ΣΙΣΛΟ: <<ΑΣΟΜΙΚΟ ΠΡΟΣΤΠΟ ΣΟΤ ΡΑΓΔΡΦΟΡΝΣ ΚΑΙ ΣΟΤ ΜΠΟΡ>>

Transcript

1 Δξγαζία ζην κάζεκα ηεο Υεκείαο ΣΙΣΛΟ: <<ΑΣΟΜΙΚΟ ΠΡΟΣΤΠΟ ΣΟΤ ΡΑΓΔΡΦΟΡΝΣ ΚΑΙ ΣΟΤ ΜΠΟΡ>> Οκάδα: Μήηζηνο Υξήζηνο, Μειηώηεο Βαζίιεο, Σζηκπνύθεο Κσλζηαληίλνο. Τπεύζπλνο Καζεγεηήο: Κνξθήο Άγγεινο 1 ν Γεληθό Λύθεην Σξηθάισλ ρνιηθό έηνο:

2 Βηνγξαθίεο Ο Έξλεζη Ράδεξθνξλη (πήξε αξγόηεξα ηνλ ηηκεηηθό ηίηιν Λόξδνο Ράδεξθνξλη ηνπ Νέιζνλ) ήηαλ Νενδειαλδόο θπζηθόο θαη ρεκηθόο. Γελλήζεθε ζηηο 30 Απγνύζηνπ ηνπ 1871 θαη πέζαλε ζηηο 19 Οθησβξίνπ ηνπ Ο Ράδεξθνξλη αλαθάιπςε όηη ην άηνκν έρεη ζπγθεληξσκέλν ην ζεηηθό θνξηίν ζην θέληξν ηνπ θαη ην αξλεηηθό πεξηθεξεηαθά θαη δεκηνύξγεζε ην πιαλεηηθό κνληέιν ηνπ αηόκνπ, πνπ δηαδέρηεθε ην κνληέιν ηεο "ζηαθίδαο" ηνπ Σόκζνλ. Σν κνληέιν ηνπ Ράδεξθνξλη ηξνπνπνηήζεθε αξγόηεξα από ηνλ Νηιο Μπνξ (Bohr), πνπ δεκηνύξγεζε ην ηξνρηαθό κνληέιν ηνπ αηόκνπ. Πήξε ην βξαβείν Νόκπει Υεκείαο ην 1908 γηα ηελ εξγαζία ηνπ ζρεηηθά κε ηελ δνκή ηνπ αηόκνπ θαη εγήζεθε ηεο πξώηεο πξνζπάζεηαο δηάζπαζεο ηνπ αηόκνπ ην Ο Ράδεξθνξλη ήηαλ γηνο αγξνηηθήο νηθνγέλεηαο. Οη γνλείο ηνπ ήηαλ κεηαλάζηεο από ηελ Μεγάιε Βξεηαλία πνπ εγθαηαζηάζεθαλ ζηελ πεξηνρή Νέιζνλ ηεο Νέαο Εειαλδίαο. Απνθνίηεζε από ην ηνπηθό θνιέγην θαη θέξδηζε ππνηξνθία γηα λα ζπλερίζεη ηηο ζπνπδέο ηνπ ζην παλεπηζηήκην. πνύδαζε θπζηθόο θαη ζην ηέινο ησλ ζπνπδώλ ηνπ ην 1895 ηαμίδεςε ζηελ Μεγάιε Βξεηαλία γηα λα ζπλερίζεη ηηο ζπνπδέο ηνπ ζην εξγαζηήξην Κάβεληηο ηνπ παλεπηζηεκίνπ ηνπ Κέηκπξηηδ. Σν 1898 ν Ράδεξθνξλη δέρεηαη λα αλαιάβεη ηελ έδξα ηεο Φπζηθήο ζην παλεπηζηήκην Μαθ Γθηιι ζην Μόληξεαι ηνπ Καλαδά. Ζ πεξίνδνο απηή ήηαλ θαη πνιύ ζεκαληηθή γηα ηελ θαξηέξα ηνπ. Γνύιεςε πάλσ ζηελ ξαδηελέξγεηα θαη δηαπίζησζε πσο ε ξαδηελέξγεηα ήηαλ πξντόλ απζόξκεηεο δηάζπαζεο ηνπ αηόκνπ. Παξαηήξεζε όηη ε απζόξκεηε δηάζπαζε ησλ ξαδηελεξγώλ ζηνηρείσλ αθνινπζεί έλαλ εθζεηηθό θαλόλα θαη εμήγαγε ηελ ζρέζε γηα ηνλ ρξόλν εκηδσήο ξαδηελεξγνύ ζηνηρείνπ. Παξάιιεια παξαηήξεζε θαη έλαλ ηξίην ηύπν αθηηλνβνιίαο από ηα ξαδηελεξγά άηνκα, ηηο αθηίλεο y. ηα ρξόληα πνπ βξηζθόηαλ ζηνλ Καλαδά παληξεύηεθε (1900) θαη απέθηεζε θαη κία θόξε. Σν 1907 έθαλε δεθηή ηελ έδξα πνπ ηνπ δηλόηαλ ζην παλεπηζηήκην ηνπ Μάληζεζηεξ θαη επέζηξεςε ζηελ Αγγιία. Αθνινύζεζε ην πεξίθεκν πείξακα ηνπ κε ηνλ βνκβαξδηζκό κε ειεθηξόληα ελόο ιεπηνύ θύιινπ ρξπζνύ. Από ηε ζθέδαζε ησλ ειεθηξνλίσλ αλαθάιπςε ηελ θαηαλνκή θνξηίνπ ζην άηνκν θαη δεκηνύξγεζε ην αηνκηθό ηνπ

