Де Бройль толқыны. Де Бройль толқынының қасиеттері.

Корпускулалық теория бойынша жарық фотонының εф энергиясы,mф массасы мен рф импульсы мынаған тең:(2.1)ε=ħω , mф=εф/c²=ħω/c², pф=mфc=ħω/c=2πħ/λ.Сөйтіп жарық фотонының импульсы мен жарық толқыны ұзындығы арасындағы байланыс ħ Планк тұрақтысы арқылы өрнектеледі.Француз ғалымы Луи де Бройль (1892-1987) жарықтың осы кор-
пускулалық-толқындық табиғаты жөніндегі түсініктерді дамыта келе,1924 ж. корпускулалық-толқындық дуализм тек оптикалық құбылыстарға тән ерекшелік емес, ол барлық микродүние физикасында жан-жақты қолданылуға тиіс деген батыл жорамал ұсынды.Бөлшектердің корпускулалық және толқындық қасиеттерін сипаттайтын шамаларды байланыстыратын математикалық өрнектер дәл фотондардікі (2.1) сияқты, яғни ε=ħω, p=h/λ=2πħ/λ.Де Бройль жорамалының батылдығы мынада: (2.1) теңдіктері тек фотондар үшін емес, басқа микробөлшектер үшін де, соның ішінде тыныштық массасы бар бөлшектер (электрон, протон, атом т.б.) үшін де постулат ретінде қабылданды. Сонымен қозғалыстағы кез келген бөлшекпен бір толқындық процесс байланысқан болады.Де-Бройльша бір көріністен екіншісіне көшудің жарық үшін дұрыс болатын (2.1) ережелерін зат бөлшектері жағдайына пайдаланамыз:
(2.2) Ε=ħω, p=ħk=2πħ/λ.Оптикалық құбылыстар жағдайында (2.1) өрнек фотон импульсын
анықтау үшін пайдаланылады; фотон-тыныштық массасы нөлге тең, с жарық жылдамдығымен қозғалатын бөлшек. Осы қатынас, де-Бройльша, зат бөлшектеріне салыстырылатын жазық монохромат толқын ұзындығын береді:(2.3)λ=2πħ/p=2πħ/(mυ) Тыныштық массасы нөл емес бөлшектер үшін p=mυ. (2.2) өрнектері де-Бройль теңдеулері деп аталады. (2.3) өрнегімен анықталатын толқын ұзындығы де-Бройль толқын ұзындығы деп аталады.Де Бройль толқын ұзындығын энергияның функциясы ретінде табалық. Егер U потенциалдар айырмасы әсерінен электрон υ жылдамдыққа ие болса, онда оның p импульсы p=mυ=√2eUm тең болады. Осы электронмен де Бройль толқыны байланысқан, оның толқын ұзындығы (2.5) λ=2πħ/p=2πħ/√2eUm Электрон энергиясы Е=100 эВ болсын. Осындай электрон үшін де Бройль толқын ұзындығын есептейік. Электрон жылдамдығы мына теңдіктен еU=mυ²/2 анықталады:
υ=5,93•10 5√U=5,93•10 6 м/c ал толқын ұзындығы λ=2πħ/mυ Яғни жоғарыда көрсетілгендей энергиясы бар электронның толқынұзындығы рентген сәулелерінің толқын ұзындығымен шамалас болады.Осыдан егер де-Бройль жорамалы дұрыс болса, онда электрондар дифракциясы рентген сәулелерінің дифракциясына ұқсас кристалдық торларда байқалуға тиіс. Де Бройль жорамалы тәжірибе жүзінде дәлелденді. Енді осы тәжірибелерді қарастырайық.

54. Альфа-бөлшектерінің шашырауымен жүргізілген Резерфорд тәжірибесі. Атомның планетарлық моделі.

