нильс бор в своих постулатах утверждает что

Постулаты Бора

теория по физике 🧲 квантовая физика

Планетарная модель атома, предложенная Резерфордом, – это попытка применения классических представлений о движении тел к явлениям атомных масштабов. Она оказалась несостоятельной. Классический атом неустойчив. Электроны, движущиеся по орбите с ускорением, должны неизбежно упасть на

Следующий шаг в развитии представлений об устройстве атома в 1913 году сделал выдающийся датский физик Н. Бор. Проанализировав всю совокупность опытных фактов, Бор пришел к выводу, что при описании поведения атомных систем следует отказаться от многих представлений классической физики. Он сформулировал постулаты, которым должна удовлетворять новая теория о строении атомов.

Квантовые постулаты Бора – предположения (утверждения), сделанные Н. Бором для того, чтобы модель строения атома Резерфорда соответствовала реальному поведению атомов водорода.

Первый постулат Бора

Первый постулат Бора также носит название постулата стационарных состояний:

Атомная система может находиться только в стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия E_n. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитные волны.

Этот постулат находится в явном противоречии с классической механикой, согласно которой энергия движущегося электрона может быть любой. Он находится в противоречии и с электродинамикой, так как допускает возможность ускоренного движения электронов без излучения электромагнитных волн.

Согласно первому постулату Бора, атом характеризуется системой энергетических уровней, каждый из которых соответствует определенному стационарному состоянию (см. рисунок ниже). Механическая энергия электрона, движущегося по замкнутой траектории вокруг положительно заряженного

Внимание! В квантовой физике энергию принято измерять не в Джоулях, а в электрон-вольтах, обозначаемых «эВ». 1 эВ равен энергии, приобретаемой электроном при прохождении разницы потенциалов 1 В. 1 эВ = 1,6∙10 –19 Дж.

Отсюда можно выразить частоту излучения:

Частоту найдем по формуле:

Следовательно, длина волны равна:

На рисунке представлен фрагмент диаграммы энергетических уровней атома. Какой из отмеченных стрелками переходов между энергетическими уровнями сопровождается излучением фотона с максимальной энергией?

а) с уровня 1 на уровень 5

б) с уровня 5 на уровень 2

в) с уровня 5 на уровень 1

г) с уровня 2 на уровень 1

Алгоритм решения

Решение

Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией E_k в стационарное состояние с меньшей энергией E_n. Энергия излученного фотона равна разности энергий стационарных состояний.

Причем чем на более высоком уровне находится электрон, тем с более высокой энергией фотон он испускает при переходе на 1 уровень. Поэтому на рисунке нам подходит переход с уровня 5 на уровень 1.

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

В сосуде находится разреженный атомарный водород. Атом водорода в основном состоянии (Е₁ = – 13,6 эВ) поглощает фотон частотой 3,7⋅10 15 Гц. С какой скоростью υ движется вдали от ядра электрон, вылетевший из атома в результате ионизации? Энергией теплового движения атомов водорода пренебречь.

Источник

Квантовые постулаты Бора

В свое время планетарная модель атома была предложена Резерфордом. Фактически, это была неудачная попытка перенести классические представления о движении тел в область явлений атомных масштабов. Планетарная модель оказалась несостоятельной, так как атом неустойчив по причине ускорения, с которым электроны якобы движутся по орбите. В таких условиях электроны должны достаточно быстро растрачивать свою энергию на электромагнитное излучение и падать на ядро.

На смену планетарной теории пришли постулаты Бора. В 1913 году выдающийся датский физик Нильс Бор на основе своих наблюдений и фактов, полученных опытным путем, установил, что большая часть представлений о строении атома не соответствовала действительности. Он же стал основоположником новой теории о строении атома.

Рассмотрим два постулата Бора подробнее.

Первый постулат Бора

В соответствии с классической механикой энергия электрона, движущегося по орбите вокруг ядра, может быть любой. В этом плане первый постулат Бора находится в явном противоречии и с планетарной моделью атома, и с классической механикой.

Второй постулат Бора

Энергия кванта при этом определяется как разность энергий двух квантовых состояний:

где h – постоянная Планка.

Источник

Квантовые постулаты Нильса Бора: кратко об основных положениях

Физика – это наука, которая состоит из многочисленных направлений, одно из них – квантовая физика, которая занимается изучением мельчайших частиц. Одним из важных ученых в этой сфере является Нильс Бор, который в начале 20 века предложил неоклассическую теорию строения атома и открыл миру процессы, протекающие в нем. Постулаты Бора кратко описывают эти процессы, и именно они являются фундаментом квантовой физики.

