Как Резерфорд пришел к выводу, что большая часть массы (а также положительный заряд) сосредоточена в ядре?

Эксперимент Гейгера и Марсдена привел Резерфорда к мысли, что положительный заряд и большая часть массы атома сосредоточены в небольшой области. Я понимаю, что привело его к заключению о расположении положительного заряда в атоме. Но как он пришел к выводу, что большая часть массы находится в небольшой области (ядре)?

Какое значение в конце концов имело распределение массы? Учитывая, что электрическая сила во много раз больше силы гравитации, сила между положительным зарядом и электронами была преимущественно электрической.

Так как же Резерфорд пришел к выводу, что большая часть массы находится в ядре?

Резерфорд предположил, что ядро-мишень не отскакивает при взаимодействии с ним альфа-частицы.
@Farcher Просто предположение?
См. Резерфордский эксперимент по рассеянию альфа-частиц золотой фольгой. Я не буду отвечать, так как @Manish Sahu уже дал хорошее объяснение.
@Farcher Использование предположения о фиксированном центре для построения сравнительного поперечного сечения не означает, что он предполагал массу в вакууме. Если вы предполагаете, что альфа упруго взаимодействует только с одним атомом, то угол рассеяния, намного превышающий 90 градусов, навязывает вам соотношение масс. Это один из многих мощных результатов классической теории рассеяния, основанной только на законах сохранения энергии и импульса (предмет, который, как правило, не учитывается под давлением современной учебной программы, но был хорошо известен).
@dmckee Я понимаю тот факт, что одна масса должна быть намного больше другой, но поскольку угловое распределение не является функцией отношения масс, можно ли напрямую найти значение порядка (или лучшего) для отношения масс из эксперимент по рассеянию?
Я опубликую комментарий, чтобы прояснить, в чем заключаются мои сомнения. Модель Томпсона предполагала, что масса и положительный заряд равномерно распределены в атоме. С электронами, являющимися изюмом в своего рода сливовом пудинге. Кроме того, когда Резерфорд проводил свой эксперимент, было известно, что у альфа-частиц есть энергия, чтобы пройти через такое равномерное распределение массы и положительного заряда . Мои сомнения в основном вращаются вокруг того факта, что электрическая сила является ключом во взаимодействии между альфа-частицами и «ядром» (предполагаемым Резерфордом).
Поскольку во многих случаях альфа-частицы отскакивали, очевидно, что большая часть положительного заряда была сосредоточена в небольшом объеме. Что меня озадачивает, так это то, как было установлено, что та же область, которая содержала положительный заряд, была также той, которая несет большую часть массы атома. Разве нельзя было думать, что масса равномерно распределена в атоме? Конечно, масса не так значительна, не так ли? Реального столкновения не происходит? Альфа-частицы подходят настолько близко, насколько это возможно, фактически не касаясь «ядра».
Томпсон сказал, что масса и положительный заряд распределены равномерно. Конечно, у альфа-частиц была энергия, чтобы преодолеть однородное распределение массы, если не положительный заряд (поскольку положительный заряд находился в небольшой области). Я просто веду себя глупо, но разве можно было заставить кого-то поверить, что масса равномерно распределена в атоме, просто положительный заряд сосредоточен в чем-то, называемом ядром . Извиняюсь за всю глупость.
@Farcher Угловое распределение в раме центра масс не является функцией массы, отношения, но в лабораторной рамке это определенно так. В частности, максимально возможный угол рассеяния лабораторного кадра равен ψ м а Икс знак равно арксин ⁡ ( м 2 / м 1 ) (см., например, строку 389 на сайте farside.ph.utexas.edu/teaching/336k/Newtonhtml/node52.html ), которая показывает, что любое обратное рассеяние подразумевает, что цель тяжелее падающей частицы. Получение отношения масс из данных сложнее и требует большого количества статистики. Но Резерфорд был на достаточно твердой почве, предполагая, что все, кроме электрона, находится в ядре.
@KunalPawar «Конечно, масса не так значительна, не так ли?» Импульс должен сохраняться. Всякое изменение скорости налетающей частицы отражается в противоположном смысле изменению скорости мишени, но соотношение величин этих изменений целиком зависит от их относительных масс.
@dmckee Согласен. Импульс должен сохраняться. Повторяю: нельзя ли было подумать, что масса однородна по всему атому, а заряд сосредоточен в чем-то, называемом ядром ?
@Kunal Давайте на мгновение отнесемся к этому серьезно. Вы предлагаете, чтобы: а) заряд был прибит к тяжелой массе (так и должно быть, иначе рассеяние не имело бы наблюдаемого характера), но б) он занимал лишь часть объема этой массы и в) Масса, торчащая из заряда, не влияет на какую-либо часть процесса рассеяния. Другими словами, рассеяние происходит так, как будто масса и заряд совпадают, но каким-то неизмеримым образом они этого не делают. Бритва Оккама/принцип бережливости говорит нам оставить это предположение в стороне до тех пор, пока не появится какая-то причина для его принятия.
@dmckee Так что это именно то, что я думал, что я делаю - быть глупым -.- По сути, мое предположение не имеет оснований, потому что нет никаких наблюдений, которые требуют такого предположения.
Конечно, сила гравитации не имеет значения, но инерция/импульс - нет.

