|
Тело, двигающееся по прямой линии, обладает импульсом. Импульс есть масса тела, помноженная на его скорость. Электрон, двигающийся по кругу, обладает так называемым угловым моментом. Обозначим его буквой L. Он равен массе электрона, помноженной на его скорость и на радиус орбиты: L = mvr. В классической физике нет ограничений на величину углового момента электрона (или какого-либо другого двигающегося по кругу тела). Прочитав статью Николсона, Бор обнаружил, что, как утверждал бывший коллега из Кембриджа, угловой момента кольца электронов может меняться только на величину, кратную h/2n. Здесь h — постоянная Планка, ап — хорошо известная из математики постоянная, равная з,14...17. Николсон показал, что угловой момент вращающегося кольца электронов может меняться только на h/2n, или на 2 (/?/2л), на 3 (h/2n) и так далее до п (h/2я), где п — целое число. Для Бора это был один из искомых ключей к проблеме стационарных состояний. Разрешены только такие орбиты, на которых угловой момент электрона равен целому числу п, помноженному на h и деленному на 2я. Пусть числа п = 1,2,3 и так далее генерируют стационарные состояния атома, в которых электрон не испускает излучения и, следовательно, может сколь угодно долго вращаться вокруг ядра. Все другие орбиты, нестационарные состояния, запрещены. Внутри атома угловой момент квантован. Он может принимать только значения L = nh/2n, и никакие другие. Человек может стоять только на ступеньках лестницы, но не между ними. Точно так же, поскольку орбиты электронов квантованы, квантованы и энергии электронов внутри атомов. Для атома водорода Бору удалось методами классической физики вычислить энергию его единственного электрона на каждой из орбит. Набор разрешенных орбит называется энергетическими уровнями, а соответствующие им энергии обозначаются символом ?п. Нижняя ступенька энергетической квантовой лестницы соответствует /7 = 1. Когда /7 = 1, электрон находится на первой разрешенной орбите, в самом низком энергетическом квантовом состоянии. Его называют основным состоянием. Согласно модели Бора, в атоме водорода самому низкому уровню соответствует энергия ?t, равная -13,6 эВ (электронвольт — единица измерения энергии, используемая для описания атомных процессов). Знак “минус” указывает на то, что электрон связан с ядром18. Если электрон занимает какую-либо другую орбиту, когда п не равно 1, то говорят, что он находится в возбужденном состоянии. Позднее число п было названо главным квантовым числом. Это число всегда целое. Значения п определяют стационарные состояния, в которых может находиться электрон, и, соответственно, набор энергетических уровней атома Еп. — 78 —
|