Значение постулатов Бора

Все три постулата были сформированы датским ученым в результате многочисленных проведенных экспериментов и наблюдений за поведением мельчайшей частицы любого вещества. В неоклассической теории Бора кратко заложены три ранее представленных миру физических теории:

Это интересно! Изучаем названия планет Солнечной системы по порядку

Ученый использовал эти данные и, применяя классический подход, создал описание поведения электрона. Это и есть знаменитые квантовые постулаты Бора. Следует упомянуть, что они сложно объяснимы в рамках классической физики.

Более того, наблюдаются откровенные противоречия между ними и классической теорией описания поведения мельчайшей частицы. Основные положения теории Бора и ее важность смогла разъяснить миру только квантовая механика.

При создании неоклассической теории ученый использовал в качестве основания свои эксперименты с молекулами водорода. Именно для этих частиц (водородных и водородоподобных молекул) и были выведены постулаты. Эти мельчайшие частицы состоят из ядра (заряд Zqe) и двигающегося вокруг него единичного протона. Водородоподобные также имеют один протон, например, ион гелия (He+) или лития (Li2+).

Важно знать! Нильс Бор создал свою теорию на основании работ Планка и Резерфорда, смысл которой лег в основу квантовой физики.

Не все результаты и вывода физика оказались правдивыми, многие из них впоследствии опровергли. Но несмотря на это, а также постоянную критику (даже Альберт Эйнштейн не воспринимал его серьезно), ученый смог своими постулатами повлиять на развитие квантовой физики и науки в целом. Значение постулатов Бора:

Таким образом, экспериментальным путем и классическим подходом физик из Дании смог объяснить крошечные процессы, происходящие внутри мельчайшей частицы и дать огромный толчок для изучения атома.

Это интересно! Изучаем термины: энтропия – что же это такое простыми словами

Первый

Правило стационарных положений, или первый постулат Бора, известен тем, что говорит о движении электронов только по стационарным орбитам в ядре. При этом сама молекула должна пребывать в определенном положении – квантовом. Но даже тогда, двигаясь с увеличивающейся скоростью, они не излучают никакой энергии, несмотря на то, что некая ее часть все же присутствует и обозначается определенным числом Е1, Е2 и так далее.

Именно этот постулат противоречит ранее выведенным теориям классической механики, согласно которым все электроны обладают энергией и выделяют ее.

Более того, данное правило противоречит и теориям электромагнетизма, выведенных Джеймсом Максвеллом, поскольку Бор таким образом допустил вероятность движения частиц молекулы без излучения импульсов в пространство.

Первый постулат Бора

Второй

Правило частот, или второй постулат Бора, утверждает, что излучаемый атомом свет – это результат трансформирования ядра из одного постоянного состояния с большим количеством энергии в другое постоянное состояние, при котором в нем уже будет ее меньший запас. При этом математически можно выразить первое состояние символом Ek, а второе состояние (с меньшей энергией) En.

Это интересно! Какие бывают системы отсчета в физике и что это такое

Физик составил формулу, по которой можно рассчитать излучаемое фотоном в пространство количество энергии:

После того, как появиться количественное обозначение излучаемой силы, можно рассчитать частоту импульсов. Формула проста, она подразумевает деление полученного результата на постоянную Планка h:

Данное научное утверждение подразумевает обратимость процесса, т. е. ядро может вернуться обратно в исходное состояние, и вновь хранить в себе большой запас энергии. Для этого ему необходимо поглотить в себя некоторое количество светового излучения (квант).

Данное утверждение также существенно противоречит уже выведенной теории Джеймса Максвелла об электродинамике, поскольку согласно ей, частота излучения может быть определена только как изменение энергии частицы, и никоим образом не зависит от движения электрона и его характера.

Второй постулат Бора

Третий

Третий постулат Бора, или правило квантования, утверждает, что электроны в ядре и сами ядра в молекулах двигаются по определенным орбитам. И при переходе частиц с одной орбиты на другую они поглощают энергию, либо ее освобождают. При этом двигается излучение квантами (альтернатива порциям), и их можно вычислить научным путем.

Это интересно! В чем заключается принцип теории Гюйгенса Френеля

Это научное утверждение позже было подробно изучено другими физиками: Герцем и Франком, которые подтвердили его путем научного эксперимента. В процессе изучения данного утверждения также был сделан существенный скачок в развитии оптики, поскольку выведенное правило доказало, что атомы могут поглощать и испускать только одинаковые спектры света, причем поглощение всегда сопровождается большим количеством энергии, а электрон переходит на дальнюю орбиту ядра.

Важно! Ученый Кирхгоф ранее уже сделал подобный вывод о поглощении электроном тех спектральных линий, которые он мог и испустить.

Третий постулат Бора

Поглощение световых спектров электроном является процессом обратным излучению, при этом наблюдается движение атома (электрона в его ядре) с низких энергетических уровней на верхние. В процессе этого движения частица поглощает те же самые излучения, которые были ею высвобождены при обратном процессе.

