Kono-v-k1

страница №5

... сила притяжения возвращает электрон на
орбиту, а при приближении к ядру резко увеличивается сила отталкивания.

Как образуются атомы

Если к "голому" ядру приближается электрон, имея в бесконечности
нулевую скорость, то его скорость увеличивается до значения "второй
космической скорости", траектория становится параболической, и он вновь
уходит в бесконечность. Если начальная скорость была не нулевой, то
траектория будет гиперболической. С этой точки зрения захват электрона с
образованием атома так же, как и захват космических тел невозможны. Это
следствие закона сохранения энергии. Чтобы захват произошел, необходима
хотя бы небольшая потеря энергии электроном. Универсальная потеря энергии
в подобном случае, как для космических тел, так и для электрона одинакова:
передача части импульса всей системе в целом. Для космических тел это
единственный способ захвата и дальнейшей эволюции орбиты. Для электрона
есть возможность потерять избыточную энергию с излученным фотоном. Но
излучение не отменяет потерю энергии передачей части импульса, которую
невозможно избежать. Введем понятие избыточной скорости электрона.
Избыточная скорость - это разница между скоростью в перицентре
эллиптической орбиты Vp и скоростью на круговой орбите V0 или орбите с
меньшим эксцентриситетом Vp2 :
Vизб = Vp - V0 или Vизб = Vp1 - Vp2 (3.37)
Момент импульса электрона:
и (3.38).
Из (3.38):
(3.39).
В (3.39) подставим (3.37) и известное выражение для расстояния до
перицентра (3.19). После небольшого преобразования найдем выражение для
эксцентриситета орбиты:
(3.40).
Если у электрона была начальная скорость равна нулю, то он перед
захватом приобретет избыточную скорость V0, эксцентриситет равен 1,
траектория параболическая и захват невозможен. Излучение фотона и переход
на более низкую орбиту хотя и возможен, но маловероятен, т.к. электрон
находится вблизи ядра всего 0,5•10-16 сек. Однако в результате взаимодействия
с ядром электрон приобрел некоторый импульс, какую его часть передаст ядру,
мы сейчас узнаем. По закону сохранения импульса:
mVизб = MVM - mVp (3.41),
где MVM - импульс полученный ядром mVp - оставшийся "избыточный"
импульс электрона.
Энергетический баланс:
(3.42).
Решая совместно (3.41) и (3.42), найдем:
(3.43).
Таким образом, электрон потерял небольшую часть своей энергии. Но этого
вполне достаточно для того, чтобы параболическая траектория превратилась в
эллиптическую, т.е. произошел захват. Для второго и последующих оборотов
вокруг ядра:
(3.44),
где N - число оборотов вокруг ядра. Подставив (3.40) в (3.44) найдем, как
меняется эксцентриситет орбиты:
(3.45).
Расчет по (3.45) дает следующие значения эксцентриситета после первого
оборота вокруг ядра: для водорода eH = 0,99891, для урана eU = 0,9999953.
Несмотря на огромную разницу между массами ядра урана и электрона,
передаваемый ядру импульс вполне ощутим.
Третий закон Кеплера можно преобразовать к виду:
(3.46),
где T - период вращения на эллиптической орбите, T0 - период вращения
на круговой орбите.
Расчет по (3.46) с учетом (3.45) дает период вращения на первом обороте
вокруг ядра для водорода 1,49•10-12 сек, а для урана 0,622•10-12 сек. Также
легко посчитать сколько энергии потеряет электрон после первого оборота:
?W=13,6(1-e2)=0,03 эв. Интересно посчитать сколько оборотов вокруг ядра
должен дать электрон, чтобы с орбиты Лаймана перейти на орбиту Бальмера.
Для этого в (3.45) подставим необходимые цифры: 0,5=0,99891N откуда N=636
оборотов. Столько же подуровней будет между этими двумя уровнями. Густота
подуровней увеличивается на более низких орбитах т.к. передаваемый ядру
импульс с каждым оборотом уменьшается. Наличие многочисленных
подуровней в энергетических уровнях атома обуславливает непрерывный
спектр после предела любой спектральной серии. Объяснения официальной
физики, что непрерывный спектр после предела спектральной серии
обусловлен тем, что электрон перед захватом имеет некоторую энергию,
ошибочны т.к. такой электрон не может быть захвачен, пока не растеряет эту
избыточную энергию. Кроме того, с точки зрения официальной физики
непонятно, каким образом электрон в атоме в некоторых случаях может
оказаться между энергетическими уровнями. Теперь необходимо ответить на
вопрос: почему при переходе электрона с одного уровня на другой излучаются
фотоны, а при переходе с каждым оборотом с одного подуровня на другой мы
не видим фотоны? При переходе по уровням избыточная скорость электрона
уменьшается в целое число раз, что обуславливает значительное изменение
энергии электрона. Если атом "прозевал" излучить фотон, пока электрон
находился на данном уровне, то он продолжает опускаться по подуровням,
пока не появится следующая возможность излучить фотон. При переходе на
каждом обороте с одного подуровня на другой (перескочить через них электрон
не может) энергия электрона меняется незначительно, что показано выше,
поэтому она фактически переходит безизлучательно в энергию теплового
движения атома в целом Фотоны в этом случае излучаются опосредовано из-за
теплового обмена излучением по закону Планка.

