электрические приборы и машины
 
 
   
 
   
 
 
     
 
Главная / Электронные приборы / Строение атома и свойства электронов

Строение атома и свойства электронов

Атом (по-гречески «неделимый») представляет собой мельчайшую частицу химического элемента, обладающую свойствами этого элемента. Все известные химические элементы приведены в таблице Д. И. Менделеева, отражающей особенности и физико-химические свойства атома.

В 1913 г. датский ученый Бор, воспользовавшись квантовой теорией излучения, введенной в науку немецким ученым Планком, предложил теорию строения атома. Теория Бора основывается на ряде предположений, сущность которых заключается в том, что атом любого химического элемента состоит из тяжелого ядра, имеющего положительный заряд (атомное ядро содержит протоны и нейтроны), вокруг которого вращаются электроны по вполне определенным устойчивым орбитам. При этом электроны не излучают энергии.

Атом содержит одинаковое число протонов и электронов. Порядковый номер элемента в таблице Менделеева соответствует числу электронов, а следовательно, и числу протонов, содержащихся в данном атоме. Размеры атома исчисляются в ангстремах (1 Å = 10-8 см). Сумма положительных и отрицательных зарядов атома равна нулю, поэтому он электрически нейтрален.

Теория Бора, определяющая структуру атомов, связь между ними, способствовала раскрытию законов спектроскопии и объяснению механики лучеиспускания. Однако позднее было установлено, что законы механики Ньютона не определяют движения электронов в атоме (так как электроны имеют очень малую массу). Своеобразное движение электронов в атоме в настоящее время объясняется квантовой (волновой) механикой, которая утверждает, что законы движения электронов в атоме имеют много общего с законами распространения волн.

Из теории квантовой механики следует, что для электронов устойчивыми являются лишь вполне определенные орбиты. Под термином «устойчивая орбита» в волновой механике понимают сферу, окружающую ядро, в которой чаще всего находится движущийся электрон. Быстро вращающийся электрон образует вокруг ядра «размазанное» облако отрицательного электрического заряда. При этом наибольшую его плотность имеет сфера, соответствующая «главному квантовому числу». Главное квантовое число определяет уровень энергии данной орбиты и ее удаленность от ядра. Так, например, шаровая сфера электрона атома водорода с главным квантовым числом, равным единице, определяется радиусом r=0,53 Å (что соответствует радиусу первой орбиты по Бору).

Таким образом, в общем случае электроны, вращающиеся вокруг ядра атома, образуют ряд сферических оболочек с максимальной плотностью электрического заряда, находящихся на определенном расстоянии от ядра. На каждой оболочке атома расположено определенное число электронов, причем электроны, находящиеся на внутренних оболочках, более прочно связаны с ядром, чем электроны внешней оболочки. Под влиянием внешних факторов—воздействия электрических и магнитных полей, столкновений с другими атомами и т. д. — нейтральный атом может стать либо положительным ионом (вследствие потери электронов), либо отрицательным ионом (после присоединения электронов).

Электроны могут переходить с одной оболочки на другую, т. е. с одного энергетического уровня на другой. Для перехода электронов с оболочки, ближе расположенной к ядру, на более отдаленную оболочку необходимо затратить энергию. Когда же электрон возвращается на свою прежнюю орбиту, то, наоборот, выделяется энергия в виде электромагнитных колебаний определенной частоты. При этом излучается один квант (фотон) света. Чем больше частота излучаемого света, тем больше энергия фотона.

Электрон представляет собой элементарную отрицательно заряженную частицу. Его заряд е= 1,6 х 10 х 10-19 к, масса m = 9,1 ·10-28 г. Отношение заряда электрона к его массе равно 1,8·108 к/г.

Никакая другая из известных в настоящее время частиц не имеет такого большого отношения заряда к массе. Поэтому электрон обладает самой большой подвижностью. При сближении двух электронов действуют силы отталкивания, причем они тем больше, чем меньше расстояние между электронами. Под действием электрического поля электроны приходят в движение в направлении, противоположном направлению силовых линий электрического поля. Поток движущихся электронов образует электрический ток. Этот поток, подобно электрическому току в проводнике, создает магнитное поле.

Электрон в движении обладает кинетической энергией mυ2/2. При достаточно большой скорости движения кинетическая энергия электрона может оказаться достаточной для ионизации соседних атомов. При столкновении движущегося электрона с неподвижным телом его кинетическая энергия переходит в тепловую.

 
 
     
 
Copyright © 2012 Электродвигатели и трансформаторы
электрические приборы и машины
Rambler's Top100
Создание сайта Вебцентр