3 κνληέιν, ζύκθσλα κε ην νπνίν ην άηνκν έρεη ζπγθεληξσκέλν ην ζεηηθό θνξηίν ζην θέληξν ηνπ θαη ην αξλεηηθό πεξηθεξεηαθά. Σελ επόκελε ρξνληά βξαβεύηεθε κε ην Νόκπει Υεκείαο. Ο Ράδεξθνξλη έγηλε ν πξώηνο άλζξσπνο πνπ κεηαζηνηρείσζε έλα ρεκηθό ζηνηρείν ζε έλα άιιν: Μεηέηξεςε ην Άδσην ζε νμπγόλν βνκβαξδίδνληαο ζε θύθινηξν ην άδσην κε αθηίλεο α. Ο Ράδεξθνξλη είρε πξνβιέςεη ζηηο ζεσξίεο ηνπ ηελ ύπαξμε λεηξνλίσλ ζηα άηνκα, θάηη πνπ επαιεζεύηεθε ην 1932 κε ηελ αλαθάιπςε ηνπ λεηξνλίνπ από ηνλ Σδεηκο Σζάληγνπηθ. Ο Ράδεξθνξλη ηα επόκελα ρξόληα εξγάζηεθε πάλσ ζηελ δηάζπαζε ηνπ αηόκνπ. Γέρηεθε πνιινύο ηηκεηηθνύο ηίηινπο θαη δηαθξίζεηο θαη ρξίζηεθε ηππόηεο. Σν 1917 πήξε ηελ ζέζε ηνπ δηεπζπληή ζην εξγαζηήξην ηνπ Κάβεληηο, ηνπ Κέηκπξηηδ. Πέζαλε ην 1937 ζε λνζνθνκείν θαηά ηελ δηάξθεηα κίαο εγρείξεζεο. Ζ εγρείξεζε θαζπζηέξεζε γηαηί, ζύκθσλα κε ην αγγιηθό πξσηόθνιιν ηεο επνρήο, σο αλώηαηνο θαζεγεηήο ζα έπξεπε λα εγρεηξηζηεί από έλαλ νκόηηκν ηνπ γηαηξό, θάηη πνπ θαζπζηέξεζε ηελ επέκβαζε. Ο Νιλς Χένρικ Ντέιβιντ Μπορ γελλήζεθε ζηελ Κνπεγράγε ην Ο παηέξαο ηνπ, Κξίζηηαλ Μπνξ, ήηαλ θαζεγεηήο Φπζηνινγίαο ζην Παλεπηζηήκην ηεο Κνπεγράγεο, ελώ ε κεηέξα ηνπ, Έιελ Άληιεξ Μπνξ, θαηαγόηαλ από εύπνξε νηθνγέλεηα κε εμέρνπζα ζέζε ζηνπο ηξαπεδηθνύο θαη βνπιεπηηθνύο θύθινπο. Με ηνλ αδεξθό ηνπ, Υάξαιλη Μπνξ, κνηξάδνληαλ ην πάζνο γηα ην πνδόζθαηξν θαη έπαηδαλ καδί ζηελ νκάδα ηνπ παλεπηζηεκίνπ. Ο Υάξαιλη κάιηζηα έπαηδε ζηε δαληθή εζληθή νκάδα πνδνζθαίξνπ. Ο Μπνξ θνίηεζε ζην Trinity College ζην Κέεκπξηηδ θαη έθαλε ην δηδαθηνξηθό ηνπ ζην Παλεπηζηήκην ηεο Κνπεγράγεο. πλέρηζε ηηο ζπνπδέο ηνπ ππό ηνλ Έξλεζη Ράδεξθνξλη ζην Παλεπηζηήκην ηνπ Μάληζεζηεξ. Βαζηδόκελνο ζηε ζεσξία ηνπ Ράδεξθνξλη (πνπ αλαθάιπςε ην άηνκν), ν Μπνξ δεκνζίεπζε, ην 1913, ην κνληέιν ηνπ γηα ηε δνκή ηνπ αηόκνπ, εηζάγνληαο ηε ζεσξία ησλ ειεθηξνλίσλ πνπ βξίζθνληαη ζε ηξνρηέο γύξσ από ηνλ ππξήλα ηνπ αηόκνπ, κε ηνλ αξηζκό ησλ ειεθηξνλίσλ ζηηο εμσηεξηθέο ζηηβάδεο λα θαζνξίδεη ηηο ρεκηθέο ηδηόηεηεο ηνπ ζηνηρείνπ. Ο Μπνξ εηζήγαγε αθόκε ηελ ηδέα όηη έλα ειεθηξόλην κπνξνύζε λα πέθηεη από ηξνρηά πςειήο ελέξγεηαο ζε ηξνρηά ρακειήο ελέξγεηαο εθπέκπνληαο έλα θσηόλην. Απηό απνηέιεζε ηε βάζε ηεο θβαληηθήο ζεσξίαο. Σν 1916, ν Νηιο Μπνξ έγηλε θαζεγεηήο ζην Παλεπηζηήκην ηεο Κνπεγράγεο θαη δηεπζπληήο ηνπ λεντδξπζέληνο ηόηε Ηλζηηηνύηνπ Αηνκηθήο Φπζηθήο, ην Σν 1922, ηηκήζεθε κε ην Νόκπει Φπζηθήο γηα ηηο «ππεξεζίεο ηνπ ζηελ έξεπλα ηεο δνκήο ησλ αηόκσλ θαη ηεο εθπεκπόκελεο από απηά αθηηλνβνιίαο». Σν Ηλζηηηνύην, ππό ηελ θαζνδήγεζε ηνπ Μπνξ, απνηέιεζε πόινο έιμεο γηα ηνπο επηζηήκνλεο ηηο δεθαεηίεο ηνπ 20 θαη ηνπ 30 θαη νη θαιύηεξνη ζεσξεηηθνί θπζηθνί πέξαζαλ από εθεί. Ο Μπνξ ζπλέιαβε αθόκε ηελ αξρή ηεο ζπκπιεξσκαηηθόηεηαο: θάζε αληηθείκελν κπνξεί λα αλαιπζεί κε δύν δηαθνξεηηθνύο ηξόπνπο, είηε σο θύκα είηε σο ζσκαηίδην. Ο Μπνξ, κάιηζηα, επέθηεηλε θηινζνθηθά απηή ηελ ηνικεξή αξρή. Ο Άικπεξη Ατλζηάηλ, από ηελ άιιε, πξνηηκνύζε ηνλ ληεηεξκηληζκό ηεο θιαζηθήο θπζηθήο από ηελ πηζαλνθξαηηθή θπζηθή ηνπ Μπνξ. Καηά ηε δηάξθεηα ηεο δσήο ηνπο, απηόο θαη ν Μπνξ δηαζηαύξσζαλ πνιιέο θνξέο ηα μίθε ηνπο γηα ην αιεζέο ηεο αξρήο. Έλαο από ηνπο πην δηάζεκνπο καζεηέο ηνπ Μπνξ ππήξμε ν Βέξλεξ Υάηδελκπεξγθ, από ηνπο πξσηεξγάηεο ζηελ αλάπηπμε ηεο θβαληνκεραληθήο θαη επηθεθαιήο ηνπ γεξκαληθνύ πξνγξάκκαηνο γηα ηε δεκηνπξγία αηνκηθήο βόκβαο. Σν 1943 θαη ελώ ε Γαλία βξηζθόηαλ ππό λαδηζηηθή θαηνρή από ην 1940, ιίγν πξηλ ζπιιεθζεί από ηε γεξκαληθή αζηπλνκία, ν Μπνξ δξαπέηεπζε ζηε νπεδία θαη από εθεί ηαμίδεςε ζην Λνλδίλν θαη ζηε ζπλέρεηα ζηηο ΖΠΑ. Καηά ηε δηακνλή ηνπ εθεί, ζπκκεηείρε κπζηηθά ζην ρέδην Μαλράηαλ, όπνπ γηα ιόγνπο αζθαιείαο ρξεζηκνπνηνύζε ην όλνκα Νίθνιαο Μπέηθεξ. Αλεζπρνύζε γηα ηνλ αγώλα ηαρύηεηαο ζηνλ νπνίν άξρηζαλ λα επηδίδνληαη ηα θξάηε κε έπαζιν ηα ππξεληθά όπια

