Как сохраняется угловой момент, когда электрон движется по спирали к ядру в модели атома Резерфорда?

Согласно Резерфорду, электроны вращаются вокруг ядра точно так же, как планеты. Поскольку они вращаются, их движение ускоряется. Когда заряженная частица (электрон) ускоряется, она испускает излучение и теряет энергию. Таким образом, электрон в модели Резерфорда будет непрерывно излучать энергию и двигаться по спирали к центру, но на атом не действует никакая внешняя сила, поэтому угловой момент системы должен сохраняться. Таким образом, когда электрон первоначально начинает двигаться по спирали внутрь, его скорость будет увеличиваться, чтобы компенсировать уменьшение радиуса, но когда, наконец, он столкнется с ядром, его скорость будет равна нулю. И угловой момент ядра все время остается равным нулю. Так как же будет сохраняться угловой момент при столкновении с ядром?

уходящее излучение приобретает угловой момент, который необходимо суммировать. законы сохранения относятся к закрытым системам.
Ваш выбор имени пользователя предполагает, что вы должны знать ответ на свой вопрос. Электрон никогда не «столкнется с ядром», потому что в конце концов он достигает основного состояния, в котором перестает излучать.

Ответы (3)

Я думаю, что модель Резерфорда должна быть полностью последовательной, определяемой в терминах классической электродинамики. То, что оно неправильно описывает атом, не имеет значения.

В этой классической электродинамической модели не должно быть никакой разницы между электронами вокруг ядра и легким шаром вокруг тяжелого шара (или другими формами, которые вы хотите им придать), до тех пор, пока массы и заряды масштабируются соответствующим образом, а также радиус, если вы хотите точно знать, когда произойдет столкновение. Обратите внимание, что если бы они были обеими точками, расстояние становилось бы все меньше, но никогда не равнялось бы 0, и коллапса не было бы.

То, что произойдет, точно зависит от того, что произойдет, когда электрон ударится о ядро, что не является частью модели. Если бы поверхность ядра действовала как непроницаемый барьер без трения, оно начало бы скользить или подпрыгивать вокруг него. Если же, с другой стороны, они каким-то образом сливаются во что-то новое, объединенный новый объект будет вращаться.

РЕДАКТИРОВАТЬ Как заметили АннаВ и Эмилио Писанти, излучение унесет часть углового момента, и неверно, что электронно-ядерная система сохранила бы угловой момент. Однако он никогда не потеряет все это.

Должен излучаться угловой момент - без него орбита не может распасться. Круговые орбиты имеют минимальную энергию для своего углового момента (и максимальный угловой момент для своей энергии). Если вы хотите уменьшить энергию орбиты за счет излучения, вам также нужно избавиться от углового момента. Это также излучается и становится частью углового момента излучаемых полей.
Это верно, хороший момент. Я думал об этом, но поскольку он никогда не может унести весь угловой момент, я предположил, что качественное описание не изменится, но, как вы правильно заметили, орбиты тоже не изменятся. отредактирую, спасибо!

Для модели, которую вы описываете, угловой момент системы сохраняется так же, как и энергия: это не так.

Точнее, ни энергия, ни угловой момент для системы протон+электрон сами по себе не сохраняются, потому что это не изолированная система, так как она находится в контакте с полем излучения. Однако, как только вы включаете энергию и угловой момент излучения, вы получаете изолированную систему, и обе величины сохраняются.

Важно подчеркнуть, что обязательно должен быть излучаемый угловой момент — орбита не может распасться без него. Круговые орбиты имеют минимальную энергию для своего углового момента (и максимальный угловой момент для своей энергии). Если вы хотите уменьшить энергию орбиты за счет излучения, вам также нужно избавиться от углового момента. Это также излучается и становится частью углового момента излучаемых полей.

В конечной точке спирали вы выходите прямо из постулированной Резерфордом физики, так что дальше происходит, по сути, вопрос «каким образом вы хотите расширить модель?» - и ответ будет зависеть от деталей вашего выбора при создании этого расширения. Но если вам нужна модель, в которой ядро ​​имеет конечный размер, а электрон сливается с ним с тесно связанной высокоскоростной круговой орбиты, тогда ядро ​​должно начать вращаться, и эта система будет иметь сохраняющийся полный угловой момент в пределах этого взаимодействие.