В заключение этого раздела необходимо отметить, что автор не может
принять многие понятия современной физики, их не перечислить, вот только
некоторые: центростремительное ускорение, S-электроны, спин, принцип
Паули, соотношение неопределенности Гейзенберга, туннельный эффект,
законы микромира, квантовая механика, независимость кажущейся скорости
света от движения наблюдателя, искажение пространства, замедление хода
времени, черные дыры и т.п. Если основательно потрясти ту или иную ветвь
физики, эти понятия лопаются, как мыльные пузыри, но не по одному, а по
цепочке, которой они связаны. Наблюдая эту картину, невольно хочется
дополнить Дж. Дж. Томсона тем, что самой важной для науки услугой является
не только введение новых идей, но и осознание порочности старых.

[1] Квантовая механика фактически пригодна только для описания атомов и их ядер, т.к.
поведение макрообъектов невозможно описать этой теорией - они "классические", а к элементарным
частицам невозможно применить по причине, что: "... квантовая механика не применима к описанию
процессов, характеризующихся размерами областей их протекания порядка 10-13 см и менее". (Н.И.
Карякин и др., Краткий справочник по физике, "Высшая школа", М., 1962, стр. 417).
[2] Приведем здесь цитату из: "Физика микромира", "Советская энциклопедия", М., 1980, стр.183:
"Следует отметить, что, строго говоря, в квантовой механике все разрешенные состояния атома
(получаемые при решении соответствующего уравнения Шредингера) - как основное, так и
возбужденные, являются устойчивыми, стабильными. Нестабильность возбужденных уровней
обусловлена взаимодействием атомных электронов с виртуальным электромагнитным полем, или с
фотонным вакуумом (?!). Поэтому для последовательного описания квантовых переходов в атоме,
сопровождающихся излучением, нужно учитывать это взаимодействие".
Как видим, ортодоксальная физика совершенно свободно может объяснять нечто более или менее
понятное совсем непонятным, отождествляя границу абсурда с недостижимой линией горизонта.
[3] "В полярных координатах кривые 2-го порядка имеют уравнение , где p -
фокальный параметр, e - эксцентриситет данной кривой, полюс находится в фокусе, полярная ось
направлена от фокуса к ближайшей вершине". И.Н. Бронштейн и К.А. Семендяев "Справочник по
математике для инженеров и учащихся втузов", Гос. изд. физико-матем. литературы, М., 1962,
стр.213.
[4] Квантовая механика приводит к такому же выражению для энергии водородоподобного атома,
что и простая теория Бора: (1) (Н.И. Карякин и др. "Краткий справочник по
физике", "Высшая школа", М.,1962, стр.408). Соответственно, радиус водородоподобного атома будет
пропорционален квадрату главного квантового числа n.
Как при взаимодействии гравитационных зарядов, так и при взаимодействии электростатических
зарядов (если масса центрального заряда много больше орбитального) выполняются следующие
соотношения (теорема вириала): Еот=Есв=1/2Епр (2), где Еот - энергия отталкивания, Есв - энергия
связи, Епр - энергия притяжения. Если принять для значения момента импульса электрона =mVr (3),
то подставляя это значение в (1), найдем для основного состояния водородоподобных атомов по
любой теории (учитывая, что (4)): (5). Подставив (2) в (5),
найдем: , что соответствует истине. Таким образом, (3) действительно является моментом
импульса электрона в атоме, а (4) - универсальной энергией отталкивания.
[5] Атомы поглощают те же самые длины волн, которые испускают - это закон Густава Роберта
Кирхгофа (1824-1887) и Роберта Вильгельма Бунзена (1811-1899).
[6] Ортодоксальная физика приводит следующую схему уровней энергии в атоме водорода (см.,
например, Б.М. Яворский и А.А. Детлаф "Справочник по физике для инженеров и студентов вузов",
"Наука", М., 1964, стр.671).

