanligini aniqladi. U shu natijalar asosida Rezerford atomning planetar modelini taklif qildi. Bu modelga asosan, har qanday atom uning massasining asosiy qismini o`zida mujassamlashtirgan va musbat zaryadlangan yadro hamda uning atrofida doiraviy orbita bo`ylab harakatlanadigan elektronlardan tashkil topadi. Ushbu model` Quyosh sistemasiga o`xshab ketganligi sababli uni atomning planetar modeli deb ataldi. Tajriba natijasining to`g`riligini Rezerford o`zining nazariy formulasi orqali ham isbot qilib berdi. Biror yadroning kulon maydonida burchakka sochilgan zarralarning nisbiy soni orqali ifodalangan Rezerford formulasi quyidagicha yoziladi: , bu erda n-fol`ga kontsentratsiyasi, d-fol`ga qalinligi, T-zarraning kinetik energiyasi, -elementar fazaviy burchak. Klassikalıq elektrodinamika boyınsha elektromagnit nurlanıw zaryadlardın’ terbelisi na’tiyjesinde payda boladı va onın’ jiyiligi, zaryadlardın’ terbelis jiyiligine sa’ykes keledi. Bul na'rsege Gerts vibratorın mısal etip ko’rsetiw mumkin. Atomnın’ klassikaliq elektrodinamikag’a tiykarlang’an birinchi modelin J.J.Tomson (1856-1940) 1903 jılı usıng’an. Bul modelge muwapıq atom shar formasında bolıp, onın’ putin ko’lemi boyınsha on’ zaryadlar bir tegis bo’listirilgen. Usı on’ zaryadlar arasında elektronlar va jaylasqan bolıp, olardın’ sanı on’ zaryadlar sanına ten’ bolg’anı ushın atom neytral esaplanadı. Elektron tensalmaklıq jag’dayınan jıljıg’anda onı tensalmaqlıq jag’dayına qaytarıwshı serippelilik kushine uqsas kush payda boladı. Usı kush ta’sirinde elektron garmonikaliq terbelmeli ha’reket qıladı. Maksvelldin’ elektromagnit tolqın teoriyasına muwapıq elektron atomda terbelmeli ha’reket jasag’anı ushın atom monoxramatikaliq elektromagnit tolqın shıg’aradı. Nurlang’an elektromagnit tolqın jiyiligi elektronnın’ terbelis jiyiligine sa’ykes keledi. Tomson usı atom modeli menen atomnın’ nurlanıw spektri sızıqlı bolıwın tusindirip berdi. G.N.Lorents, Tomsonnın’ bul atom modeli tiykarında jaqtılıq dispersiyasının’ elektron teoriyasın jarattı. Bul teoriya normal va anomal dispersiyalardı tusindirip berdi. O`z waqtında atomnın’ Tomson modeli fizikada ulken ro’l oynadı. Biraq bul model uzaq jasamadı. İnglis alımı Rezerford radioaktiv zatlardan shıg’ıwshı - - bo’leksheleri juqa metall qatlamınan wo’tkende shashırawın uyrenip, 1911 jılı atom duzilisinin’ jan’a modelin jarattı. - bo’leksheler menen ta’sirlesip atırg’an zattın’ atom duzilisin biliw ushın aldın - bo’lekshenin' wo'zinin’ ta’biyatın biliw kerek edi. Sonın’ ushın Rezerford -bo’lekshenin’ zaryadın, massasın va tezligin anıqladı. Rezerford va Geyger radioaktiv zattan shıg’ıp atırg’an -bo’lekshelerdi Faradey tslindrine toplap, elektrometr ja’rdeminde wonın’ zaryadı on’ bolıp, yeki elektron zaryadına (q = 2e) ten’ ekenligin anıqladı. -bo’lekshelerdin’ magnit maydanında awısıwına