Номер 8, страница 188 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

8. Какие противоречия возникают при объяснении процессов излучения энергии атомами на основе классической механики и электродинамики при использовании ядерной модели атома?

Применение законов классической механики и электродинамики к ядерной (планетарной) модели атома, предложенной Резерфордом, приводит к двум фундаментальным противоречиям с экспериментальными данными.

1. Противоречие, связанное с устойчивостью атома

Согласно ядерной модели, атом состоит из положительно заряженного ядра и вращающихся вокруг него по орбитам отрицательно заряженных электронов. Движение электрона по криволинейной траектории (орбите) является движением с ускорением (центростремительным ускорением). Согласно законам классической электродинамики Максвелла, любой ускоренно движущийся электрический заряд должен непрерывно излучать электромагнитные волны, а следовательно, терять свою энергию.

Теряя энергию, электрон должен был бы двигаться по сходящейся спирали и в конечном итоге упасть на ядро. Расчеты, основанные на классической физике, показывают, что это падение должно произойти за очень короткое время, порядка $10^{-11}$ секунды. Таким образом, с точки зрения классической физики, атом не может быть устойчивой системой. Однако в действительности атомы большинства элементов являются абсолютно устойчивыми и могут существовать неограниченно долго, не излучая энергии. Это первое и главное противоречие.

2. Противоречие, связанное с характером атомных спектров

Второе противоречие касается характера излучения атомов. Если бы электрон, как предсказывает классическая теория, непрерывно терял энергию и двигался к ядру по спирали, то частота его вращения вокруг ядра постоянно бы увеличивалась. Следовательно, частота испускаемых им электромагнитных волн также должна была бы меняться непрерывно. Это означает, что спектр излучения атома должен быть сплошным (непрерывным), то есть содержать все возможные частоты в определенном диапазоне.

Однако многочисленные эксперименты показывают, что атомы излучают и поглощают энергию только на строго определенных, дискретных частотах (или длинах волн). Спектры излучения и поглощения атомов являются линейчатыми, то есть состоят из набора отдельных узких линий, уникальных для каждого химического элемента. Этот экспериментальный факт находится в резком противоречии с предсказаниями классической теории.

Ответ: Применение классической физики к ядерной модели атома приводит к следующим противоречиям: 1. Неустойчивость атома: согласно классической электродинамике, вращающийся вокруг ядра электрон должен непрерывно излучать энергию, двигаться по спирали и упасть на ядро, что противоречит наблюдаемой стабильности атомов. 2. Неверный характер спектра: классическая теория предсказывает, что атом должен иметь сплошной (непрерывный) спектр излучения, в то время как на опыте наблюдаются дискретные (линейчатые) спектры, уникальные для каждого элемента.