Реферат: Нильс Бор
Учение о спектрах вызывало необходимость создания теории строения атома и законопеременности оптического спектра, она должна была привести к результатам, которые согласуются с опытными данными по дисперсии и эффекту Зеемана, а в дальнейшем найти объяснение характеристическим рентгеновским спектрам и эффекту Штарка. Постепенно стали приходить к убеждению, что решить эту задачу в рамках классической электродинамики невозможно. Этому в немалой степени способствовали работы Эйнштейна, успешно приме-
- 15 -
нившего квантовые представления в теории теплоемкости и при рассмотрении фотоэффекта, фотохимических явлений, рентгеновского излучения.
Квантовые представления в той или иной форме применялись еще до работ Бора
при рассмотрении отдельных вопросов, связанных со строением атомов и молекул.
Нерст рассмотрел молекулярные спектры в предположении, что имеет место
квантование вращения молекул. Бьеррум, развил идею Нернста, провел расчет
спектра испускания двухатомной молекулы, полагая, что при ее вращении с
частотой 
вокруг линии,
соединяющей оба атома, энергия вращения кратна 
(
- постоянная Планка).
Никольсон воспользовался моделью, предложенной Нагаока. Согласно этой модели атом состоит из центральной положительно заряженной частицы, вокруг которой с общей угловой скоростью вращаются кольца, заполненные электронами. Спектры объяснялись колебаниями колец в целом. В дальнейшем Бор указал на основные трудности и недостатки этой теории.
У
Никольсона соотношения между частотами, соответствующие опреде- ленным линиям,
сравнимы с соотношениями между частотами, соответству- ющими различного рода
колебаниями электронного кольца. Он в одной из своих работ, стремясь
объяснить наблюденные им спектры астрономических объектов, предположил, что
момент импульса электронных колец кратен 
.
К проблеме устойчивости Никольсон не подходил.
Бор увлекся теоретическими проблемами, связанными с моделью Резер- форда, весной 1912 г., сразу же после приезда в Манчестер. Его привлекла возможность отчетливого разделения тех физических свойств элементов, которые определялись непосредственно ядром, от тех, которые вызваны распределением электронов в атоме.
К середине 1912 г. была уже готова значительная часть работы "О строении атомов и молекул", но Бор продолжал исследовать роль кванта действия в электронном строении атома в связи с проблемами излучения. Трудности возникали из-за вопроса устойчивости атома. Ранней весной 1913 г. он нашел решение, когда вовлек в рассмотрение простейшие спектральные закономерности.
- 16 -
4. ТЕОРИЯ АТОМА БОРА.
В 1913 г. в английском журнале "Philosophikal Magazine" была опубликована статья Н. Бора "О строении атомов и молекул". Статья состояла из трех частей. Первая часть озаглавлена "Связывание электронов положительным ядром", вторая - "Системы, содержащие только одно ядро", третья - "Системы с несколькими ядрами".
В статье излагалась новая теория строения атома. "Введение" к статье Бор начал с краткой характеристики модели атома Резерфорда, согласно которой атом состоит положительно заряженного ядра и системы окружающих его электронов. Силами притяжения электроны удерживаются на определенных расстояниях от ядра. Положительный заряд ядра и общий отрицательный заряд электронов равны между собой. Линейные размеры ядра очень малы по сравнению с линейными размерами атома в целом. Основная часть массы атома заключена в ядре. Бор полностью принял модель атома, предложенную Резерфордом. Он считал, что вокруг ядра атома водорода вращается только один электрон и заряд ядра Е = е; в атоме гелия вращаются два электрона, в атоме лития - три электрона и т.д.
До Резерфорда в физике господствовала модель атома Дж. Дж. Томсона, согласно которой атом состоит из шара, равномерно заполненного положи- тельным электрическим зарядом. В этом шаре электроны движутся по окружностям. Основное различие между моделями Томсона и Резерфорда Бор усматривал в том, что в модели Томсона силы, действующие на электроны, допускают такие конфигурации и движения, которое обеспечивают устойчивое равновесие системы, в то время как для модели Резерфорда, по-видимому, такие конфигурации не существуют. Это различие проявляется в том, что среди величин характеризующих атом Томсона, имеется одна величина - радиус положительно заряженного шара - с размерностью длины, в то время как среди величин, характеризующих атом Резерфорда, такая длина отсутствует.
