lecture-6

ФИЗИКА

МИКРОМИРА

Микромир – мир крайне малых объектов, с

размерами не более 10-8 м и короткими временами жизни – до 10-24 с. Для объектов микромира свойствен

корпускулярно-волновой дуализм – обладание одновременно как корпускулярными, так и волновыми свойствами. Их описание опирается на законы квантовой механики, среди которых наиболее важны

принцип дополнительности Бора и соотношения неопределенностей Гейзенберга.

Исследование микроструктуры материи

Первые представления о дискретности структуры вещества были сформированы еще греческими философами Левкиппом, Демокритом и Эпикуром, которые придерживались мнения (расходясь в деталях), что материя по своей природе имеет «зернистую» структуру и все в мире состоит из большого числа разных «атомов» - мельчайших неделимых частиц, находящихся в непрерывном движении и способных «сцепляться» друг с другом, образуя более сложные сочетания и, как следствие, макроскопические тела.

В 1803 г. английский химик и физик Дж. Дальтон показал, что при образовании химических соединений исходные реагенты всегда расходуются в одинаковых, строго определенных пропорциях — закон кратных отношений:

если два вещества (простых или сложных) вступают друг с другом в реакцию, то массы одного вещества, приходящиеся на одну и ту же массу другого вещества, относятся как некоторые целые числа.

Исследования состава оксидов металлов (а также их хлоридов и сульфидов), которыми занимался в 1797—1809 гг французский химик Ж.Л. Пруст, привели его к открытию закона постоянных отношений:

любое химически чистое соединение независимо от способа его получения состоит из одних и тех же исходных веществ, причем отношения их масс постоянно и выражается отношением целых чисел.

Рассмотенные выше химические законы связаны с тем, что частицы простых веществ (атомы элементов), соединяясь строго определённым образом, образуют более сложные структуры (молекулы). При этом постоянство массовых пропорций реагентов связаны со строением молекулы вещества — продукта реакции.

В 1827 г Р. Броуном было обнаружено беспорядочное скачкообразное движение малых (размерами в нескольких мкм и менее) частиц, взвешенных в жидкости или газе — броуновское движение. Это движение не ослабевает со временем и не зависит от химических свойств среды. Только при увеличении температуры и с уменьшением вязкости среды и размеров частиц интенсивность броуновского движения можно увеличить.

Броуновское движение является проявлением другого хаотического движения — теплового движения частиц среды. Частицы жидкости или газа постоянно движутся, причём их скорости зависят от температуры и отличаются по величине и направлению. Более крупная броуновская частица испытывает многочисленные несогласованные удары со стороны окружающих её частиц среды и поэтому приходит в беспорядочное движение, меняя величину и направление своей

скорости примерно 1014 раз в секунду.

Атомистическую теорию броуновского движения в 1905 г. разработал А. Эйнштейн, а её экспирементальную проверку произвёл Ж.Перрен. Обе работы удостоены Нобелевских премий по физике.

В 1897 г. английский физик Дж. Дж. Томсон (Тринитиколледжа, Кембридж) открыл первую субатомную частицу

– электрон в катодных лучах. Экспериментальная установка Томсона немного напоминала современный телевизионный кинескоп – электронно-лучевую трубку. Когда электроны падали на экран, на нем возникали вспышки света.

Модель атома Томсона

Довольно быстро было установлено, что обнаруженные частицы имеют отрицательный электрический заряд. Позднее, после усовершенствования методики измерений, была установлена и масса этих частиц — менее одной тысячной массы атома водорода. Томсон предположил, что столь мелкие частицы вырываются из атомов, т.е. атомы тоже не неделимы и обладают структурой.