4 θαη θέξεηαη όηη είπε: «Γη απηό πήγα ζηελ Ακεξηθή. Γελ ρξεηάδνληαλ ηε βνήζεηά κνπ γηα λα θηηάμνπλ ηελ αηνκηθή βόκβα». Θεσξνύζε όηη ηα κπζηηθά ηεο αηνκηθήο ελέξγεηαο έπξεπε λα γίλνπλ θηήκα ηεο δηεζλνύο επηζηεκνληθήο θνηλόηεηαο. Μεηά ηνλ πόιεκν, ν Μπνξ επέζηξεςε ζηελ Κνπεγράγε, ππεξαζπηδόκελνο ηελ εηξεληθή ρξήζε ηεο ππξεληθήο ελέξγεηαο. Πέζαλε ζηε γελέηεηξά ηνπ, ην Σν ζηνηρείν bohrium νλνκάζηεθε πξνο ηηκήλ ηνπ. Σν 1965, ηξία ρξόληα κεηά ηνλ ζάλαην ηνπ Μπνξ, ην Ηλζηηηνύην Φπζηθήο ζην Παλεπηζηήκην ηεο Κνπεγράγεο κεηνλνκάζηεθε ζε Ηλζηηηνύην Νηιο Μπνξ. Ο γηνο ηνπ, Άαγθε Νηιο Μπνξ, θέξδηζε θαη απηόο ην Νόκπει Φπζηθήο Αηνκηθή Θεσξία Με ηνλ όξν αηνκηθή ζεωξία ελλνείηαη ζηε θπζηθή θαη θηινζνθία ε ζεωξία πνπ ππνζηεξίδεη όηη ε ύιε, άξα θαη ν θόζκνο, ζπγθξνηείηαη από ζηνηρεηώδε αδηάζπαζηα ζωκαηίδηα. Η αηνκηθή ζεωξία πξωηνεκθαλίζηεθε ζηελ Αξραία Ειιάδα από ην Λεύθηππν θαη ην καζεηή ηνπ Δεκόθξηην, νη νπνίνη ήηαλ θπζηθνί θηιόζνθνη, δειαδή πξνζπαζνύζαλ κε βάζε λα εμεγήζνπλ θηινζνθηθά ηε ιεηηνπξγία ηεο θύζεο θαη ηνπ θόζκνπ. Η ζεωξία απηή επαλεκθαλίζηεθε ή επαλαθαιύθζεθε από ηνλ Τδνλ Νηάιηνλ πξνθεηκέλνπ λα εξκελεύζεη ηηο ρεκηθέο αληηδξάζεηο. Η αηνκηθή ζεωξία ηνπ Δεκόθξηηνπ Ο Γεκόθξηηνο πεξηγξάθνληαο ηελ δνκή ηεο ύιεο θαηέιεμε ζηελ κηθξόηεξε κνλάδα ηεο πνπ ηελ νλόκαζε 'άηνκν' γηαηί δελ κπνξεί (ή δελ πξέπεη) λα ηέκλεηαη πεξηζζόηεξν. Πεξηγξάθνληάο ην αλαθέξζεθε ζην θέληξν ηνπ δίλνληάο ηνπ ην όλνκα "ππξήλ". Γειαδή ππξ-ήλ θσηηά είλαη! Με ελδηαθέξνληα ηξόπν πεξηέγξαςε ηελ ηεξάζηηα ελέξγεηα ηεο δηάζπαζεο ηνπ ππξήλα! ήκεξα πξνζπαζώληαο λα ππνηάμνπκε ηελ ππξεληθή ελέξγεηα παίδνπκε κε ηελ θσηηά γηα λα κάζνπκε από ηα ιάζε καο απηό πνπ καο είπε ν Γεκόθξηηνο. Αλ θαη ην άηνκν απνηειείηαη ηειηθά από επί κέξνπο ηκήκαηα, πξνζέμηε γηαηί ν ππξήλ ππξ-ελ...! Ζ αηνκηθή ζεσξία ηνπ Σδνλ Νηάιηνλ ππνζηεξίδεη όηη: 1. Κάζε ζηνηρείν απνηειείηαη από πνιύ κηθξά ζσκαηίδηα, ηα νπνία νλνκάδνληαη άηομα. 2. Όια ηα άηνκα ελόο ζηνηρείνπ είλαη όκνηα κεηαμύ ηνπο, ελώ ηα άηνκα δηαθνξεηηθώλ ζηνηρείσλ δηαθέξνπλ κεηαμύ ηνπο (θαηά κέγεζνο, θαηά κάδα). 3. Σα άηνκα ελόο ζηνηρείνπ δελ κεηαηξέπνληαη ζε άιινπ είδνπο άηνκα, νύηε θαηαζηξέθνληαη, νύηε δεκηνπξγνύληαη θαηά ηα ρεκηθά θαηλόκελα. 4. Όηαλ δηαθνξεηηθά άηνκα ελώλνληαη κεηαμύ ηνπο, ζρεκαηίδνληαη ρεκηθέο ελώζεηο. 5. ε θάζε ρεκηθή έλσζε, ην είδνο ησλ αηόκσλ θαη ε κεηαμύ ηνπο αλαινγία είλαη ζηαζεξή. Ζ αηνκηθή ζεσξία εμειίρζεθε αξγόηεξα ζην μονηέλο ηοσ ζηαθιδόυφμοσ από ηνλ Σδόδεθ Σδνλ Σόκζνλ, ζύκθσλα κε ηελ νπνία ην άηνκν είλαη ζπκπαγέο ζσκαηίδην πάλσ ζην νπνίν πξνζθνιιώληαη κηθξόηεξα θνξηία. Αξγόηεξα, ην πείξακα ηνπ Ράδεξθνξλη ηνλ νδήγεζε λα ππνζέζεη όηη ην άηνκν δελ είλαη αδηαίξεην, αιιά

