ФІЗИКА. Вчимося розв'язувати задачі. "СУЧАСНА ФІЗИКА". Компенсаційний курс

Розділ 20. Будова атома

20.2. Квантові постулати Бора

Ядерна модель атома спирається на незаперечні експериментальні факти. Однак вона несумісна з законами класичної фізики.

Відповідно до електромагнітної теорії будь-яка заряджена частка, що рухається з прискоренням, неперервно випромінює енергію. Під час руху навколо ядра електрон має доцентрове прискорення і, отже, повинен неперервно втрачати енергію на випромінювання. Тому електрон в атомі мав би рухатися по спіралі, наближаючись до ядра, і зрештою впасти на нього.

Але атоми є стійкими системами і можуть необмежено довго існувати без зміни властивостей. Тому ми вимушені констатувати, що підчас руху в атомі електрон не випромінює енергії. Ця обставина, а також невідповідність інших властивостей атомів законам класичної фізики спонукали видатного датського фізика, одного з творців квантової механіки Н. Бора, до формулювання так званих квантових постулатів Бора.

Перший постулат Бора (постулат стаціонарних станів) стверджує:

електрон в атомі може перебувати у так званих стаціонарних або квантових станах, в яких він не випускає електромагнітного випромінювання. Енергії стаціонарних станів утворюють дискретний набір значень: E₁, E₂, …, E_n, E_m,…

Другий постулат Бора (правило частот) говорить, що

перехід електрона з одного стаціонарного стану з енергією E_m в інший стаціонарний стан з енергією E_n < E_m відбувається стрибком і супроводжується випромінюванням фотона з енергією
\(h\nu=E_{m}=E_{n}\),	(20.1)
і частотою
\(\nu=\frac{E_{m}-E_{n}}{h}\).	(20.2)

Поглинати енергію атоми теж можуть тільки дискретними порціями з енергіями (частотами), що задовольняють умовам (20.1) і (20.2).

Хоча постулати Бора різко суперечать законам класичної фізики, вони відображують незаперечні дослідні факти: стійкість атомів і дискретний (квантовий) характер електромагнітного випромінювання.

Дискретність квантових станів у атомі та правило частот пояснюють лінійчастий і виключно індивідуальний характер спектрів випромінювання і поглинання розріджених атомарних газів: атом кожного хімічного елемента має властивий тільки йому дискретний набір спектральних ліній.