Динамическая структура атомов (стр. 2 )

В возбужденном состоянии у атома водорода образуется энергетический спектр, уровни которого связаны с энергией атома в основном состоянии простым соотношением , где п – главное квантовое число, определяющее дискретность оптического спектра. Радиус атома ап также закономерно изменяется в соответствии с соотношением ап = п [1, 2].

Имеющиеся в настоящее время данные измерений основных параметров атома водорода могут служить убедительным доказательством планетарной модели атома водорода [3, 4]. Особое место в обосновании и признании планетарной модели занимает энергия связи (потенциал ионизации). Энергия связи является абсолютной характеристикой состояния атома и представляет собой энергию, необходимую для отрыва электрона от атома или иона. Она входит в исходное уравнение движения электрона (1) и выступает в качестве паспортной характеристики атома. Она непосредственно связана с фундаментальной константой ридбергом, так что

(4)

Константу , входящую в формулу (4), принято представлять в волновых числах 1/. Ридберг принимает смысл энергии связи атома водорода, если его домножить на постоянную Планка и скорость света с, так что с. Постоянная ридберга определена экспериментально на основании измерений длины волны поглощения с точностью до нескольких единиц 7-го знака, 10973731.77 м-1 [3, 4]. Входящие  в формулу (4) константы скорость света с = 2.99792458 м/с и постоянная Планка h = 6.626176·10-34 Дж·с определены с точностью не хуже нескольких единиц 6-го знака после запятой. Подстановка этих численных величин в формулу (4) дает численное значение энергии связи 2.17990707·10-11 эрг = 13.605803 эВ (здесь принят эквивалент 1эВ = 1.6021892·10-12 эрг).

С другой стороны энергию связи атома водорода можно выразить через физические константы как параметры теории, так что [3, 4]

(5)

Подстановка в эту формулу известных величин е = 1.6021892·10-19 Кл = 4.803242·10-10 ед. СГС, 1.0545887·10-34 Дж·с и ·10-31 кГ дает 2.17990622·10-11 эрг = 13.605797 эВ. Сравнение численных значений по (4) и (5) дает их разность  6·10-6 эВ, так что относительная погрешность расчета равна 4·10-7, что по порядку величин соответствует погрешности входящих в формулы (4) и (5) физических констант. Получен важный результат. Трудно допустить, что полученное согласие теории и эксперимента в 6-ом знаке после запятой носит случайный характер. Субъективный вклад здесь исключен полностью, поскольку в качестве исходных данных были использованы официальные данные по фундаментальным константам.

Устойчивость атома водорода всецело обязана его динамическому поведению. Сосу-ществование зарядов ядра и электрона как единой системы-атома возможно только в динамическом состоянии. В основе явления устойчивости атома лежит закон сохранения момента количества движения L = const. Уравнение движения электрона по круговой орбите описывается потенциальной функцией по (2). Равновесному состоянию атома соответст-вует минимум функции . Устойчивость атома водорода обеспечивается благодаря балансу сил кулоновского притяжения электрона со стороны ядра и сил центробежного отталкивания, обусловленного вращательным движением электрона. В стационарном состоянии электрон находится в потенциальной яме, образованной энергией притяжения электрона к ядру и энергией центробежного отталкивания, имеющие разные степенные зависимости от обратного расстояния между ядром и электроном ‒  линейной и  квадратичной соответственно [1, 2].

Из основного состояния электрон может быть выведен путем внешнего воздействия достаточной интенсивности. Характерной особенностью атомов является то, что в возбуж-денном состоянии электрон переходит на квазиустойчивые орбиты с вполне определенными энергетическими уровнями. В рамках планетарной классической модели атома энергетичес-кие уровни однозначно определяют энергетическое состояние атома на каждом из этих уровней. В случае атома водорода, где – энергия связи атома водорода в основном состоянии (= 1). Каждому энергетическому уровню атома водорода соответствует круговая орбита с радиусом п, а переход с одной орбиты на другую сопровождается закономерным изменением энергии связи электрона с протоном. Состояния электронов на этих промежуточных орбитах не устойчивы и определяются характером и условиями взаимодействия атома с внешним воздействующим полем [1, 5].

Существенным представляется тот факт, что время жизни электрона в возбужденном состоянии на п-ом уровне не зависит от его предыстории и оно намного больше характерного для атомного уровня времени (равного по порядку величин периоду вращения электрона 10-16 с). Время жизни электронов в возбужденном состоянии намного больше этого характерного времени. Оно определяется постоянной скорости перехода , которая определяется по формуле вероятности спонтанного перехода с верхнего уровня энергии на один из ниже лежащих уровней [5]

(6а)