5 απαξηίδεηαη ηνπιάρηζηνλ από δύν πεξηνρέο, ηνλ ππξήλα θαη ηελ πεξηνρή ησλ ειεθηξνλίσλ. Σν άηνκν πιένλ απέθηεζε κία ζπγθεθξηκέλε έλλνηα, γηα ηνπο θπζηθνύο δε ζεκαίλεη ην αδιαίρεηο ζφμαηίδιο, αιιά ηο μικρόηερο δσναηό ζφμαηίδιο ενός τημικού ζηοιτείοσ ηο οποίο διαηηρεί τημικές ιδιόηηηες. Έηζη, θαηαξξίθζεθε ε άπνςε όηη ηα άηνκα ήηαλ αδηαίξεηα. Ωζηόζν, απηό δε ζήκαλε θαη ησλ αηνκηθώλ ηδεώλ, αθνύ ηε ζέζε ησλ αδηαίξεησλ ζσκαηηδίσλ πήξαλ πιένλ ηα ειεθηξόληα, ηα πξσηόληα θαη ηα λεηξόληα. Έηζη, αλαπηύρζεθε έλαο θιάδνο ηεο θπζηθήο ν νπνίνο κειεηά ηε ζσκαηηδηαθή ζπγθξόηεζε ηεο ύιεο, ε ζσκαηηδηαθή θπζηθή. Απηή ε ζεσξία ρξεζηκνπνηείηαη ζηελ εξκελεία πνιιώλ θαηλνκέλσλ ηεο θπζηθήο σο κία απινπνηεκέλε ζεσξία γηα ηε ζπγθξόηεζε ηεο ύιεο, αλ θαη ε ζσκαηηδηαθή θπζηθή έρεη εμειηρζεί πνιύ πεξηζζόηεξν. Ζ ηδέα απηή νπζηαζηηθά αλαηξάπεθε από ηελ θβαληηθή ζεσξία πνπ εηζήγαγε ηνλ πιηθό δπτζκό θαη από ηελ πεηξακαηηθή δηάζπαζε ησλ πξσηνλίσλ θαη ησλ λεηξνλίσλ. Αλ θαη ππάξρνπλ ζσκαηίδηα ηα νπνία δελ έρνπλ δηαζπαζηεί, όπσο ην ειεθηξόλην, νη θπζηθνί πιένλ δελ πηζηεύνπλ όηη ππάξρνπλ αδηάζπαζηα ζσκαηίδηα, αιιά ζσκαηίδηα πνπ δελ έρνπλ αθόκε δηαζπαζηεί. Δπηπιένλ, έρνπλ αλαπηπρζεί πάξα πνιιέο ζεσξίεο ζρεηηθά κε ηεο ζπγθξόηεζε ηεο ύιεο κεξηθέο από ηηο νπνίεο κνηάδνπλ κε ηελ αηνκηθή ζεσξία. Δπηγξακκαηηθά νη πην ζεκαληηθέο Θεσξίεο είλαη νη εμήο: Rutherford (1911) ε κάδα ηνπ αηόκνπ είλαη ζπγθεληξσκέλε ζ έλα πνιύ κηθξό ρώξν πνπ ιέγεηαη ππξήλαο. Bohr (1913) ηα ειεθηξόληα θηλνύληαη ζε θαζνξηζκέλεο θπθιηθέο ηξνρηέο γύξσ από ηνλ ππξήλα πνπ νλνκάδνληαη ζηηβάδεο. Sommerfield (1916) ηα ειεθηξόληα δηαγξάθνπλ εθηόο από θπθιηθέο ηξνρηέο (ζηηβάδεο), θαη ειιεηπηηθέο (ππνζηηβάδεο). ύγρξνλεο αληηιήςεηο γηα ηε δνκή ησλ αηόκσλ ην ειεθηξόλην ζπκπεξηθέξεηαη σο θύκα, ζπλεπώο δελ κπνξνύκε λα γλσξίδνπκε κε αθξίβεηα ηελ ηξνρηά πνπ δηαγξάθεη.