qarap, onın’ massası, (H) vodorod atomı massasına, yag’nıy geliy atomı massasına ten’ligi anıqlandı. Radioaktiv zattan ushıp shıg’ıp atırg’an -bo’lekshelerdin’ tezligi 107m/s atrapında bolıp, olar bir qansha ulken kinetikaliq energiyag’a iye. Rezerford -bo’leksheler jolına kishkene domalaq san’laqlı tosıq qoyıp, san’laqtan shıg’ıp atırg’an -bol’eksheler da’stesinin’ qalın’lıg’ı 1 mkm ge jaqın bolg’an altın qatlamına (fol`ga) qarata bag’ıtladı. Rezerford ta’jriybesinin’ sxeması 3-suwrette ko’rsetilgen. Altın qatlamınan o’tken -bo’leksheler nurlanıuwhı (lyuminestsentsiyalanıwshı) ekran arqalı yamasa fotoqag’az ja’rdeminde esapqa alınadı. Ta’jriybeden usı na’rse ma’lim boldı, -bo’lekshelerdin’ juda ko’p bo’legi altın qatlamınan hesh qanday tosıqqa ushramay wo’tip yekrang’a barıp tusedi eken. Biraq ayırım -bo’lekshelerde altın qatlamınan wo’tiwde 100, 150, 200 muyeshlerge awısıwı baqlanadı. Ja’ne de az sandag’ı -bo’leksheler (shama menen 8000 nan birewi) 900 tan ulken bolg’an muyeshke awısadı eken. Ha’tteki (shama menen 20000 nan birewinin’) altın qatlamınan arqag’a qaytg’anı va esapqa alındı (4-suwret). 4-suwrette yadro kishkene shar formasında suwretlengen. - bo’lekshenin’ ha’reket traektoriyası strelka menen ko’rsetilgen. Suwrettegi - -bo’lekshenin’ da’slepki bag’ıtı menen yadro arasındag’ı aralıq, - -bo’lekshenin’ burılıw muyeshi. Suwretten ko’rinip tur, -bo’lekshenin’ burılıw muyeshi wol menen atom yadrosı arasındag’ı aralıqqa baylanıslı. Rezerford bul aralıqtı nıshan aralıg’ı dep atadı. Bul ta’jriybe na’tijelerinen Rezerford to’mendegi ush juwmaqtı shıg’ardı. 1 -bo’lekshelerdin’ ayırımlarının’ altın qatlamınan wo’tiwde burılıwına altın atomları quramındag’ı won’ zaryadlar menen wo’z-ara ta’siri tiykarg’ı sebepshi boladı. 2. - bo’lekshelerdin ko’p bo’leginin’ hesh qanday tosqınlıqqa ushramay altın qatlamınan wo’tip ketiwi atom quramındag’ı won’ zaryadlar atom worayındag’ı juda’ va kichi ko’lemli yadrog’a toplang’anlıg’ın ko’rsetedi. 3. -bo’lekshelerdin’ altın qag’azınan arqag’a qaytıwı on’ zaryadlı atom yadrosının’ massası -bo’lekshelerdin’ massasınan bir neche ma’rte ulken ekenligin va atom massasın tiykarınan usı kishi ko’lemli yadro quraytug’ının ko’rsetedi. Rezerford joqarıdag’ı juwmaqları tiykarında atomnın’ yadro modelin jarattı. Bul modelge muwapıq atom orayında on’ zaryadlı yadro jaylasqan. Yadro menen elektronlar o’z-ara ta’sirlesiwi na’tiyjesinde elektronlar yadro a’trapında shenber formasındag’ı orbitalar boylap aylanadı. Yadro kushleri maydanı orayga umtılıwshı kush wazıypasın orınlaydı. Yadro atrapında aylanıp atırg’an elektron ushın N`yutonnın’ 2-nızamı to’mendegi ko’riniste jazıladı. Bunda - elektronnın’ worbitadag’ı tezligi r - orbita radiwsı. Elektronlardın’ ulıwma zaryadı, yadrodag’ı on’ zaryadlardın’ ulıwma zaryadına ten’ bolg’anı ushın atom elektr zaryadına iye emes. 5-suwrette Rezerfordtın’ atom yadro modeli boyınsha vodorod, geliy va litiy atomlarının’ duzilisi suwretlengen. 