Бор постулаттары. Франк және Герц тәжірибелері. Бор постулаттары – даниялық физик Бордың атомның орнықты (стационар) күйін және спектрлік заңдылықтарын
Бор постулаттары – даниялық физик Бордың атомның орнықты (стационар) күйін және спектрлік заңдылықтарын түсіндіруге арналған негізгі болжамдары (1913). Сутек атомының сызықтық спектрін (Бальмер-Ридберг формуласы), атомның ядролық моделі мен жарық сәулесінің квантты шығарылуы мен жұтылуын түсіндіру мақсатында Нильс Бордың 1913 жылы тұжырымдаған жорамалдары:
1. Атомдар, тек стационарлық күйлер деп аталатын қандай да бiр күйлерде ғана бола алады. Бұл күйдегi электрондар ядроны айнала үдей қозғалғанымен өзiнен сәуле шығармайды. Бірінші қағида немесе орнықты күйлер қағидасы: атомдағы электрондар кез келген энергиясы бар орбиталармен емес, тек белгілі бір энергиясы бар орбиталар бойымен қозғалады. Оларды орнықты орбиталар деп атайды. Орнықты орбиталардың энергиясы тек белгілі бір дискретті (үзікті) мәндерді ғана иеленеді. Электрондар мұндай орнықты орбита бойымен қозғалып жүргенде сәуле шығармайды.
2. Сәуле шығару немесе жұту тек бiр стационарлық күйден екiншi стационарлық күйге өткен кезде ғана болады. Ал шығарылған немесе жұтылған сәуленiң жиiлiгi мына шарттан анықталады Мұндағы En және Em осы стационар күйлердiң энергиясы, ал – Планк тұрақтысы. Екінші қағида немесе сәуле шығарудың жиіліктік шарты: атом бір орнықты күйден екінші бір сондай күйге ауысқанда ғана жарықтың бір фотонын жұтады не шығарады. Шығарылған не жұтылған фотонның энергиясы (һν) екі орнықты күй энергияларының (En және Em) айырымына тең (һν = мұндағы ν – шығарылған не жұтылған сәуле фотонының жиілігі, һ – Планк тұрақтысы). Атомдардың энергетикалық күйлерiн энергия деңгейлерi арқылы белгiлеп, сәуле шығару және жұту үрдiстерiн көрнектi түрде көрсету ыңғайлы.
3. (Орбиталардың кванттану ережесі):Стационарлық күйдегі атомдардың шеңбер бойымен қозғалғанда импульс моменттері тек дискретті мән қабылдай алады
Сутекті атомның (Z — ядро заряды) Борлық моделі, мұндағы теріс зарядты электрон атом бұлтшасында орналасып аз бірақ оң зарядталған атом ядросын қоршайды. Электронның орбитадан орбитаға өтуі электрмагниттық энергия квантының (hν) шағылуымен немесе жұтылуымен өтеді. Осы қағидалар негізінде құрылған Бор теориясы тек сутек және сутек тәріздес атомдардың құрылысын түсіндіруге қолданылады. Бор қағидалары классикалық физика заңдылықтарына толығымен қайшы келеді. Бұл қағидалар – микродүние қасиеттерін түсіндіру үшін табылған алғашқы тұжырымдар. Атом құрылысы кванттық механика арқылы ғана толық түсіндіріледі.
Франк - Герц тәжірибесі — атомның ішкі энергиясының үздіксіз өзгермейтіндігін, яғни белгілі бір дискреттік мәндер қабылдайтындығын (квантталатындығын) дәлелдейтін тәжірибе.
Тәжірибені алғаш рет 1913 ж. неміс физиктері Дж. Франк пен Г.Герц жасады. Бұл тәжірибе Н.Бордың кванттық теориясын дәлелдеуде маңызды рөл атқарды. Тәжірибеде ток күшінің К катод пен С1 тор арасындағы үдетуші потенциалдар айырымына тәуелділігі зерттелді; С2 тор мен А анод арасына тежеуші кернеу түсірілген; К аймақта үдеген электрондар торлар арасындағы сынап буының (Л түтікшені толтырып тұрған) атомдарымен соқтығысатын КК аймаққа барады. Соқтығысқаннан кейін ККК аймақтағы тежеуші потенциалды жеңуге жеткілікті энергиясы бар электрондар анодқа түседі.
Үдетуші потенциалды 4,9 В-қа дейін арттырғанда Г гальванометр тіркейтін ток күші монотонды артады. Демек, энергиясы e£4,9 эВ электрондар атомдармен серпімді соқтығысады да, бірақ атомдардың ішкі энергиясын өзгертпейді. Егер V 4,9 В-тан артып кетсе (немесе одан еселік 9,8В, 14,7 В, мәндерден), Қ (V) қисық сызығында электрондардың атомдармен соқтығысуы серпімсіз болғандығын, яғни электрондар энергиясы атомдардың ішкі энергиясына ауысқандығын көрсететін құлдыраулар пайда болады. Энергияның 4,9 эВ-қа еселі мәндерінде электрондар әрбір атомға 4,9 эВ энергиясын бере отырып, олармен бірнеше рет серпімсіз соқтығыса алады. Демек Франк - Герц тәжірибесі негізгі энергетикалық күйдегі сынап атомдары жұта алатын энергияның ең аз мүмкін үлесі (энергияның ең аз кванты) 4,9 эВ екендігін көрсетті.