6 Σν αηνκηθό πξόηππν ηνπ Ράδεξθνξλη Σν Αηνκηθό πξόηππν ηνπ Ράδεξθνξλη ε πξόηππν είλαη έλα κνληέιν ηνπ αηόκνπ πνπ επηλόεζε ν Έξλεζη Ράδεξθνξλη. Ο Ράδεξθνξλη δηεύζπλε ην πεξίθεκν πείξακα Geiger-Marsden ην 1909, ην νπνίν πξόηεηλε, ζύκθσλα κε ηελ αλάιπζε ηνπ Ράδεξθνξλη ην 1911 όηη ην αηνκηθό κνληέιν ηνπ ζηαθηδόςσκνπ (ηνπ J. J. Thomson) ήηαλ εζθαικέλν. Σν λέν κνληέιν ηνπ Ράδεξθνξλη, βαζηζκέλν ζε πεηξακαηηθά απνηειέζκαηα, είρε αξθεηά ζύγρξνλα ραξαθηεξηζηηθά, αλάκεζα ζηα νπνία πεξηιακβάλεηαη έλα πςειό θεληξηθό θνξηίν ζπγθεληξσκέλν ζε πνιύ κηθξό όγθν ζπγθξηηηθά κε ην ππόινηπν ηνπ αηόκνπ ζην νπνίν πεξηέρεηαη ην ζώκα ηεο αηνκηθήο κάδαο (ν ππξήλαο ηνπ αηόκνπ), θαη έλαο αξηζκώλ κηθξνζθνπηθώλ ειεθηξνλίσλ πνπ πεξηζηξέθνληαη γύξσ από ηνλ ππξήλα σο πιαλήηεο γύξσ από ηνλ ήιην. Σν 1911 πεξηέγξαςε ν Ράδεξθνξλη, παξάιιεια κε ηνλ Μπνξ, ην πιαλεηηθό κνληέιν ηνπ αηόκνπ, κε ζεηηθά θνξηηζκέλα πξσηόληα ζηνλ ππξήλα θαη αξλεηηθά θνξηηζκέλα ειεθηξόληα ζε ζπγθεθξηκέλεο ηξνρηέο πεξηθνξάο. Καηά ηελ εθηέιεζε πεηξακάησλ βνκβαξδηζκνύ αδώηνπ κε ζσκαηίδηα άιθα πξαγκαηνπνηήζεθε ε πξώηε ηερλεηή κεηάπησζε ζηνηρείσλ Πεηξακαηηθή βάζε ηνπ κνληέινπ. ην πείξακα Geiger-Marsden ζην εξγαζηήξην ηνπ Ράδεξθνξλη, ηα ζσκαηίδηα α ρξεζηκνπνηνύληαλ σο εξγαιείν ζπζηεκαηηθήο δηεξεύλεζεο ηεο αηνκηθήο δνκήο κε ηε κειέηε ηεο ζθέδαζήο ηνπο θαηά ην πέξαζκά ηνπο από έλα ιεπηό θύιιν ρξπζνύ. Ο Ράδεξθνξλη πξνέβιεςε όηη όια ηα ζσκαηίδηα ζα πεξλνύζαλ κέζα από ην θύιιν ή όηη ζα δηαζινύληαλ ειαθξά. Απηό ζπλέβε πξάγκαηη ηηο πεξηζζόηεξεο θνξέο, αιιά ιίγα ζσκαηίδηα, 1 ζηα 8.000, αλαπήδεζαλ αλαπάληερα ζρεδόλ ζε επζεία γξακκή πίζσ ζηελ πεγή. Σνύην ππνζηήξηδε ηελ ππόζεζε όηη ηα άηνκα δηαζέηνπλ κηα ππθλή πεξηνρή ζηελ νπνία πεξηέρεηαη ην κεγαιύηεξν ηκήκα ηεο κάδαο ηνπο, θαη ζπλδέεηαη κε ειεθηξηθό πεδίν πςειήο ζπγθέληξσζεο (πηζαλώο ζεηηθό ζηε θύζε ηνπ), αληί γηα δηαρεόκελν ζεηηθό ή αξλεηηθό θνξηίν. Ο Ράδεξθνξλη ζθέθζεθε, πηζαλώο κε όξνπο αηζζεηηθήο ζπκκεηξίαο, όηη κηα ηέηνηα πεξηνρή ππθλνύ θνξηίνπ θαη κάδαο ζα βξηζθόηαλ ζην θέληξν ηνπ αηόκνπ. πλεπώο κηα ηέηνηα πεξηνρή ζρεκάηηδε έλα είδνο αηνκηθνύ ππξήλα. Σν 1911 ν Ράδεξθνξλη επαλήιζε κε ην δηθό ηνπ κνληέιν γηα ηελ ππναηνκηθή δνκή, σο εξκελεία ησλ αλαπάληερσλ πεηξακαηηθώλ απνηειεζκάησλ. ύκθσλα κε ην κνληέιν ηνπ, ην άηνκν ζπγθξνηείηαη από έλα ζεηηθό θνξηίν (ν ζύγρξνλνο αηνκηθόο ππξήλαο, αλ θαη ν Ράδεξθνξλη δε ρξεζηκνπνίεζε ηνλ όξν «ππξήλαο» ζηε δεκνζίεπζή ηνπ) πεξηβεβιεκέλν από έλα λέθνο ειεθηξνλίσλ ζε ηξνρηά. ε απηή ηε δεκνζίεπζε ηνπ 1911, θαηαγξάθεη κηα κηθξή θεληξηθή πεξηνρή πνιύ πςεινύ δπλακηθνύ ή αξλεηηθό θνξηίν ηνπ αηόκνπ, αιιά ρξεζηκνπνηεί κηα δηαθνξεηηθή γιώζζα γηα λα ην πεξηγξάςεη: "Γηα λα κπνξέζεηε λα ην θάλεηε ρεηξνπηαζηό ζθεθηείηε ηε δηέιεπζε ελόο ζσκαηηδίνπ α πςειήο ηαρύηεηαο κέζσ ελόο αηόκνπ κε ζεηηθό θεληξηθό θνξηίν N e, θαη πεξηβεβιεκέλνπ κε έλα αληηζηαζκηζηηθό θνξηίν N ειεθηξνλίσλ." ΔΙΚΟΝΙΚΑ