Таким образом, внутри молекул постоянно происходит движение мельчайших частиц и поглощение/излучение. В Сети сегодня есть множество видео, которые не только подтверждают правильность открытий датского ученого, но и прекрасно их визуализируют.

Полезное видео: постулаты Бора, опыты Франка и Герца

Водород и его изучение

Правило квантования Бора было сформулировано при наблюдении атома водорода, поскольку, разрабатывая свою модель движения молекул, ученому потребовалось подтвердить закономерность распределения протонов на орбитах в ядре согласно их стационарным значениям. Следуя из этой закономерности, стало ясно, что нахождение на определенной орбите определяется количеством обладаемой частицей энергии, т. е. сколько в протоне мощности, такая у него будет и орбита.

Та же зависимость наблюдается и относительно распределения частей в молекуле. Опираясь на эту закономерность, физик смог (не без применения законов Ньютона) вычислить значения энергии у электронов в их постоянном состоянии. Кроме того, физик определил минимальные значения радиусов орбит этих протонов.

Полезное видео: квантовые постулаты Бора

Вывод

Несмотря на разногласия данных теорий, с принятыми тогда правилами физики описания ученым атомных систем и поведений не отвергла их полностью. Они сохранили при этом все ранее известные представления об орбитальном движении частиц в ядре атома, а классическая модель Резерфорда лишь была дополнена описанием квантования орбит. Результаты работы ученого смогли внести ясность в закономерности оптического и рентгеновского спектра излучения, а также полностью подтвердить периодический закон Менделеева.

Источник

Постулаты Бора.

Основой квантовой теории атома Бора являются 2 постулата.

Первый постулат Бора: атомная система может находиться только в особых стационар­ных, либо квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует некоторая энергия E_n; в стационарном состоянии атом не излучает энергию.

Этот постулат является противоречием классической механике, согласно которой энергия движущихся электронов может быть любой. Также он является противоречием и электродинамике Максвелла, т.к. предполагает возможность ускоренного движения электронов не излучая электромагнитных волн.

Второй постулат Бора: излучение света случается в процессе перехода атома из стационарного со­стояния с большей энергией E_k в стационарное состояние с меньшей энергией E_n. Энергия излу­ченного фотона равняется разности энергий стационарных состояний:

,

Таким образом можно вычислить частоту излучения:

,

Поглощая свет атом переходит из стационарного состояния с меньшим количеством энергии в ста­ционарное состояние с большим количеством энергии.

Модель атома водорода Бора.

Чтоб построить модель самой простой системы — атома водорода — Бор также постулировал правило определения стационарных значений энергии атома (уровней энергии) — правило квантования.

Стационарным состояниям атома идентичны разрешенные дискретные значения энергии электрона, такие, что при движении по стационарным круговым орбитам электрон может иметь дискретные значения момента количества движения:

r — является радиусом орбиты,

n является главным квантовым числом (номер орбиты в спектре атома водорода).

Правило квантования орбит и постулаты Бора дали ему и последующим ученым объяс­нить замеченные закономерности в оптическом спектре излучения атома водорода и в рентгеновских спектрах, и дать физическое толкование Периодического закона элементов Менделеева.

Поглощение света — является процессом, который обратен излучению, при котором атом с нижних энергети­ческих уровней переходит на верхние уровни. В процессе чего он поглощает излучение таких же частот, которые излучает при переходе с верхних энергетических уровней на нижние. На рисунке б стрелками изображены переходы атома из одних состояний в другие с поглощением света.

Источник

А) изучение энергии происходит при переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую в виде кванта света.

Б) большинство α- частиц проходит сквозь золотую фольгу, не меняя направления движения.

В) атомы не имеют стационарных состояний.

Г) в состав атома входит очень небольшая положительно заряженная частица, несущая почти всю массу атома.

Д) существуют стационарные орбиты, находясь на которых, электрон не излучает и не поглощает энергию.

2. Чему примерно равна частота поглощенного фотона, если атом перешел из состояния с энергией − 2,1 ⋅ 10^( − 18) Дж в состояние с энергией − 0,4 ⋅ 10^( − 18) Дж?

3. На рисунке изображена схема энергетических уровней атома. Какой цифрой обозначен переход электрона с одного энергетического уровня на другой, при котором излучаются фотоны с минимальной энергией?

5. Для электрона, находящегося на третьей орбите атома водорода, определите радиус орбиты.

6. При переходе электрона в атоме водорода с четвертого энергетического уровня на второй излучаются фотоны с энергией 2,55 эВ. Определить длину волны линии спектра, которая соответствует этому излучению. Постоянная Планка равна 6,63∙10^(-34) Дж∙с, скорость света – 3∙10^8 м/с, элементарный заряд – 1,6∙10^(-19) Кл.

Источник