3.Rezerford ta’jriybege va atom yadro modeline tiykarlanıp atom zaryadın va o’lshemin anıqlawg’a yeristi. Yadronın’ zaryadı elektron zaryadına yeseli bolıp, Q=+Ze ekenligi anıqlandı. Bunda Z – elementtin’ Mendeleev periodlıq sistemasındag’ı ta’rtip nomeri. Rezerford ja’ne sol na’rsege anıqlıq kiritedi, elementtin’ periodlıq sistemadag’ı ornı Mendeleev ko’rsetgenindey, onın’ atom massası menen emes, ba’lki yadro zaryadı menen anıqlanar eken. Rezerford ayırım elementlerdin’ periodlıq sistemadag’ı ornına duzetiwler kiritti, yag’nıy olardın’ ta’rtip nomerlerin o’zgertti. Rezerford atom yadrosının’ o’lshemin qanday anıqlag’anın ko’rip o’teyik. Ma’selen -bo’lekshe bazı bir element atom yadrosına oraylıq urılsın. Haqıyqatında -bo’lekshenin’ yadro menen soqlıg’ısıwı bolmaydı. Sebebi, - bo’lekshe yadrog’a qandayda aralıqqa jaqınlasıp barıp, son arqag’a qaytadı. -bo’lekshenin’ kinetikaliq energiyası qansha ulken bolsa, ol yadrog’a sonsha ko’birek jaqın baradı. Energiyanın’ saqlanıw nızamına muwapıq -bolekshenin kinetikaliq energiyasın yadro menen o’z-ara ta’sir potentsial energiyasına ten’leymiz. - bolekshenin tezligi v 107 m/s, massası m=4mn =4.1,67.10-26 kg, zaryadı’ q=281,6.10-19 Kl va altın atomının’ periodlıq sistemadag’ı ta’rtip nomeri Z=79 ekenliginin esapqa alıp, Ten’likten r0 dı esaplaymız. Tabılgan r0 dın’ bul ma’nisi altın va -bo’lekshelerdin’ yadro radiuslarının’ jıyındısına ten’. Yadronın’ bul o’lshemi sha’rtli bolıp, ol -bo’lekshenin’ tezligine baylanıslı. Ha’zirgi zaman usılları menen yadronın’ o’lshemi 10-15m atrapında ekenligi anıqlang’an. Yadro fizikasında 10-15 m uzınlıq 1 Fermi dep juritiledi. Elektronnın’ radiwsı va 1 Fermi atrapında ekenliginin esaplap tabıwımız mumkin. Elektrostatikadan belgili, zaryadlang’an o’tkizgish energiyası; E0 = e formula menen esaplanadı. Bul formulada e – elektronnın’ zaryadı, -o’tkizgish potentsialı. Elektrondı r0 radiwslı shar dep alsaq, onın’ energiyası ushın formulanı jazıwımız mumkin. Eynshteynin’ arnawlı salıstırmalılıq teoriyasına muwapıq tınısh turg’an elektronnın’ energiyası; E0 = m0e c2 Bunda m0e-elektronnın’ tınıshlıktag’ı massası, Eo dın’ joqarıdag’ı an’latpaların bir-birine ten’lep, shamalardın san ma’nislerin qoyıp, elektronnın’ radiwsın esaplaymız: Joqarıdag’ı na’tiyjeden ko’rinip tur, elektronnın’ radiwsı va yadro radiwsına jaqın eken. Yadronın’ o’lshemi va massasın bilgen halda biz yadro zatının’ tıg’ızlıg’ın yesaplawımız mumkin. Yadronın’ massası ornına atom massasın alsa va boladı, sebebi elektronnın’ massası yen’ kishi atom-vodorod massasınan va 1836 ma’rte kishi. Bizge belgili, mn = 1.67.10-27kg bolg’anı ushın yadro tıg’ızlıg’ı ushın Na’tiyjeni alamız. Bunday tıg’ızlıq ha’zirgeshe ilimge