Χαρακτηριστικά και περιορισμοί του ατομικού μοντέλου Broglie

Το Broglie ατομικό μοντέλο προτάθηκε από τη γαλλική φυσικός Louis Broglie το 1924. Στην διδακτορική του διατριβή, είπε δυαδικότητα Broglie κύματος-σωματιδίου των ηλεκτρονίων, για τον καθορισμό της βάσης των μηχανικών κυμάτων. Ο Broglie δημοσίευσε σημαντικά θεωρητικά ευρήματα σχετικά με τη φύση του σωματικού κύματος της ύλης στην ατομική κλίμακα.

De Broglie δηλώσεις αργότερα πειραματικά αποδειχθεί από τους επιστήμονες Clinton Davisson και Lester Germer το 1927. Η θεωρία των κυμάτων του ηλεκτρονίου de Broglie βασίζεται στην πρόταση του Αϊνστάιν σχετικά με τις ιδιότητες των κυμάτων του φωτός σε μικρά μήκη κύματος.

Ο Broglie ανακοίνωσε ότι η ύλη είχε μια συμπεριφορά παρόμοια με εκείνη του φωτός και πρότεινε παρόμοιες ιδιότητες στα υποατομικά σωματίδια όπως τα ηλεκτρόνια.

Τα ηλεκτρικά φορτία και οι τροχιές περιορίζουν το εύρος, το μήκος και τη συχνότητα του κύματος που περιγράφεται από τα ηλεκτρόνια. Ο Broglie εξήγησε την κίνηση των ηλεκτρονίων γύρω από τον ατομικό πυρήνα.

Ευρετήριο

• 1 Χαρακτηριστικά του ατομικού μοντέλου Broglie
• 2 Πείραμα Davisson και Germer
• 3 Περιορισμοί
• 4 Άρθρα ενδιαφέροντος
• 5 Αναφορές

Χαρακτηριστικά του ατομικού μοντέλου Broglie

Για να αναπτύξει την πρότασή του, ο Broglie ξεκίνησε από την αρχή ότι τα ηλεκτρόνια είχαν μια διπλή φύση μεταξύ κύματος και σωματιδίου, παρόμοια με το φως.

Υπό αυτή την έννοια, Broglie έκανε μια σύγκριση μεταξύ των δύο φαινομένων, και σύμφωνα με τις εξισώσεις που αναπτύχθηκε από τον Einstein για τη μελέτη της κυματική φύση του φωτός, δήλωσε:

- Η συνολική ενέργεια του φωτονίου και, κατά συνέπεια, η συνολική ενέργεια του ηλεκτρονίου, προκύπτει από το προϊόν της συχνότητας του κύματος και της σταθεράς Plank (6.62606957 (29) χ 10 ^-34 Jules x δευτερόλεπτα), όπως περιγράφεται λεπτομερώς στην ακόλουθη έκφραση:

Στην έκφραση αυτή:

E = ενέργεια ηλεκτρονίων.

h = σταθερά πλακών.

f = συχνότητα του κύματος.

- Η γραμμική ροπή του φωτονίου και συνεπώς του ηλεκτρονίου είναι αντιστρόφως ανάλογη προς το μήκος κύματος και αμφότερα τα μεγέθη συσχετίζονται μέσω της σταθεράς Plank:

Στην έκφραση αυτή:

p = γραμμική ροπή του ηλεκτρονίου.

h = σταθερά πλακών.

λ = μήκος κύματος.

- Η γραμμική ορμή είναι το προϊόν της μάζας του σωματιδίου από την ταχύτητα που έχει το σωματίδιο κατά τη μετατόπισή του.

Εάν η προηγούμενη μαθηματική έκφραση αναδιαρθρωθεί ως συνάρτηση του μήκους κύματος, έχουμε τα εξής:

Στην εν λόγω έκφραση:

λ = μήκος κύματος.

h = σταθερά πλακών.

m = μάζα του ηλεκτρονίου.

v = ταχύτητα ηλεκτρονίων.

Από το h, η σταθερά Plank, έχει μικρή τιμή, το μήκος κύματος λ είναι επίσης. Συνεπώς, είναι εφικτό να δηλωθεί ότι οι ιδιότητες κύματος του ηλεκτρονίου εμφανίζονται μόνο σε ατομικά και υποατομικά επίπεδα.

- Ο Broglie βασίζεται επίσης στα αξιώματα του ατομικού μοντέλου του Bohr. Σύμφωνα με την τελευταία, οι τροχιές των ηλεκτρονίων είναι περιορισμένες και μπορούν να είναι μόνο πολλαπλάσια ακεραίων. Έτσι:

Πού:

λ = μήκος κύματος.

h = σταθερά πλακών.

m = μάζα του ηλεκτρονίου.

v = ταχύτητα ηλεκτρονίων.

r = ακτίνα της τροχιάς.

n = ακέραιος αριθμός.

Σύμφωνα με το μοντέλο του Bohr, το οποίο Broglie υιοθετηθεί ως βάση, εάν τα ηλεκτρόνια συμπεριφέρονται ως στάσιμα κύματα, τα μόνα επιτρέπονται τροχιές είναι εκείνα των οποίων η ακτίνα είναι ίση με ένα ακέραιο πολλαπλάσιο του μήκους κύματος λ.

Επομένως, όλες οι τροχιές δεν πληρούν τις παραμέτρους που είναι απαραίτητες για την κίνηση ενός ηλεκτρονίου. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα ηλεκτρόνια μπορούν να ταξιδεύουν μόνο σε συγκεκριμένες τροχιές.

Η θεωρία κυμάτων των ηλεκτρονίων Broglie δικαιολόγησε την επιτυχία του ατομικού μοντέλου Bohr για να εξηγήσει τη συμπεριφορά του μόνο ηλεκτρονίου του ατόμου υδρογόνου.

