Атомная физика
 | Эта статья включает список общих ссылок , но в ней отсутствуют достаточные соответствующие встроенные цитаты . ( сентябрь 2015 г. ) |
| Современная физика |
|---|
| |
Атомная физика — область физики , изучающая атомы как изолированную систему электронов и атомного ядра . Атомная физика обычно относится к изучению атомной структуры и взаимодействия между атомами. [1] В первую очередь это касается того, как электроны располагаются вокруг ядра и процессы, посредством которых эти механизмы изменяются. Сюда входят ионы , нейтральные атомы и, если не указано иное, можно предположить, что термин «атом» включает ионы.
Термин «атомная физика» может ассоциироваться с ядерной энергетикой и ядерным оружием из-за синонимического использования слов «атомный» и «ядерный» в стандартном английском языке . Физики различают атомную физику, изучающую атом как систему, состоящую из ядра и электронов, и ядерную физику , изучающую ядерные реакции и особые свойства атомных ядер.
Как и во многих научных областях, строгое разграничение может быть весьма надуманным, и атомная физика часто рассматривается в более широком контексте атомной , молекулярной и оптической физики . Обычно так классифицируются исследовательские группы по физике.
Изолированные атомы [ править ]
Атомная физика в первую очередь рассматривает атомы изолированно. Атомные модели будут состоять из одного ядра, которое может быть окружено одним или несколькими связанными электронами. Он не занимается образованием молекул (хотя большая часть физики идентична) и не рассматривает атомы в твердом состоянии как конденсированное вещество . Он касается таких процессов, как ионизация и возбуждение фотонами или столкновения с атомными частицами.
Хотя моделирование атомов по отдельности может показаться нереалистичным, если рассматривать атомы в газе или плазме , то временные масштабы межатомных взаимодействий огромны по сравнению с обычно рассматриваемыми атомными процессами. Это означает, что отдельные атомы можно рассматривать так, как если бы каждый из них находился изолированно, как это происходит в подавляющем большинстве случаев. С учетом этого соображения атомная физика обеспечивает основу теории физики плазмы и физики атмосферы , хотя обе они имеют дело с очень большим количеством атомов.
Электронная конфигурация [ править ]
Электроны образуют воображаемые оболочки вокруг ядра. Обычно они находятся в основном состоянии , но могут возбуждаться за счет поглощения энергии света ( фотонов ), магнитных полей или взаимодействия со сталкивающейся частицей (обычно ионами или другими электронами).
Говорят, что электроны, населяющие оболочку, находятся в связанном состоянии . Энергия, необходимая для удаления электрона из его оболочки (уведения его на бесконечность), называется энергией связи . Любое количество энергии, поглощенное электроном, сверх этого количества, преобразуется в кинетическую энергию в соответствии с законом сохранения энергии . Говорят, что атом подвергся процессу ионизации.
Если электрон поглотит количество энергии меньше энергии связи, он перейдет в возбужденное состояние. Через определенное время электрон в возбужденном состоянии «перепрыгнет» (перейдет) в более низкое состояние. В нейтральном атоме система испустит фотон разности энергий, поскольку энергия сохраняется.
Если внутренний электрон поглотил больше энергии связи (так что атом ионизируется), то более внешний электрон может подвергнуться переходу, чтобы заполнить внутреннюю орбиталь. видимый фотон или характеристическое рентгеновское излучение В этом случае испускается , или может иметь место явление, известное как эффект Оже , когда высвободившаяся энергия передается другому связанному электрону, заставляя его перейти в континуум. Эффект Оже позволяет многократно ионизировать атом одним фотоном.
Существуют довольно строгие правила отбора электронных конфигураций, которые можно получить при возбуждении светом, однако таких правил для возбуждения столкновительными процессами не существует.
и события История
Одним из первых шагов на пути к атомной физике было признание того, что материя состоит из атомов . Он является частью текстов, написанных с 6 по 2 век до нашей эры, таких как тексты Демокрита или Вайшешика-сутра , написанные Канадой . Эта теория была позже развита в современном понимании основной единицы химического элемента британским химиком и физиком Джоном Дальтоном в 18 веке. На этом этапе было неясно, что такое атомы, хотя их можно было описать и классифицировать по свойствам (в массе). изобретение периодической системы элементов Дмитрием Менделеевым Еще одним большим шагом вперед стало .
Истинное начало атомной физики отмечено открытием спектральных линий и попытками описать это явление, в первую очередь Йозефом фон Фраунгофером . Изучение этих линий привело к модели атома Бора и к рождению квантовой механики . В попытках объяснить атомные спектры была открыта совершенно новая математическая модель материи. Что касается атомов и их электронных оболочек, это не только дало лучшее общее описание, то есть модель атомных орбиталей , но также обеспечило новую теоретическую основу для химии. ( квантовая химия ) и спектроскопия .
После Второй мировой войны как теоретические, так и экспериментальные области развивались быстрыми темпами. Это можно объяснить прогрессом в компьютерных технологиях, которые позволили создать более крупные и сложные модели атомной структуры и связанных с ней процессов столкновений. Подобные технологические достижения в ускорителях, детекторах, генерации магнитного поля и лазерах во многом помогли экспериментальной работе.
атомщики Выдающиеся - физики
- Доквантовая механика
- Джон Далтон
- Йозеф фон Фраунгофер
- Йоханнес Ридберг
- Джей Джей Томсон
- Эрнест Резерфорд
- Демокрит
- Вайшешика Сутра
- Пост-квантовая механика
См. также [ править ]
Библиография [ править ]
- Брансден, Британская Колумбия; Хоахейн, CJ (2002). Физика атомов и молекул (2-е изд.). Прентис Холл. ISBN 978-0-582-35692-4 .
- Фут, CJ (2004). Атомная физика . Издательство Оксфордского университета. ISBN 978-0-19-850696-6 .
- Герцберг, Герхард (1979) [1945]. Атомные спектры и атомная структура . Нью-Йорк: Дувр. ISBN 978-0-486-60115-1 .
- Кондон, ЕС и Шортли, GH (1935). Теория атомных спектров . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0-521-09209-8 .
- Коуэн, Роберт Д. (1981). Теория атомной структуры и спектров . Издательство Калифорнийского университета. ISBN 978-0-520-03821-9 .
- Линдгрен И. и Моррисон Дж. (1986). Атомная теория многих тел (второе изд.). Спрингер-Верлаг. ISBN 978-0-387-16649-0 .
Ссылки [ править ]
- ^ Демтредер, В. (2006). Атомы, молекулы и фотоны: введение в атомную, молекулярную и квантовую физику . Берлин: Шпрингер. ISBN 978-3-540-32346-4 . ОСЛК 262692011 .
Внешние ссылки [ править ]