Атомның ішіндегі электрондардың қозғалысының мән-жайы, оң зарядты иеленуші не нәрсе екендігі ол кезде беймәлім еді. Яғни атом құрылысы қандай екендігі белгісіз болды. ХХ ғасырдың басында атомның құрылысы жайлы екі түрлі модель ұсынылды.
Ағылшын физигі Дж.Томсонның болжауынша атом дегеніміз оң зарядталған бөлшекпен бірқалыпты зарядталған сфера, ал электрондар осы сфераның ішінде болады. Сфераның оң зарядының мөлшері барлық электрондардың зарядына тең. Дж.Томсонның бұл моделі сәтсіз шықты. Себебі, ол тәжірибеге негізделмеген еді. Физика тарихында бұл модель «жүзімі бар пудинг» деген атпен есте қалды.
Ағылшын физигі Э.Резерфорд атомның ядролық моделін ұсынды. Резерфорд моделі бойынша атомның барлық оң заряды түгелімен өте кішкене көлемге шоғырланған, ол атомның ядросы болып табылады. Ал электрондар ядроның сыртында , оны айнала қозғалып жүреді.
Бұл модельдің шығуы альфа бөлшектермен жүргізілген тәжірибелерге негізделген еді.
Альфа бөлшектер дегеніміз не? Ол радиактивті заттар шығаратын оң зарядталған бөлшектер ағыны, дәлірек айтсақ екі рет иондалған гелий атомы. Альфа бөлшектер шапшаң қозғалатын едәуір ауыр бөлшектер. Сондықтан ол бөлшектер заттың атомдарымен соқтығысқанда атомның ішіне енуі де мүмкін.
Тәжірибе: радиактивті препараттан ұшып шыққан біртекті альфа-бөлшектердің қорғасын саңылаудан өткен параллель шоғы алтыннан жасалған жұқа фольгадан өтіп, фосфоресценциялағыш экранға келіп түседі. Бұл экранның альфа бөлшек соғылған жерінен жылтылдаған жарық көрінеді. Оны сцинтилляция деп атайды Сцинтилляцияны микроскоп арқылы көруге болады. Диафрагма мен экран бір түзудың бойында жатқанда, жылтылдың басым көпшілігі экранның центріне жиналады

Атомның алғашқы үлгілерінің бірін Дж. Томсон ұсынды. Бұл үлгіде атом радиусы ~10⁻¹⁰К)м оң зарядталған шар ретінде қарастырылады. Шардың ішінде тепе-теңдікжағдайының маңында электрондар тербеліп тұрады. Электрондардың теріс зарядтарының қосындысы шарға біркелкі таралған оң зарядты теңестіреді, сондықтан тұтас алғанда атом электрлік бейтарап бөлшек болады. Кейінгі зерттеулер бұл модельдің дұрыс емес екенін көрсетті, сондықтан Томсон моделі қазір тек тарихи тұрғыдан қарастырылады. Атомның ішінде электр зарядтарының орналасу тәртібін анықтау үшін 1911 жылы Резерфорд өзінің шекірттері Г. Гейгер және Э . Марсденмен бірге альфа-бөлшектершоғын өте жұқа алтын фольгадан өткізіп, бірнеше тәжірибелер жасады. Осы тәжірибелерді зерделеу нәтижесінде атомның ядролық, басқаша айтсақ, планетарлық моделі өмірге келді. Тәжірибенің нәтижесінде альфа-бөлшектердің басым көпшілігі фольгадан өткенде алғашқы бағыттан aуытқымайтыны (φ≈1-2°) анықталды. Бұл нәтиже, негізінен, Томсон моделіне сүйеніп жасалған есептеулермен дәл келді. Бірақ, альфа- бөлшектердің мардымсыз аз бөлігі 90°-тан артық бұрышқа ауытқитыны, яғни олар фольгаға соғылып, кері бағытта ұшатыны таңдандырды. Сегіз мыңға жуық бөлшектердің біреуі ғана осындай үлкен бұрышқа ауытқиды екен! Мұны Томсон моделі негізінде түсіндіру тіпті мүмкін болмады. Тәжірибеде алынған нәтижелерді зерделей отырып Резерфорд өз моделін ұсынды. Ол атомның оң заряды оның ортасында орналасқан радиусы шамамен 10⁻¹⁵ м өте аз көлемге жинақталған деген қорытындыға келді. Бұл орталық бөлшекті Резерфорд ядро деп атады. Атомның массасы түгел дерлік ядрода шоғырланған. Ядроныайнала әр түрлі орбиталармен электрондар қозғалып жүреді. Ең шеткі электрон орбитасының радиусы атомның радиусына тең, R_a≈10⁻¹⁰ м. Бұл үлгі Күн жүйесініңқұрылымына ұқсайтын болғандықтан, оны атомның планетарлық моделі деп те атайды.