Ответы (3)

Это хороший пример того, как работает наука.

Гейгер и Марсден заметили обратное рассеяние некоторых альфа-частиц. Это немыслимо, если альфа-частица рассеивается более легкой частицей.

Если рассмотреть частицу массы м и начальная скорость в 1 поражение цели массой м ′ в состоянии покоя, не меняя своего направления, то его конечная скорость в 2 может принимать два возможных значения,

в 2 знак равно в 1 , о р в 2 знак равно − в 1 ( м ′ − м м ′ + м ) .
Второе решение дает, что обратное рассеяние возможно только в том случае, если цель имеет большую массу, чем падающая частица. К тому времени было известно, что масса электрона намного меньше массы альфа-частицы, поэтому событие обратного рассеяния означало бы, что центры рассеяния на самом деле были тяжелыми положительными ядрами. И действительно, эти рассеяния наблюдались.

Чтобы формально проверить это, Резерфорд получил формулу для числа рассеянных частиц в зависимости от угла рассеяния, используя гипотезу тяжелых ядер (что подтверждается предыдущим абзацем). Гейгер и Марсден провели эксперимент, и данные согласуются с формулой Резерфорда.

Этот. Классическая теория рассеяния заставляет вас понимать ядро ​​как значительно более тяжелое, чем альфа.
На самом деле столкновения не происходит, не так ли? На самом деле альфа-частица никогда не касалась ядра. Он просто подошел настолько близко, насколько позволяла его энергия, и развернулся (если ему было суждено лобовое столкновение) или просто рассеялся.
@KunalPawar Столкновение или авария — это событие, при котором два или более тела воздействуют друг на друга в течение относительно короткого времени. Хотя наиболее распространенное разговорное использование слова «столкновение» относится к инцидентам, в которых сталкиваются два или более объектов, научное использование слова «столкновение» ничего не говорит о величине силы.
@KunalPawar: ни электроны, ни ядра не вступают в контакт друг с другом, когда сталкиваются два бильярдных шара. Силы, действующие в обоих случаях, одинаковы.
Как вы получили в 2 знак равно − в 1 м ′ − м м ′ + м ?
@Krish Я только что использовал сохранение импульса.

Википедия объясняет это довольно хорошо, но я выберу для вас соответствующие вещи.

До эксперимента Гейгера-Марсдена общая идея заключалась в том, что атомы были построены из некоторого проницаемого положительного субстрата, в котором плавали некоторые отрицательные частицы; так называемая модель сливового пудинга .

Если мы стреляем α В этой установке все частицы должны проходить через атомы, поскольку считается, что положительная подложка проницаема! (левая сторона рисунка)

Но когда люди провели эксперимент, они увидели, что большинство частиц проходят сквозь них, а некоторые рассеиваются. 180 ∘ назад, некоторые даже погнулись на небольшой угол! (правая сторона рисунка)

Эксперимент

В модели сливового пудинга не было проблем с частицами, которые прошли невозмущенными, но как быть с теми, которые были рассеяны обратно? Люди предположили, что в атоме должно быть какое-то твердое ядро, против которого α частицы могут разлететься. Ядро не могло быть слишком большим, так как лишь малая часть α обратно рассеянные частицы.

Это приводит к модели, в которой большая часть массы (к которой α частицы могут разлетаться) находятся в центре атома с отрицательными зарядами вокруг него!

Резерфорд провел серию экспериментов, в которых он измерил обратное рассеяние α частиц в зависимости от толщины металлической фольги. В третьей части эксперимента он заметил, что около 1 из 8000 α частицы могли рассеиваться обратно. Это было возможно только в том случае, если он столкнулся с большим электрическим полем. Такое большое электрическое поле не может быть создано распределенным зарядом, а должно быть создано каким-то концентрированным зарядом. Таким образом, это объясняет концепцию ядра.

А так как ядро ​​имеет большую часть заряда (протоны тяжелее электрона), оно имеет большую часть массы атома.

Это не отвечает на поставленный вопрос. В то время, когда Резерфорд постулировал свою модель, протон был неизвестен, не говоря уже о его массе.
@ Эмилио Писанти Я согласен с тем, что протон не был открыт до 1920 года, и модель Резерфорда фактически подтверждает тот факт, что ядро ​​могло нести как положительный, так и отрицательный заряд. Но с тех пор α частицы отклонялись, ядро ​​должно было иметь положительный заряд. Также было замечено, что угол рассеяния, при котором максимальный α обнаруженных частиц была прямо пропорциональна атомной массе металлической фольги. Это подтверждает тот факт, что ядро ​​действительно имело большую часть массы. Если бы масса не была фактором, то угол рассеяния не был бы функцией атомной массы, где мы обнаруживаем максимум α частицы.
Что α отклонение частиц не является причиной для вывода о том, что ядро ​​положительное. IIRC, картина рассеяния не так чувствительна к заряду целей. Положительность ядра следует из того, что материя электрически нейтральна, а электроны отрицательны.
Как Резерфорд пришел к выводу, что большая часть массы (а также положительный заряд) сосредоточена в ядре?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v