http://www.new-physics.narod.ru

4. ГЕЛИОПОДОБНЫЕ АТОМЫ

Строение атома является следствием стремления любой системы к
минимуму потенциальной энергии, а не каких-либо правил отбора или
определенного набора квантовых чисел.[1] Стремление к минимуму
потенциальной энергии является достаточным, исчерпывающим для описания
атомов.

Рассмотрим двухэлектронный атом, изображенный на фигуре 4.1. Можно
показать, что орбиты электронов не являются эллиптическими, а только
эллипсовидными, однако, для простоты расчетов можно принять их
эллиптическими, заменяя реальную орбиту эквивалентным эллипсом. При этом
мы, естественно, уже не можем рассчитывать на строгое количественное
совпадение с экспериментальными данными, но таковое в принципе
невозможно при взаимодействии многих тел. На фигуре механические и
магнитные моменты электронов изображены антипараллельными, т.к. только
при таком положении система будет иметь минимальную потенциальную
энергию. Взаимодействие магнитных моментов учитывать здесь не будем. В
первом приближении, без них результаты получатся неплохими в отличие от
квантовой механики, которую спасает только рассмотрение этого
взаимодействия.[2]
Для положения электронов, соответствующих фиг.4.1 (один в перигелии
орбиты, другой - в афелии[3]) общая энергия связи обоих электронов
аналогично выражению (3.1), составит выражение:
(4.1).

В (4.1) последние два члена взаимно уничтожаются, т.к. энергия
взаимодействия электронов между собой заставляет электрон в перигелии
"притягиваться" к ядру, а электрон в афелии - "отталкиваться". Заменяя в (4.1)
C через эксцентриситет , после преобразований найдем:
(4.2).
Дифференцируя (4.2) по и приравнивая производную нулю, найдем
большую полуось стационарной орбиты:
(4.3).
Подставив (4.3) в (4.2), найдем энергию связи в основном состоянии:
(4.4).
Очевидно, что является суммой первого и второго потенциалов
ионизации гелиоподобного атома. мы уже знаем для водородоподобных
атомов, поэтому:
(4.5).
Из (4.5) или (4.4) по экспериментальным потенциалам ионизации легко
найти эксцентриситеты стационарных орбит (цифра при обозначает заряд
ядра гелиоподобного атома): 0,6143, 0,4859, 0,4141, 0,3667,
0,3325, 0,3062, 0,2853, 0,2678, 0,2534, 0,2408.
В расчете на один электрон, аналогично (3.4), запишем:
(4.6),
и обозначая:
(4.7),
из (4.6) с учетом (4.7) найдем , продифференцируем ее по , убедимся,
что максимальное значение соответствует и найдем:
(4.8).
Учитывая, что и при излучении фотонов, сравнивая с
(4.8), найдем:
(4.9).
Подставив (4.9) в (4.7), получим:
(4.10),
тогда энергия фотона:
(4.11).
Формула (4.11) справедлива для любого электрона в любом атоме, если W
считать функцией и . Это уравнение можно получить и из более общих
соображений. Излучение фотона для атомов, содержащих больше одного
электрона хотя и будет определяться переходом данного электрона на более
низкую орбиту, но величина энергии фотона будет зависеть уже не только от
разницы энергии связи данного электрона, но и всех остальных электронов,
поскольку происходит автоматическая перестройка структуры всего атома.
Кроме того, одновременно меняется и энергия взаимодействия электронов
между собой. Поэтому для любого электрона в любом атоме:
(4.12),
где - некоторая функция от и , а - энергия связи электрона в
основном состоянии. Приравнивая (4.12) любой известной полуэмпирической
или совсем эмпирической зависимости, удачно подходящей для описания
спектров, мы всегда найдем в явном виде. Известные зависимости обычно
допускают фактически не целочисленные значения и .[4] Мы не будем так
легко, как это делает современная физика, изменять идее квантованности при
первых же расхождениях с опытными данными, хотя у официальной физики
больше поводов сохранять верность, т.к. она считает квантованность
изначальной причиной поведения электрона в атоме тогда, как альтернативная
физика считает появление квантованности неизбежным разрешением
конфликта между стремлением электрона к минимуму потенциальной энергии
и невозможностью излучения нецелого фотона. Не трогая целочисленности и
будем считать W функцией и , тогда из (4.12) получим (4.11). W при
и численно равна энергии связи электрона в невозбужденном
состоянии (E0), вернее, потенциалу ионизации при удалении данного
электрона и зависит от степени возбуждения электрона (положения его
орбиты).
Уравнение (4.11), по мнению автора, предпочтительней любых других
полуэмпирических выражений по следующим обстоятельствам:
1. Оно имеет предельно ясный физический смысл.
2. Целочисленность и позволяет легко интерпретировать спектральные
линии.
3. Поскольку изменение энергии связи данного электрона вносит решающий
вклад в энергию излучаемого фотона, то значение W всегда близко к значению
.
В связи с изложенным, есть смысл составить таблицу значений ,
которая очень удобна для анализа спектров.

