Модель атома Томсона.

Идея о существовании неделимых частиц, слагающих вещество, уходит своими корнями в древнегреческую философию. Возникшие на классическом этапе развития естествознания химия и молекулярная теория газов рассматривали вещество как совокупность молекул, а в последствии - атомов (для объяснения химических реакций было необходимо предположение о перестройке молекул, а следовательно - существовании составляющих ее более мелких частиц). В конце 19 века стало ясно, что атомы сами обладают структурой, поскольку способны испускать гораздо более мелкие отрицательно заряженные частицы - электроны. Электрическая нейтральность атома требовала предположения о наличии в нем положительно заряженных частей. Томсоном была предложена модель, согласно которой электроны атома “вкраплены в упругое положительное желе” и способны совершать в нем гармонические колебания. Несмотря на некоторую наивность такой модели, она оказалась весьма работоспособной из-за того, что любая система вблизи положения устойчивого равновесия может совершать колебания, которые в грубом приближении можно считать гармоническими.

Атом Томсона - пример ошибочной (с точки зрения сегодняшнего взгляда на вещи) модели, приводящей к правильному математическому описанию широкого круга явлений.

Взаимодействие света с веществом (классическая концепция). Как отмечалось, ускоренно движущийся заряд (в том числе - совершающий гармонические колебания) испускает электромагнитные волны. Возбуждение свободных колебаний электронов в атоме Томсона приводит к излучению им света. Наиболее распространено возбуждение за счет теплового движения (лампы накаливания, пламена и т.д.) и при столкновениях с электронами (газоразрядные лампы).

Поглощение света в веществе объясняется переизлучением энергии световой волны раскачиваемыми ею электронами во всевозможных направлениях и ее частичным переходом в другие формы (тепловую). Конкретный механизм кажется весьма странным с точки зрения “здравого смысла” и связан с тем, что при сложении колебаний одинаковой частоты в зависимости от сдвига фаз суммарное колебание может иметь как большую, так и меньшую амплитуду по сравнению с отдельно взятыми слагаемыми (рис. 17_3). Совершающие вынужденные колебания в переменном поле световой волны электроны переизлучают электромагнитные волны на той же частоте, но сдвинутые по фазе относительно возбуждающей волны (результат расчетов в рамках механики Ньютона). Эти волны, складываясь с исходной, приводят к следующим эффектам (рис. 17_4):

1. Постепенное затухание исходной волны по мере ее распространения в веществе (поглощение света), происходящее по хорошо согласующемуся с экспериментом закону Бугера:

(1) ,

где К - коэффициент поглощения, пропорциональный мнимой части комплексного показателя преломления вещества, удовлетворительно рассчитываемого методами классической физики на основе электродинамики и модели Томсона.

2. Изменение эффективной скорости распространения суммарной волны и, как следствие, преломление света на границе двух сред, происходящее по хорошо согласующемуся с экспериментом закону:

(2) ,

где n=v/c - вещественная часть показателя преломления вещества, описывающая отношение фазовой скорости распространения в нем света с скорости света в вакууме.

3. Формирование отраженной волны, распространяющейся под углом, равным углу падения.

4. Возникновение флуоресценции (излучения в боковых направлениях) в случае образцов небольших поперечных размеров.

В содержащих свободные электроны металлах эффективные вынужденные колебания зарядов возможны на любых частотах, что объясняет способность этих веществ отражать свет любых частот и являющийся смесью монохроматических белый свет. В диэлектриках электроны связаны с атомами Томсона упругими силами в в соответствии с законами резонанса могут совершать колебания большой амплитуды только на своих (резонансных) частотах. При падении белого света на такие вещества эффективно отражаются лишь некоторые гармоники, что приводит к возникновению окраски. Т.о. при рассматривании своего изображения в зеркале мы в действительности воспринимаем электромагнитное поле свободных электронов слоя металла, которые совершают колебания под действием волн, переизлучаемых атомами нашего тела.

Другое по теме

Происхождение и развитие галактик и звезд
К началу нашего века границы разведанной Вселенной раздвинулись настолько, что включили в себя Галактику. Многие, если не все, думали тогда, что эта огромная звездная система и есть вся Вселенная в целом. Но вот в 20-е годы были построены новые крупные телескопы, и перед астрономами открылись совершенно неожиданные ...

Ионометрия. Поиск неисправностей
Неисправность прибора При выходе из строя прибора химик-аналитик практически никогда не может произвести ремонт своими силами, так как для этого нужен специалист по электронике. Однако опыт показывает, что произвести тестирование иономера можно самим, существенно экономя рабочее время. Самый надежный способ оцен ...