Атомная физика - Atomic physics

Классический взгляд на атом, развившийся в атомную физику, см. атомная теория.
Современная физика

Атомная физика это область физика что изучает атомы как изолированная система электроны и атомное ядро. В первую очередь это касается расположение электронов вокруг ядра и процессы, с помощью которых эти механизмы меняются. Это включает ионы, нейтральные атомы и, если не указано иное, можно предположить, что термин атом включает ионы.

Период, термин атомная физика может быть связано с атомная энергия и ядерное оружие, из-за синоним использование атомный и ядерный в Стандартный английский. Физики различают атомную физику, которая рассматривает атом как систему, состоящую из ядра и электронов, и ядерная физика, который изучает ядерные реакции и особые свойства атомные ядра.

Как и во многих областях науки, строгое разграничение может быть очень надуманным, и атомная физика часто рассматривается в более широком контексте. атомная, молекулярная и оптическая физика. Обычно так классифицируются группы исследователей физики.

Изолированные атомы

Атомная физика в первую очередь рассматривает атомы изолированно. Атомные модели будут состоять из одного ядра, которое может быть окружено одним или несколькими связанными электронами. Это не связано с образованием молекулы (хотя большая часть физики идентична), и он не исследует атомы в твердое состояние в качестве конденсированное вещество. Он связан с такими процессами, как ионизация и возбуждение фотонами или столкновениями с атомными частицами.

Хотя моделирование атомов по отдельности может показаться нереальным, если рассматривать атомы в газ или же плазма тогда масштабы времени для взаимодействий атом-атом огромны по сравнению с атомными процессами, которые обычно рассматриваются. Это означает, что с отдельными атомами можно обращаться так, как если бы каждый был изолирован, как и в большинстве случаев. Таким образом, атомная физика обеспечивает основную теорию в физика плазмы и физика атмосферы, хотя оба имеют дело с очень большим количеством атомов.

Электронная конфигурация

Электроны образуют условные снаряды вокруг ядра. Обычно они находятся в основное состояние но может быть возбужден поглощением энергии света (фотоны ), магнитные поля или взаимодействие со сталкивающейся частицей (обычно ионами или другими электронами).

В модели Бора показан переход электрона с n = 3 на оболочку n = 2, где испускается фотон. Электрон из оболочки (n = 2) должен был быть предварительно удален ионизацией.

Считается, что электроны, населяющие оболочку, находятся в связанное состояние. Энергия, необходимая для удаления электрона из его оболочки (уноса его на бесконечность), называется энергией. энергия связи. Любое количество энергии, поглощенной электроном сверх этого количества, преобразуется в кинетическая энергия согласно сохранение энергии. Говорят, что атом претерпел процесс ионизация.

Если электрон поглощает количество энергии, меньшее, чем энергия связи, он будет передан в возбужденное состояние. Через некоторое время электрон в возбужденном состоянии «прыгнет» (совершит переход) в более низкое состояние. В нейтральном атоме система излучает фотон с разницей в энергии, поскольку энергия сохраняется.

Если внутренний электрон поглотил больше энергии связи (так что атом ионизируется), то более внешний электрон может пройти переход, чтобы заполнить внутреннюю орбиталь. В этом случае видимый фотон или характерный рентгеновский снимок испускается, или явление, известное как Эффект оже может иметь место, когда высвобожденная энергия передается другому связанному электрону, заставляя его перейти в континуум. Эффект Оже позволяет многократно ионизировать атом одним фотоном.

Есть довольно строгие правила отбора Что касается электронных конфигураций, которые могут быть достигнуты при возбуждении светом - однако таких правил для возбуждения посредством процессов столкновения нет.

История и развитие

Основная статья: Атомная теория

Одним из первых шагов к атомной физике было признание того, что материя состоит из атомы. Он является частью текстов, написанных в период с VI по II век до нашей эры, таких как тексты Демокрит или же Вайшешика Сутра написано Канад. Позднее эта теория получила развитие в современном понимании основной единицы химический элемент британского химика и физика Джон Далтон в 18 веке. На этом этапе не было ясно, что такое атомы, хотя их можно было описать и классифицировать по их свойствам (в совокупности). Изобретение периодическая система элементов к Менделеев был еще один большой шаг вперед.

Истинное начало атомной физики ознаменовано открытием спектральные линии и попытки описать это явление, в первую очередь Йозеф фон Фраунгофер. Изучение этих линий привело к Модель атома Бора и к рождению квантовая механика. В поисках объяснения атомных спектров была открыта совершенно новая математическая модель вещества. Что касается атомов и их электронных оболочек, это не только дало лучшее общее описание, т.е. модель атомной орбиты, но это также обеспечило новую теоретическую основу для химия (квантовая химия ) и спектроскопия.

Поскольку Вторая мировая война, как теоретические, так и экспериментальные области развиваются быстрыми темпами. Это можно объяснить прогрессом в вычислительной технике, которая позволила создать более крупные и сложные модели атомной структуры и связанных с ней процессов столкновения. Подобные технологические достижения в ускорителях, детекторах, генерации магнитного поля и лазеры оказали большую помощь экспериментальной работе.

Выдающиеся физики-атомщики

Доквантовая механика
Пост квантовая механика

Смотрите также

Библиография

  • Bransden, BH; Иоахайн, 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, Э. И Шортли, Г. (1935). Теория атомных спектров. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-09209-8.
  • Коуэн, Роберт Д. (1981). Теория атомной структуры и спектров. Калифорнийский университет Press. ISBN  978-0-520-03821-9.
  • Линдгрен И. и Моррисон Дж. (1986). Атомная теория многих тел (Второе изд.). Springer-Verlag. ISBN  978-0-387-16649-0.

внешняя ссылка