Таблица 4.1.
n2
n1

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10
?

1

0
0,750
0,889
0,938
0,960
0,972
0,980
0,984
0,988
0,990
1,000

2

0
0,139
0,188
0,210
0,222
0,230
0,234
0.238
0,240
0,250

3

0
0,049
0,071
0,083
0,091
0,095
0,099
0,101
0,111

4

0
0,022
0,034
0,042
0,046
0,050
0,052
0,062

5

0
0,012
0,020
0,024
0,028
0,030
0,040

6

0
0,008
0,012
0,016
0,018
0,028

7

0
0,004
0,008
0,010
0,020

8

0
0,004
0,006
0,016

9

0
0,002
0,012

10

0
0,010

Анализ спектров удобно проводить по следующей схеме: а). Выявляем
энергию связи электрона на стационарных орбитах данного атома. б). Любую
спектральную линию этого атома переводим в энергию фотона, выраженную в
электрон-вольтах по формуле: и из формулы (4.11) находим W,
пользуясь таблицей значений . Значение надо выбрать из таблицы таким
образом, чтобы W было наиболее близко к значению какой-либо энергии связи
электрона на стационарной орбите. Таким образом, для каждой линии спектра
найдем W и значения n1 и n2.
Применим эту схему для анализа спектральных линий гелия. По формуле
(4.4) на один электрон в стационарном состоянии приходится энергия связи
39,5 эв. Для того чтобы получить линии спектра при 39,5 эв, необходимо
совершенно одинаковое и одновременное возбуждение обеих электронов
гелия, что очень маловероятно. Другое энергетическое состояние атома гелия
при котором энергия связи первого электрона составляет 24,6 эв (первый
потенциал ионизации), а второго 54,4 эв (второй потенциал ионизации)
энергетически равносильно энергии связи обоих электронов по 39,5 эв, т.к. в
сумме энергия одинакова: 79 эв. Мы имели бы совершенно иной мир, если бы
магнитное взаимодействие орбитальных электронных токов не стабилизировало
бы электроны на орбите 39,5 эв. Тогда бы электроны предпочли занять разные
орбиты: 24,6 эв и 54,4 эв. Поэтому возбуждение любого электрона провоцирует
подобную перестройку орбит и в спектре гелия мы должны фиксировать
соответствующие серии линий. Кроме того, в любом достаточно сильно
возбужденном атоме (при малом n1), мы должны наблюдать линии,
соответствующие 13,6 эв, т.к. с точки зрения электрона на высокой орбите,
атом представляется водородоподобным. Поскольку при удалении электрона от
ядра происходит перестройка остальных электронных орбит в структуру,
соответствующую атому, занимающему предыдущее положение в таблице
элементов Менделеева (при ионизации цинка образуется медьподобная
структура, при ионизации меди - никельподобная и т.д.), то в спектрах
элементов с последовательно увеличивающимся зарядом ядра повторяется
картина линий предыдущего элемента с соответствующим смещением в
коротковолновую область и расширением промежутка между линиями. В
таблице 4.2 приведены данные расшифровки некоторых линий в спектре
гелия.
Таблица 4.2.
n1
n2
Длина волны фотона,
W,(эв
)