7 Σν πείξακα πεξηγξάθεηαη εηθνληθά σο εμήο :

8

9 Γηαδνρή Σν κνληέιν ηνπ Ράδεξθνξλη δηαδέρζεθε ην αηνκηθό πξόηππν ηνπ Μπνξ, ην νπνίν ρξεζηκνπνηνύζε θάπνηα από ηα πξώηκα ζπκπεξάζκαηα ηεο Κβαληνκεραληθήο γηα λα θαζνξίζεη ηε ζπκπεξηθνξά ησλ πεξηζηξεθόκελσλ ζε ηξνρηά ειεθηξνλίσλ, πεξηνξίδνληάο ηα ζε νξηζκέλεο θπθιηθέο θαη αξγόηεξα ειιεηπηηθέο δηζδηάζηαηεο ηξνρηέο. ην κνληέιν ηνπ Μπνξ, επέθηαζε ηνπ έξγνπ ηνπ Υέλξη Μόζιετ, ην θεληξηθό θνξηίν εμηζώζεθε κε ηνλ αηνκηθό αξηζκό (δειαδή ηε ζέζε ηνπ ζηνηρείνπ ζηνλ πεξηνδηθό πίλαθα). Δμαηηίαο ηνπ γεγνλόηνο όηη ην κνληέιν Μπνξ είλαη βειηίσζε ηνπ πξνηύπνπ Ράδεξθνξλη, νξηζκέλεο πεγέο ζπλδπάδνληαη δύν πξόηππα, αλαθεξόκελνη ζην πξόηππν Μπνξ σο πξόηππν Ράδεξθνξλη-Μπνξ. Ωζηόζν ε ζύιιεςε ηνπ αηόκνπ σο ππξήλα πνπ πεξηέρεη αηνκηθό αξηζκό θνξηίσλ ήηαλ ην έξγν όρη ελόο αιιά πνιιώλ αλζξώπσλ, άιισλ γλσζηώλ, όπσο νη παξαπάλσ θαη άιισλ ιηγόηεξν γλσζηώλ, όπσο ν Αληόληνπο Βαλ ληελ Μπξεθ Σν αηνκηθό πξόηππν ηνπ Μπνξ Σν 1913 ν Γαλόο Φπζηθόο Νηιο Μπνξ (Niels Bohr) γηα λα εμεγήζεη ηε δνκή ηνπ αηόκνπ δέρηεθε ην αηνκηθό πξόηππν ηνπ Νενδειαλδνύ θπζηθνύ Ernest Rutherford. ύκθσλα κε απηό: ε θάζε άηνκν ππάξρεη ζεηηθό θνξηίν ζπγθεληξσκέλν ζε κηα πνιύ κηθξή πεξηνρή ηνπ πνπ είλαη ζπκπαγήο θαη νλνκάδεηαη ππξήλαο. Γύξσ από ηνλ ππξήλα βξίζθνληαη ζε ηξνρηέο ηα αξλεηηθά ειεθηξόληα, δερόκελα από ηνλ ππξήλα ειθηηθέο ειεθηξηθέο δπλάκεηο Κνπιόκπ (Coulomb), ζρεκαηίδνληαο έλα ζύννεθο αξλεηηθνύ θνξηίνπ. Ο κεγαιύηεξνο ρώξνο ηνπ αηόκνπ είλαη θελόο. Σν πξόηππν απηό νλνκάδεηαη θαη πιαλεηηθό πξόηππν γηαηί κνηάδεη ζην πιαλεηηθό καο ζύζηεκα κε ηνλ ππξήλα λα παίξλεη ηε ζέζε ηνπ ειίνπ θαη ηα ειεθηξόληα ηε ζέζε ησλ πιαλεηώλ ζε ηξνρηά γύξσ από απηόλ. Ο Μπνξ δέρηεθε επίζεο όηη ηα ειεθηξόληα θηλνύληαη ζε θπθιηθέο ηξνρηέο γύξσ από ηνλ ππξήλα ππό ηελ επίδξαζε ησλ ειθηηθώλ ειεθηξηθώλ δπλάκεσλ Κνπιόκπ (Coulomb). Γηα λα άξεη ηηο αδπλακίεο ηνπ αηνκηθνύ πξνηύπνπ ηνπ Ράδεξθνξλη ν Μπνξ έζεζε αμησκαηηθά δύν πξνηάζεηο πνπ νλνκάδνληαη θαη ζσνθήκες ηοσ Μπορ.