ma’lim bolg’an en’ ulken tıg’ızlıq. Rezerfordtın’ biz joqarıda ko’rip wo’tken atom yadro modelin ko’binshe atomnın’ planetar modeli dep te ataydı. Biraq bul juda qopal uqsatıw. Sebebi, Quyash va planetalar mexanikaliq sistema bolsa, atom yadrosı va elektronlar elektrodinamikaliq sistema. Quyash va planetalar o’z-ara gravitatsyaliq maydan arqalı tartısıp tursa, elektronlar yadrog’a Kulon nızamı menen anıqlanıwshı elektr maydanı kushleri arqalı tartısıap turadi. Rezerfordtın’ atom teoriyası ayırım element atomları yadro zaryadın va massasın anıqlap, olardın’ periodlıq sistemadag’ı wornına anıqlıq kiritgeni menen atomnın’ ko’p qa’siyetlerin tusindirip bere almadı. Ma’selen, atom sırtqı ta’sir sebepli yonlasıwı, yag’nıy ol shetki elektrondı jog’altıp on’ iong’a aylanıwı va ja’ne neytral atom halına qaytıwı mumkin. Bul protsessti Rezerford yadro modeli tusindirip bere almaydı. Bul model` yadro atrapında aylanıp atırg’an elektronnın’ orbitası ne sebepten statsyonar ekenine va juwap taba almaydı. Elektron yadro atrapında aylanar yeken, ma’lim tezleniwge iye boladı, sonın’ ushın atomnan elektromagnit nurlanıw shıg’ıp turıwı kerek. Na’tiyjede elektron orbitasının’ radiwsı qısqara barıp, ol spiral sıyaqlı traektoriya boylap aylanıwı kerek. Atom aldın uzın tolqın uzınlıqtag’ı jaqtılıq shıg’arıwı, spiraldın radiwsı qısqarıp elektronnın’ aylanıw jiyiligi artıwı na’tiyjesinde atom shıg’arıp atırg’an jaqtılıqtın’ tolqın uzınlıg’ı uzliksiz qısqarıp barıwı kerek. Esaplawlar sonı ko’rsetedi, elektron qısqa waqıt ishinde (~10-8s) yadro ustine tusip qalıwı na’tiyjesinde atom "buzılıwı" kerek edi. Bizge `belgili, bunday ha’l bayqalmaydı, atom statsyonarsha qaladı. Atomnan shıg’ıp atırg’an jaqtılıq spektri va uzliksiz bolmay, balki sızıqlı bolar. Ma’selen gaz atomları spektrı sızıqlı. Bunday sızıqlı spektrge mısal yetip vodorod atomı spektrin alıw mumkin. Atomlar spektri ne sebepten sızıqli bolıwın Rezerfordtın’ atom yadro modeli tusindirip bere almaydı. Demek, klassikaliq mexanika va elektrodinamikag’a tiykarlanıp jaratılg’an Rezerford atom teoriyası atom ishinde bolıp wo’tetug’ın protsesslerdi tusindiriwge jaramsız yeken. Sonnan keyin daniyalıq fizik-teoretik Nil`s Bor, M. Planktın’ energiya kvantı haqqındag’ı teoriyasın va ta’jriybede bayqalg’an vodorod atomı spektral seriyaların uyrenip, atom duzilisinin’ jan’a teoriyasın jarattı. Bekkemlew ushın sorawlar: 1. Atom ha’diyselerin tusindiriwde klassikaliq fizikanın’ qıyınshılıqları aytıp berin’ 2. XX–a’sir basındag’ı atom fizikasında qanday jan’alıqlar boldı ? 3 Atomnın’ Tomson modelin tusindirip berin’. 4. Rezerford ta’jriybesin aytıp berin’. 5. Yadronın’ o’lshemi, zaryadı va massası qalay anıqlaymız? 6. Atomnın’ yadro modelinin’ kemshiligin aytıp berin’. Download 1.4 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
| ||||||||||||||||||