Ибратжон Хатамович Алиев - Использование ускорителей и явлений столкновения элементарных частиц с энергией высокого порядка для генерации электрической энергии. Проект «Электрон». Монография стр 7.

Чтобы это объяснить в 1902 году, господин Уильям Томпсон, более известный как Лорд Кельвин, предложил свою модель строение атома, а уже Джон Томпсон её исследовал более подробно, поэтому эта модель известна как модель Томпсонов. Эта модель была популярна до 1904 года и более известна как «модель пудинга с изюмом». По этой модели атом полностью состоит из положительной материи, а внутри неё находятся электроны, свободно перемещаясь. И при помощи этой модели, вполне получалось описывать некоторые результаты.

Рис. 2.2. Уильям Томпсон или Лорд Кельвин

Рис. 2.3. Модель атома водорода по модели Томпсонов

К примеру, можно описать атом водорода. Если представить в такой модели атом водорода, то электрон будет «плавать» в положительном заряде, но его будет тянуть к центру этой положительной «капле», благодаря силе электростатического равновесия. Если допустить, что электрон отходит от центра на некоторый радиус, меньший радиуса самого атома, то его будет притягивает мысленная сфера, образуемая этим радиусом. Но поскольку он заряжен равномерно, то его можно сконцентрировать в центре и просто записать по формуле Кулона (2.1).

А для определения заряда мнимой сферы, образуемой внутри общего большого заряда, можно использовать отношение этой мнимой сферы ко всей сфере, а поскольку заряд общей сферы уже известен и равен с зарядом электрона, чтобы атом был нейтрален, то и получается выражение (2.2), где и выводится заряд мнимой сферы.

И если уже подставить это значение под силу Кулона, получается (2.3), довольно интересное выражение, которое прямо пропорционально расстоянию, на которое отдаляется электрон от центра.

Также для дальнейшего удобства здесь можно ввести понятие, что коэффициент вне радиуса мнимой сферы, это колебательная жёсткость (2.4), а если записывать с этой жёсткостью уже не саму формулу силы Кулона, а его проекцию на радиус мнимой сферы, то получится выражение (2.5), причём отрицательный, за счёт того, что вектор силы и само расстояние (направление электрона) противоположны.

А теперь, если предположить, что электрон таким образом колеблется, то это напоминает конструкцию осциллятора или точнее математического маятника со своей жёсткостью и частотой, определяемой по (2.6).

И если подставить под (2.6) необходимую жёсткость, а в качестве массы взять массу электрона, то частота будет иметь порядок оптических волн. То есть атом светится в видимой области и даже эффект свечения можно объяснить при помощи модели Томпсона, но увы, тут возникла иная проблема. Даже если допустить, что атом водорода светится, то по этой модели он светится лишь с 1 частотой, когда как в реальности он испускает свет с 4 частотами. Так было доказано, что модель Томпсонов не верна и было необходимо создать новые модели.

Следующей моделью является модель Эрнеста Резерфорда 19081910 годов, который облучая металлические пластины тонкой золотой фольги радиоактивными излучениями, или точнее особыми альфа-частицами. При этом, если убрать пластинку на круговом экране (люминофоре, который светился), возникала точка, когда же ставилась пластина, то эта точка рассеивалась образуя пятно, но кроме того, часть этих лучей отражалась более чем на 90 градусов (прямой угол). И если предположить, что атом состоит так как предполагались Томпсоны, то из-за такого просто огромного «размазанного» положительного заряда на размер атома, отклонение не должно было превышать сотые доли градуса, а здесь было отклонение почти на 180 градусов.

Тогда Резерфорд и предположил, что для удовлетворения результатам эксперимента, нужно предположить, что положительный заряд сильно сконцентрировать в малой области, а всё оставшееся пространство практически пустует, поэтому частицы лишь немного рассеивались под действием электрического поля или же наталкивались на электроны, которые просто вращались вокруг атомного ядра. Именно так Резерфорд впервые и создал планетарную модель атома, по которой внутри имеется единое ядро, а вокруг него вращаются уже электроны по своим орбитам. Правда следовало ещё многое доказать, к примеру, почему электроны не падали атом, тратя свою энергию на вращение, излучая при этом энергию?

Но и на этот вопрос нашёлся ответ, благодаря коллеге Резерфорда  Нильсу Бору, который и создал модель атома водорода Бора, по его модели принимались некоторые постулаты. А именно утверждения того, что электрон не излучает энергию находясь на стационарных орбитах и могут выделять энергию в виде электромагнитного излучения (фотонов или частиц света) лишь при переходе из одной орбиты на другую, причём строго с той энергией, какой равняется разность энергии на этих двух орбитах. Из этого уже вытекало утверждение о квантовании энергии, то есть об оперировании с энергией, частицами, другими их параметрами только в виде порций. То есть не может быть плавного перехода, электрон либо он здесь есть, либо его здесь нет, либо он выделил определённое количество энергии, либо не выделил. Эта идея также поддерживалась ещё Максом Планком при изучении «совершенно чёрного тела», темы которая объясняла бы свечение при нагревании объектов.

Рис. 2.4. Эрнест Резерфорд

Рис. 2.5. Нильс Бор

Так при нагревании объектов часть энергии от столкновения атомов перетекает к ядру, а после передачи её электрону и переходу его на другой энергетический уровень, а затем обратно, наблюдается выделение фотона с определённой длиной волны, поэтому при нагревании тел они излучают свет. А уже при попадании на атом фотона внешнего, также наблюдается выход через переход электрона, но уже с более большой длиной волны и соответственно, меньшей частотой, благодаря чему и наблюдается такое явление как поглощение и отражение света. Что же касается прохода альфа-частиц при бомбардировке Резерфордом золотой фольги, то именно ядро с большим потенциалом и было причиной наличия таких результатов, как и тот факт, что практически на 99,9% атом пустой и на эти же 99,9% масса атома сосредоточена в его ядре. Таким образом модель Резерфорда смогла объяснить не только результаты того самого эксперимента Резерфорда, но и многие другие явления, что и подтверждает верность этой модели.

Также уместно указать, что электроны располагаются не только по круговым орбитам, но и по собственным отдельно определённым путям, формы которых напоминают «8» на разных осях. Это позволяет расположить гораздо большее число электронов к примеру, для таких больших атомов как уран, с порядковым номером 92, нептуний-93, кюрий-96, калифорний-98 и многие другие. Эти пути приведены из отдельной теории орбиталей, которая также доказывает явление квантования в мире элементарных частиц, откуда можно сделать вывод, что электроны не двигаются, впрочем, как и все микрообъекты, они появляются-пропадают, появляются-пропадают, такова их природа существования.

И всё это образует полную структуру атома. Эта структура образует так называемую «квантовую лестницу», которая отчетливо проявляется при определении размеров всех частиц. Сам атом имеет диаметр порядка 10

8

12

17

17

Рис. 2.6. Квантовая лестница

Ядро же само является составным и состоит из частиц именуемые нуклонами, при дальнейшим приближении можно убедиться, что внутри ядра имеется 2 типа нуклонов: протоны и нейтроны. Каждый из них по собственному размеру приблизительно составляет 10

13

17

Если говорить о дальнейшем увеличении и прохождении ещё дальше в глубины материи, то что там будет и как это выглядит, сегодня неизвестно. Но факт в том, что это сделать даже сегодня довольно трудно.