1

3
584,33
23,87

3

5
7065,20
24,68

3

6
5875,63
25,32

3

7
5769,60
23,69

3

1

0

5015,678
24,47

3

4
4685,75
54,00

4

7
5460,73
53,94

4

8
4916,00
53,81

4

8
4960,32
54,33

2

3
6678,149
13,36

2

4
4916,00
13,45

2

4
4960,32
13,29

2

6
4120,82
13,54

2

7
4026,192
13,41

2

8
3888,645
13,60

Как и следовало ожидать, значения W близки к значениям 54,4 эв, 24,6 эв
и 13,6 эв.
Таблица 4.2 показывает, что атом гелия имеет три системы спектральных
линий. Фигура 4.1 объясняет систему спектральных линий нормального атома
гелия с Е0 = 24,6 эв. Системы спектральных линий с Е0 = 54,4 эв и 13,6 эв
относятся к аномальному атому гелия. Он образуется следующим образом. Для
разрыва магнитного притяжения электронов необходима энергия 11 эв (см.
формулу 6.5 в главе 6). При получении этой энергии электроны уже не могут
занимать положение соответствующее фигуре 4.1 и образуют следующую
конфигурацию: наружный электрон занимает квазистационарную орбиту с
энергией связи 24,6 - 11 = 13,6 эв, поэтому его энергетические уровни
практически соответствуют уровням атома водорода. Внутренний электрон
занимает орбиту с энергией связи 54,4 эв, поэтому его энергетические уровни
соответствуют водородоподобному атому с зарядом ядра +2. Таким образом,
аномальный гелий хотя и метастабилен, но достаточно устойчив. Это надо
учитывать, чтобы спектральные линии нейтрального гелия не спутать с
линиями нейтрального водорода или однократно ионизированного гелия.
Изложенная ситуация изображена схематично на фигуре 4.2 где изображены
области существования нормального и аномального гелия. Наружный электрон
движется по радиусу первой орбиты Бора, а внутренний по орбите с радиусом
в два раза меньшим.

Фиг. 4.2.

Эффективный заряд и влияние магнитного орбитального
взаимодействия

Поскольку энергия связи электрона в атоме пропорциональна квадрату
эффективного заряда ядра, то можно записать отношение:
(4.13),
откуда:
(4.14),
где Ei - энергия связи (ионизации) электрона в i-том атоме или ионе с
зарядом Z с определенного энергетического уровня, EH - энергия связи
(ионизации) водородоподобного атома с зарядом Z с энергетического уровня
того же номера.
Для лития в основном состоянии: Ei=5,39 эв, EH=13,6 эв, Zэф=0,629.
Уменьшение заряда обусловлено близостью внутренних электронов к
наружному. Поскольку сила притяжения к ядру пропорциональна заряду в
первой степени, а сила отталкивания от внутренних электронов обратно
пропорциональна квадрату расстояния, то они сильно уменьшают энергию
ионизации.
Для Li+ в основном состоянии: Ei=75,7 эв, EH=54,1 эв, Zэф=1,182 эв. В этом
случае магнитное орбитальное притяжение двух оставшихся в литии
электронов приводит к увеличению энергии ионизации (эффективного заряда).

