Опыт Резерфорда

Опыт Резерфорда

Схема опыта Резерфорда

Эрнест Резерфорд и его экспериментальная установка

Э. Резерфорд - уникальный в своем роде ученый, который провел свой эксперимент в уже далеком 1911 году. При этом его экспериментальная установка была элегантна и достаточно проста.

Для проведения эксперимента Резерфорд создал пушку, которая испускала строго направленный пучок альфа-частиц.

Эрнест Резерфорд

Установка была выполнена из свинцового ящика, в котором была проделана узкая прорезь. Внутрь этой коробки помещался радиоактивный материал.

За счет того, что корпус имел лишь один выход, испускаемые частицы поглощались свинцом практически везде кроме прорези, через оную и вырывались наружу альфа-частицы, состоящие из пары протонов и пары нейтронов.

На следовании пучка устанавливались как минимум пара свинцовых пластин с небольшими отверстиями, которые полностью исключали отклоняющиеся альфа-частицы от выбранного вектора движения.

После всех экранов перпендикулярно потоку частиц устанавливалась тончайшая пластина из золота, которая выполняла роль мишени для идеального потока альфа-частиц.

А сразу за золотой мишенью был смонтирован экран с люминесцентным покрытием.

Так вот, когда поток частиц преодолевал пластину из золота и ударялся в люминесцентный экран, отмечались вспышки. Как раз по ним ученый и определял, как сильно альфа-частица ушла от заданного вектора движения после столкновения с атомами золота.

Что удалось выяснить в ходе опыта

Конечно, подобные изыскания выполнялись и ранее. И основная суть таких опытов заключалась в накоплении статистических данных для получения лучшего понимания об устройстве атома.

К тому моменту уже установили, что у атома имелся отрицательный заряд – электроны. Вот только господствовала теория о том, что атом – это своеобразная тончайшая сетка с плюсовым зарядом, которая заполнена отрицательными зарядами – изюминками. Такая структура так и именовалась тогда – сетчатая модель с «изюминами».

Схема опыта, с помощью которого было обнаружено существование атомного ядра

Вот только как подметил Резерфорд, абсолютно никто из его коллег экспериментаторов даже не подумал убедиться в ходе эксперимента, отклоняются ли и альфа-частицы под существенными углами.

И все потому, что сетчатая модель с изюмом просто не допускала такой вероятности, ведь там не могло быть таких плотных и достаточно тяжелых формирований, способных отклонить альфа-частицы.

Так сказать для снятия всех возможных вероятностей Резерфорд все-таки решил проверить возможность отклонения радиоактивных элементов и специально переделал экспериментальную схему так:

Были установлены дополнительные экраны со специальным слоем из сульфида натрия для наблюдения вспышек.

Какое же было удивление самого ученого и его помощника, когда на экранах стали появляться вспышки от попадания альфа-частиц, некоторые были отклонены на 180 градусов.

Полученный результат полностью уничтожал теорию, связанную с сеткой и изюмом, так как согласно теории, там не могло существовать таких объектов, способных буквально отразить частицу.

Выводы и заключения

Эрнест Резерфорд сделал следующее заключение, что в структуре атома подавляющее количество массы заключено в исключительно плотном и небольшом центре атома, а оставшаяся область атома была во много раз менее плотная, чем ранее считалось.

Кроме этого разряд такого плотного центра (ядра) атома мог быть только положительным. Ведь лишь силой отталкивания могли объяснить отклонения положительно заряженных альфа-частиц больше чем на 90 градусов.

Атомарная структура абстрактное изображение

Спустя много лет Резерфорд с удовольствием рассказывал следующую аналогию насчет своего открытия. В одной из стран Африки на таможню поступило сообщение, что в мешках с хлопком будет переброшена существенная партия вооружения для повстанцев.

И вот когда перед таможенником показали огромный склад с тюками хлопка, он так решил проблему поиска:

Он начал вести огонь по тюкам и там, где пули рикошетили, значит, в тех тюках было оружие.

Так и Эрнест Резерфорд, обнаружив как альфа-частицы рикошетят от золотой фольги, осознал, что в атоме скрывается существенно более плотная структура, чем считалось ранее.

Созданная ученым структура атома нам отлично известна. Атом состоит из сверхплотного положительно заряженного ядра и легких электронов с отрицательным зарядом, вращающихся по своим орбитам.

Уже потом теоретики создали теоретическую базу (Атом Бора), но все это было невозможно бы без эксперимента с золотой фольгой и радиационным элементом.