10 Όζνλ αθνξά ηηο ζπλζήθεο ηνπ Μπνξ: 1 ε ζπλζήθε(κεραληθή ζπλζήθε) Σα ειεθηξόληα πεξηζηξέθνληαη γύξσ από ηνλ ππξήλα ζε θαζνξηζκέλεο θπθιηθέο ηξνρηέο. Κάζε επηηξεπόκελε ηξνρηά έρεη θαζνξηζκέλε ελέξγεηα, είλαη δειαδή θβαληηζκέλε. Κάζε επηηξεπόκελε ηξνρηά ραξαθηεξίδεηαη από έλαλ αξηζκό, ηνλ θύξην θβαληηθό αξηζκό n, o νπνίνο παίξλεη ηηο ηηκέο 1,2,3,. Οη επηηξεπόκελεο ηξνρηέο νλνκάδνληαη θαη ζηηβάδεο, ραξαθηεξίδνληαη δε από ηα γξάκκαηα K,L,M, πνπ αληηζηνηρνύλ ζηηο ηηκέο 1,2,3 ηνπ θύξηνπ θβαληηθνύ αξηζκνύ. Όζν κεγαιύηεξε ε ηηκή ηνπ n, ηόζν κεγαιύηεξε ε αθηίλα ηεο επηηξεπόκελεο ηξνρηάο. Γηα ην άηνκν ηνπ πδξνγόλνπ ε νιηθή ελέξγεηα ηνπ κνλαδηθνύ ηνπ ειεθηξνλίνπ ππνινγίζηεθε όηη είλαη E n n 18 J

11 Έηζη έρνπκε : E J, E J, Παξαηεξήζεηο: Δ 1 < Δ 2 <Δ 3 < <0 Όηαλ n, ηόηε Δ=0. ηελ πεξίπησζε απηή ιέκε όηη ην άηνκν έρεη ηνληηζηεί. Έλα άηνκν είλαη ζε ζεκειηώδε θαηάζηαζε όηαλ ηα ειεθηξόληα ηνπ βξίζθνληαη ην πιεζηέζηεξν δπλαηόλ ζηνλ ππξήλα. ε αληίζεηε πεξίπησζε ιέκε όηη ην άηνκν βξίζθεηαη ζε δηέγεξζε 2ε ζπλζήθε ηνπ Bohr (νπηηθή) Σν ειεθηξόλην εθπέκπεη ή απνξξνθά ελέξγεηα όηαλ κεηαπεδά από κηα ηξνρηά (ελεξγεηαθή ζηάζκε) ζε κηα άιιε ηξνρηά. Όηαλ ην ειεθηξόλην κεηαπίπηεη από κηα ηξνρηά πςειόηεξεο ελέξγεηαο ζε κηα άιιε ρακειόηεξεο ελέξγεηαο, ηόηε εθπέκπεηαη αθηηλνβνιία ηελ αληίζεηε πεξίπησζε απνξξνθάηαη αθηηλνβνιία. Ζ θβαληηθή ζεσξία ηνπ Planck (1900) «βνεζά» ζηελ ζηήξημε ηνπ κνληέινπ ηνπ Bohr(1913). O Planck είρε ππνζηεξίμεη όηη ε αθηηλνβνιία εθπέκπεηαη όρη κε ζπλερή ηξόπν αιιά ζε κηθξά παθέηα ηα θβάληα, ηα νπνία νλόκαζε θσηόληα. Κάζε θβάλην κεηαθέξεη ελέξγεηα Δ= h. λ, όπνπ λ ε ζπρλόηεηα ηεο αθηηλνβνιίαο θαη h κηα ζηαζεξά, ε ζηαζεξά ηνπ Planck κε h=6, J.s. O Bohr ινηπόλ πηνζεηεί ηηο απόςεηο ηνπ Planck θαη νδεγείηαη ζηελ εμίζσζε: E E E h f i