Таким образом, наличие внутренних электронов приводит к уменьшению
эффективного заряда, а орбитальное магнитное взаимодействие данного
электрона с другими электронами атома производит такое же действие как
увеличение эффективного заряда.
Энергию связи электрона на любом уровне водородоподобного атома ЕН мы
уже знаем (формула 3.17). Очевидно, что аналогичная формула для любого
электрона в любом атоме будет отличаться только значением эффективного
заряда Zэф вместо Z. Разница этих энергий связи:
(4.15),
Из (4.15) найдем Еi:

(4.16),
где Е0 - энергия ионизации атома водорода.
Из (4.16) видно, что эффективный заряд ядра меняется не только в
зависимости от степени ионизации, но и от энергетического уровня, на котором
находится электрон, т.е. от расстояния до внутренних электронов и формы
орбиты.
Энергия фотона, который излучается при переходе на нижние уровни,
равна разнице энергии связи на конечном и исходном уровне. Для этого случая
формула (4.16) примет вид:

(4.17).
Вблизи основного состояния уровни энергии расположены густо, поэтому
эффективный заряд остается практически одинаковым. Для этого случая (4.17)
упрощается:
(4.18).
Естественно, что формула (4.17) будет давать точные значения энергии
излученных фотонов, но практически пользоваться ей - это обманывать самого
себя, т.к. Zэф зависит от n и пока может быть найден только из
экспериментальных данных. Полезней пользоваться формулой (4.14), чтобы по
эффективному заряду судить о строении атома. Тогда можно построить теорию
для аналитического определения эффективного заряда и формула (4.17) станет
очень полезной.
Здесь необходимо отметить еще одно принципиальное отличие во взглядах
на излучение фотонов атомом в современной и представленной читателю
альтернативной физике. Современная физика считает, что причиной излучения
является переход электрона на другую орбиту (вернее, в другое состояние, т.к.
она не признает ни орбит, ни электрона, как целостной частицы в атоме), а
излучение фотона является следствием такого перехода. Очевидно, что, в этом
случае, причина перехода электрона в новое состояние остается неясной,[5]
кроме того, сам фотон оказывается в затруднительном положении, поскольку
должен "помнить" исходное состояние электрона, которое может быть любым.
Новая физика считает, что атом излучает фотон по причине стремления к
минимуму потенциальной энергии, причем он может излучить любой фотон в
пределах, разрешаемых центробежной скоростью электрона и условием
уменьшения этой скорости в целое число раз, а новая орбита с энергией связи
более близкой к дну потенциальной ямы будет следствием излучения. Положа
руку на сердце, следует признать, что современной физике вообще не с руки
заниматься выяснением причинно-следственной связи излучения фотона и
состояния электрона, поскольку при любом раскладе фотон должен
"предвидеть" конечное состояние электрона или "помнить" начальное. Как он
это умудряется делать - официальная наука объяснить не в состоянии и не
собирается это делать, т.к. квантовая механика - статистическая теория,
отвергающая детерминизм в микромире (см. соотношения неопределенностей
Гейзенберга).
Несколько слов необходимо сказать о тонкой структуре спектральных
линий, которую автор связывает (в частности) с прецессионными движениями.
Причиной прецессии орбиты электрона является наклон оси вращения
электрона к плоскости орбиты, что, в свою очередь, является следствием
движения свободного электрона по винтовой линии. Траектория электрона в
плоскости, перпендикулярной оси прецессии аналогична фигурам Лиссажу и
зависит от соотношения частот прецессии и обращения электрона вокруг ядра.
Кроме прецессии орбиты электрона, одновременно происходит и прецессия оси
вращения самого электрона (орбит составляющих его нейтрино, см. главу об
"элементарных" частицах) и прецессия осей вращения нейтрино из которых
состоит электрон. Прецессионные движения расщепляют уровни энергии связи
электрона с ядром на ряд подуровней, поскольку механизм их образования
имеет много схожих черт с механизмом образования устойчивых орбит
электрона в атоме (разрешенных орбит). Имеются еще причины, приводящие к
расщеплению уровней энергии, на которых останавливаться не будем,
например, одной из причин является внутреннее строение электрона, который
сам очень напоминает атом в котором функцию электронов выполняют
нейтрино. Здесь только отметим, что официальная физика одной из причин
тонкой структуры спектральных линий считает релятивистское увеличение
массы электрона в зависимости от скорости.[6] Но это увеличение происходит не
квантованно, а плавно, следовательно, никак не может создать
дополнительные квантованные уровни энергии, проявляющиеся в виде тесно
расположенных спектральных линий.

[1] "В основе оперирования представлением о ха...

Список страниц

• #
• 1
• 2
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• 8
• 9
• 10
• 11
• 12
• ...
• 34
• 35
• 36

Закладка в соц.сетях