Теория теплового излучения Планка и прямые подтверждения существо-вания элементарного кванта действия в опытах по теплоемкости, фотоэффекту и других, побудили Бора усомниться в применимости классической электродинамики к атомным системам. Бор поставил перед собой задачу ввести в законы движения электронов элементарный квант действия. Атом Резерфорда и квант действия Планка - исходные моменты теории атома Бора.
В первой части статьи Бора на основе теории Планка рассматривается механизм связывания электрона с ядром. На примере простейшей системы, состоящей из положительно заряженного ядра и электрона, движущегося по замкнутой орбите вокруг ядра, показано, что при излучении, которое должно иметь место по законам электродинамики, электрон не может двигаться по стационарным орбитам. В результате излучения энергия будет непрерывно убы-
- 17 -
вать. Электрон будет приближаться к ядру, описывая все меньшие орбиты. Частота его вращения вокруг ядра будет все увеличиваться. Поведение такой системы, вытекающее из основ классической электродинамики, отличается от того, что имеет место в действительности. Атомы длительное время имеют определенные размеры и частоты. "Далее, - пишет Бор, - представляется, что если рассмотреть какой - либо молекулярный процесс, то после излучения определенного количества энергии, характерного для изучаемой системы, эта система всегда вновь окажется в состоянии устойчивого равновесия, в котором расстояния между частицами будут того же порядка величины, что и до процесса".
Бор ясно
показал, что следствия классической электродинамики не соответствуют тому,
что мы наблюдаем в атомных системах. Высший критерий физики есть опыт. Поскольку
опыт в области атомных явлений нельзя объяснить представлениями и теорией
классической физики, Бор обращается к теории излучения Планка. Эта теория
утверждает, что излучение энергии атомной системы происходит не
непрерывно, а определенными раздельными порциями. Количество испускаемой
атомным излучателем энергии при каждом процессе излучения равно 
, где 
- целое число, h -
универсальная постоянная Планка, 
-
частота. Бор допускает, что электрон испускает монохроматическое излучение
с частотой 
, равной половине частоты
обращения электрона по своей окончательной орбите.
Энергия излучения :
W =
,
где:
,
W -
среднее значение кинетической энергии электрона за одно полное обращение, e
и E - заряды электрона и ядра, m - масса электрона. Подставив
значение 
, получим:
W =
,
Длина большой полуоси орбиты:
- 18 -
2а 
,
Придав 
разные значения, мы
получим ряд значений W, 
, и а,
соответствующих ряду конфигураций системы. В этих состояниях атом не излучает.
W принимает максимальное значение при 
=1,
подставив значения E = e = 4,7 * 10-10 , e/m = 5,31 *
1017 , h = 6,54 * 10-27 ,имеем 2а = 1,1 * 10-8
см, 
= 6,2 * 1015 с-1,
W/e = 13 в. Эти величины того же порядка, что и линейные размеры
атома, оптические частоты и ионизационные потенциалы.
Бор указывает, какова предыстория применения теории Планка к атомным системам: "На всеобщее значение теории Планка для обсуждения поведения атомных систем впервые указал Эйнштейн. Соображения Эйнштейна, были затем развиты и применены к различным явлениям в особенности Штарком, Нернстом и Зоммерфельдом. Соответствие наблюдаемых частот и размеров атома и вычисленных на основе соображений, приведенных выше, было предметом многочисленных обсуждений". С точки зрения теории Планка Дж. Никольсон рассматривал системы, у которых силы взаимодействия между частицами обратно пропорциональны квадрату расстояния между ними. Однако его теория не в состоянии была объяснить известные спектральные закономерности Ритца и Бальмера.