Наконец, несколько слов об эпистемологии. Как уже отмечалось, модель Резерфорда неверна. В лучшем случае это ступенька к модели Бора, которая менее неверна (но все же неверна); динамика электронов в атомах регулируется квантовой механикой, и точка. Модель Резерфорда заключена в рамки классической электродинамики и как таковая не описывает реальность. Однако именно потому, что она заключена в рамки классической электродинамики, возможно ( онабыть возможным) обеспечить полный анализ конфигурации в этой классической электродинамической структуре, которая объясняет то, что предсказывает модель (даже если это не согласуется с реальностью, как, скажем, электрон, движущийся по спирали к ядру), при полном уважении внутренние правила формализма (включая, в частности, сохранение углового момента).

«В конце спирали вы выходите прямо за пределы физики, известной Резерфорду, так что дальше происходит, по сути, вопрос «какая версия вымышленной физики, по вашему мнению, произойдет?»». Это 100% разумный вопрос, когда «вымышленная физика» — это «классическая электромагнитная теория плюс (релятивистская?) ньютоновская механика», которые вместе составляют четко определенную математическую систему, даже если она становится, как вы говорите, , «вымышленный» после определенного момента, потому что мы говорим именно о том, как работает неправильная (следовательно, «вымышленная») модель , построенная из этих компонентов .
Даже если конечным ответом, который дает эта модель, является «сингулярность» или «неопределенность», это все равно, imo, составляет «ответ» на этот вопрос, и, более того, я думаю, что вопрос заключается в том, как АМ сохраняется через инспиральное , не то, что происходит в конечной точке, где модель математически убивает себя.
Модель Резерфорда ничего не говорит о структуре или составе ядра. У модели просто нет ответов на вопрос, что произойдет в точке столкновения, потому что она не содержит никакой информации о ядре, кроме его массы и заряда. Вполне возможно расширить модель, если вы действительно этого хотите, но результаты будут зависеть от выбора, который вы сделаете при расширении модели.
Хорошо, тогда что произойдет, если мы просто ограничим сценарий «до точки, где электрон достигает любой области , которую Резерфорд назвал бы «ядром»», и остановимся прямо на этом? (Математически просто некоторое конечное р > 0 так что, когда электрон р "=" р , останавливаемся) А потом спросите, что происходит с угловым моментом на этой части модели? В конце концов, он ясно знал о конечном размере ядра и о том, что оно намного меньше, чем весь атом, в этом весь смысл его эксперимента с золотой фольгой, который привел его к созданию модели с самого начала.
Это именно то, что объясняет этот ответ.
Я думаю, что вижу проблему здесь сейчас. Я пропустил деталь в исходном вопросе: «Как же будет сохраняться угловой момент при столкновении с ядром?» который задает что-то отличное от вопроса в заголовке. Заглавный вопрос имеет разумную интерпретацию и ответ, в то время как эта вторая часть, как вы говорите, полностью зависит от того, каким вы представляете себе ядро ​​в этом сценарии и как оно действует.

важным моментом здесь, как мне кажется, является то, что модель Резерфорда была неверной, поскольку она предсказывала эффекты, которые не наблюдались, как вы сегодня и другие в свое время указывали. Из-за этого, как вы обнаружили, нет никакого фундаментального способа понять это.

хотите объяснить отрицательный голос?
На самом деле модель Резерфорда содержит генезис модели Бора. Резерфорду приписывают открытие ядра, т. е. объяснение результатов эксперимента по рассеянию, предполагая, что положительный заряд сосредоточен в очень малом объеме, а электроны находятся «вокруг» его. Я не уверен, что с этим не так. На самом деле Резерфорд прекрасно осознавал, что его ядерная модель несовместима с планетарной моделью электрона, вращающегося вокруг ядра, но он не пытался объяснить стабильность атомов: он оставил эту работу Бору.
Выражая свое замешательство, ОП ссылается на нефизичность модели Резерфорда. То, что Резерфорд, возможно, сам знал об этом, - это не то, на что я отвечал: мое намерение состояло в том, чтобы просто указать на тот факт, что ОП удалось успешно применить ту же линию рассуждений, которая использовалась другими в то время, чтобы показать, что вы не мог понять модель (т. е. она предсказывает вещи, которые не наблюдались, например радиационный коллапс «классической орбиты» электрона во время вдоха).
... и я ценю возможность, которую вы предоставили мне, чтобы объясниться, кстати.
Ну... я только комментировал. Я нашел ваше использование "неправильного" сильным. Возможно, вы захотите отредактировать свой ответ соответствующим образом, и, возможно, отрицательный голос в конечном итоге будет отменен.
Голосование против отменено.