Ανάλογα, ρίχνει επίσης φως στο γιατί αυτό το μοντέλο δεν ταιριάζει με πιο περίπλοκα συστήματα, δηλαδή με άτομα με περισσότερα από ένα ηλεκτρόνια.

Τα πειράματα Davisson και Germer

Η πειραματική επαλήθευση του ατομικού μοντέλου Broglie πραγματοποιήθηκε 3 χρόνια μετά τη δημοσίευσή του, το 1927.

Οι εξέχοντες αμερικανοί φυσικοί Clinton J. Davisson και Lester Germer επιβεβαίωσαν πειραματικά τη θεωρία της μηχανικής κύμα.

Οι Davisson και Germer διεξήγαγαν δοκιμές σκέδασης μιας δέσμης ηλεκτρονίων μέσω κρυστάλλου νικελίου και παρατηρούσαν το φαινόμενο περίθλασης μέσω του μεταλλικού μέσου.

Το πείραμα που πραγματοποιήθηκε συνίστατο στην πραγματοποίηση της ακόλουθης διαδικασίας:

- Πρώτον, τοποθετήθηκε μια διάταξη με δέσμη ηλεκτρονίων που είχε μια γνωστή αρχική ενέργεια.

- Μια πηγή τάσης εγκαταστάθηκε για να επιταχύνει την κίνηση των ηλεκτρονίων, προκαλώντας μια διαφορά δυναμικού.

- Η ροή της δέσμης ηλεκτρονίων κατευθύνθηκε προς έναν μεταλλικό κρύσταλλο. στην περίπτωση αυτή, το νικέλιο.

- Ο αριθμός των ηλεκτρονίων που επηρέασαν τον κρύσταλλο του νικελίου μετρήθηκε.

Στο τέλος του πειράματος, οι Davisson και Germer ανίχνευσαν ότι τα ηλεκτρόνια ήταν διασκορπισμένα σε διαφορετικές κατευθύνσεις.

Επαναλαμβάνοντας το πείραμα χρησιμοποιώντας μεταλλικούς κρυστάλλους με διαφορετικούς προσανατολισμούς, οι επιστήμονες ανίχνευσαν τα εξής:

- Η διασπορά της δέσμης ηλεκτρονίων μέσω του μεταλλικού κρυστάλλου ήταν συγκρίσιμη με το φαινόμενο της παρεμβολής και της περίθλασης των φωτεινών ακτίνων.

- Η αντανάκλαση των ηλεκτρονίων στον κρύσταλλο κρούσης περιγράφει την τροχιά που θεωρητικά πρέπει να περιγράψει σύμφωνα με τη θεωρία των κυμάτων ηλεκτρονίων του Broglie.

Στην σύνθεσή του, το πείραμα των Davisson και Germer απέδειξε πειραματικά τη φύση των σωματιδίων των δύο ηλεκτρονίων.

Περιορισμοί

Το ατομικό μοντέλο Broglie δεν προβλέπει την ακριβή θέση του ηλεκτρονίου στην τροχιά στην οποία κινείται.

Σε αυτό το μοντέλο, τα ηλεκτρόνια αντιλαμβάνονται ως κύματα που κινούνται γύρω από την τροχιά χωρίς συγκεκριμένη θέση, η οποία εισάγει την έννοια του ηλεκτρονικού τροχιακού.

Επιπλέον, το ατομικό μοντέλο Broglie, ανάλογο με το μοντέλο του Schrödinger, δεν θεωρεί την περιστροφή ηλεκτρονίων στον άξονά του (περιστροφή).

Παραβλέποντας την εγγενή γωνιακή ορμή των ηλεκτρονίων, οι χωρικές διακυμάνσεις αυτών των υποατομικών σωματιδίων παραμελούνται..

Στην ίδια σειρά ιδεών, το μοντέλο αυτό δεν λαμβάνει υπόψη τις αλλαγές στη συμπεριφορά των ταχέων ηλεκτρονίων ως συνέπεια των σχετικιστικών επιδράσεων.

Άρθρα ενδιαφέροντος

Ατομικό μοντέλο του Schrödinger.

Ατομικό μοντέλο του Chadwick.

Ατομικό μοντέλο του Heisenberg.

Ατομικό μοντέλο Perrin.

Ατομικό μοντέλο της Thomson.

Ατομικό μοντέλο του Dalton.

Ατομικό μοντέλο του Dirac Ιορδανία.

Ατομικό μοντέλο του Δημόκριτου.

Ατομικό μοντέλο του Bohr.

Αναφορές

1. Η Κβαντική Θεωρία του Bohr και τα De Broglie Waves (s.f.). Ανακτήθηκε από: ne.phys.kyushu-u.ac.j
2. Louis de Broglie - Βιογραφικό (1929). © Το Ίδρυμα Nobel. Ανακτήθηκε από: nobelprize.org
3. Louis-Victor de Broglie (s.f.). Ανακτήθηκε από: chemed.chem.purdue.edu
4. Lovett, Β. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Ανακτήθηκε από: britannica.com
5. Ατομικό μοντέλο του De Broglie. Εθνικό Πανεπιστήμιο της εξ αποστάσεως εκπαίδευσης. Ισπανία Ανακτήθηκε από: ocw.innova.uned.es
6. Κύματα του θέματος του Louis De Broglie (s.f.). Ανακτήθηκε από: hiru.eus
7. Von Pamel, Ο., And Marchisio, S. (s.f.). Κβαντομηχανική Εθνικό Πανεπιστήμιο του Ροζάριο. Ανακτήθηκε από: fceia.unr.edu.ar