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卢瑟福模型 编辑
卢瑟福模型,或行星模型、太阳系模型,是物理大师欧尼斯特·卢瑟福创立的原子模型。1909年,卢瑟福领导设计与发展成功的卢瑟福散射,证实了原子核存在于原子中心处。从此,卢瑟福推翻了约瑟夫·汤姆孙主张的梅子布丁模型。卢瑟福设计的新模型,根据他的实验结果,拥有几个重要的特色。大多数的质量和正电荷,都集中于一个很小的区域(原子核);电子则环绕在原子核的外面,像行星的环绕着太阳进行公转。
中文名:卢瑟福模型
所属学科:物理
创立人:欧尼斯特·卢瑟福
所属领域:物理结构
在卢瑟福散射里,原子的电子云不会影响ɑ粒子的散射运动。
原子所有的正电荷,都集中于原子中心的很小区域内,称为原子核。原子核的库仑位势造成了阿尔法粒子的散射。
原子量大的原子(像金原子),称为重原子,其质量几乎全部都聚集于原子核。实验结果的分析,显示出高速度阿尔法粒子的散射并没有使原子核移动。与电子的动量相比,高速度阿尔法粒子拥有很大的动量,可是比较重原子又小了很多。这事实建议大多数原子的质量都聚集于原子核。
然而,他们得到的实验结果非常诡异,大约每8000个阿尔法粒子,就有一个粒子的移动方向会有很大角度的偏差(超过90°);而其它粒子都直直地冲过金箔纸,没有任何偏差。从这结果,卢瑟福断定,大多数的质量和正电荷,都集中于一个很小的区域(原子核);电子则包围在区域的外面。当一个(正价)阿尔法粒子移动到非常接近原子核,它会被很强烈的排斥,以大角度反弹。原子核的小尺寸解释了为什么只有少数的阿尔法粒子被这样排斥。从纯属对称性和审美性的观点,这个质量与电荷集中的区域,应该处于原子中心。
1911年,卢瑟福提出他自己的物理模型,诠释这些突如其来的答案。原子,是由一个带正电荷的中心区域(这就是现代的原子核,虽然卢瑟福没有想到这术语),和环绕在这区域外面的电子云层,所构成的。
从能量守恒定律,卢瑟福推理,知道阿尔法粒子的速度,就可以知道阿尔法粒子的撞击能够达到与原子核的最小距离。稍加计算,他得到金原子的原子核半径必小于
(真实值只是这数值的五分之一)。金原子的半径大约是。这是一个令人惊讶的结果,所有的正电荷都聚集于原子中心一个很小区域,其半径小于三千分之一原子半径。卢瑟福模型并没有给予电子的环绕运动任何结构。在卢瑟福的1911年论文里,他提到了长冈半太郎的半太郎模型,一个从麦克斯韦的土星环稳定理论得到的点子,建议电子的轨道就像土星环。
卢瑟福更进一步地建议原子中间的单位电荷数目可能与其原子量成比例(大约一半)。那时,金的原子量估计为 197 amu。所以,卢瑟福猜想单位电荷数目是98个单位电荷左右。这数子与金原子的原子序79(那个年代,在周期表的位置次序)相差甚远,卢瑟福并没有正式地建议两个数量可能完全一样。
这些二十世纪初期的发展,研究原子的物理结构,关键地开启了现代的原子物理学和量子力学。
氢原子
莫塞莱定律
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