12 ,όπνπ ΓΔ ε ελέξγεηα ηεο αθηηλνβνιίαο πνπ εθπέκπεηαη ή απνξξνθάηαη θαηά ηελ κεηάπησζε ελόο ειεθηξνλίνπ από κηα αξρηθή ελεξγεηαθή ζηάζκε Δ i ζε κηα ηειηθή Δ f. Πξνθαλώο όηαλ Δ i <Δ f, ηόηε ΓΔ>0, ελώ όηαλ Δ i >Δ f, ηόηε ΓΔ<0, γη απηό θαη ε ρξήζε απνιύηνπ ζηελ εμίζσζε. Μεηνλεθηήκαηα ησλ δύν πξνηύπσλ : Αξρηθά ηνπ Ράδεξθνξλη: (α) Γελ εμεγεί ηε ζηαζεξόηεηα ηνπ αηόκνπ: Δίλαη γλσζηό όηη ηα ειεθηξηθά θνξηία εθπέκπνπλ ειεθηξνκαγλεηηθή αθηηλνβνιία θαη έηζη ράλνπλ ελέξγεηα. Έηζη, ηα ειεθηξόληα ελόο αηόκνπ, θαηά ηελ πεξηθνξά ηνπο γύξσ από ηνλ ππξήλα (επεηδή επηηαρύλνληαη), ζα έπξεπε λα εθπέκπνπλ ειεθηξνκαγλεηηθή αθηηλνβνιία. Ζ απώιεηα, όκσο, ηεο ελέξγεηαο ζα ειάηησλε ηελ αθηίλα ηεο ηξνρηάο ηνπ ειεθηξνλίνπ, θαη έηζη ηα ειεθηξόληα ζα εθηεινύζαλ ζπεηξνεηδή ηξνρηά γύξσ από ηνλ ππξήλα, κέρξη ηειηθά λα ζπγθξνπζηνύλ κε απηόλ. Απηό, όκσο, δε ζπκβαίλεη ζηελ πξαγκαηηθόηεηα, γηαηί ην άηνκν είλαη ζηαζεξό. (β) Γελ εμεγεί ην γξακκηθό θάζκα εθπνκπήο ησλ αεξίσλ (θπξίσο ηνπ πδξνγόλνπ)

13 Με ηελ εθπνκπή ηεο ελέξγεηαο, ε αθηίλα ηεο ηξνρηάο ησλ ειεθηξνλίσλ ζα έπξεπε λα κηθξαίλεη θαη ε ζπρλόηεηα πεξηθνξάο ηνπο γύξσ από ηνλ ππξήλα λα παίξλεη δηαδνρηθέο ηηκέο. Όπσο είλαη γλσζηό, ε ζπρλόηεηα ησλ εθπεκπόκελσλ ειεθηξνκαγλεηηθώλ θπκάησλ ζα έπξεπε λα είλαη ίζε κε ηε ζπρλόηεηα πεξηθνξάο ηνπ ειεθηξνλίνπ. Καζώο ηα ειεθηξόληα ζα αθηηλνβνινύζαλ ζπλέρεηα, νη γσληαθέο ηνπο ηαρύηεηεο ζα κεηαβάιινληαλ θαηά ζπλερή ηξόπν θαη ζα εμέπεκπαλ έηζη έλα ζπλερέο θάζκα θαη όρη ην γξακκηθό θάζκα πνπ παξαηεξείηαη ζηελ πξάμε. Έπεηηα ηνπ Μπόξ : Γελ κπνξεί λα πεξηγξάςεη ηθαλνπνηεηηθά άηνκα κε πεξηζζόηεξα από έλα ειεθηξόληα, νύηε λα εξκελεύζεη ηα θάζκαηα πνιππινθόηεξσλ ηνπ πδξνγόλνπ αηόκσλ θαη ηόλησλ. Σν αηνκηθό πξόηππν ηνπ Μπνξ κεηαρεηξίδεηαη ηα ειεθηξόληα σο ζσκαηίδηα κε εληειώο θαζνξηζκέλε ζέζε θαη νξκή ηαπηόρξνλα. Απηό όκσο παξαβηάδεη ηελ αξρή ηεο αβεβαηόηεηαο ηνπ Υάηδελκπεξγθ πνπ ιέεη όηη ε ζέζε θαη ε νξκή ελόο ζσκαηηδίνπ είλαη αδύλαην λα θαζνξηζηνύλ ηαπηόρξνλα κε απεξηόξηζηε αθξίβεηα. Γελ εμεγεί ηηο ζρεηηθέο εληάζεηο ησλ θαζκαηηθώλ γξακκώλ. Ζ πξώηε ζπλζήθε ηνπ Μπνξ ιέεη όηη ε ζηξνθνξκή ηνπ ειεθηξνλίνπ είλαη κέγεζνο θβαληηζκέλν αιιά δελ εμεγεί γηαηί. Σν αηνκηθό πξόηππν ηνπ Μπνξ απνηειεί κόλν κία πξνζέγγηζε ηεο δνκήο ηνπ αηόκνπ ηεο πνιύ πην αθξηβνύο θβαληηθήο ζεσξίαο.

14 πκπεξαζκαηηθά θαίλεηαη όηη ν Γαλόο Νίιο Μπόξ ζηεξηδόκελνο ζηα πεηξακαηηθά δεδνκέλα ηνπ Ράδεξθνξλη γηα ηελ αλαθάιπςε ηνπ ππξήλα, θαηάθεξε λα δηνξζώζεη ην αηνκηθό πξόηππν θαη έδσζε ζεκαληηθή ώζεζε ζηελ αλάπηπμε ηεο θβαληηθήο θπζηθήο.

15 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ WIKIPEDIA ΜΖΥΑΝΖ ΑΝΑΕΖΣΖΖ GOOGLE MAPYOURINFO ΥΟΛΗΚΟ ΒΗΒΛΗΟ ΥΖΜΔΗΑ Α ΛΤΚΔΗΟΤ PHYSICS 4U LIBRARY.THINKQUEST rsc.org rwc.uc.edu

16