- Kjennetegn på atommodellen de Broglie
- Davisson og Germer eksperimenterer
- begrensninger
- Artikler av interesse
- referanser
De Broglie-atommodellen ble foreslått av den franske fysikeren Louis Broglie i 1924. I doktoravhandlingen sin hevdet Broglie bølgen-partikkel dualiteten til elektronene, og la grunnlaget for bølgemekanikken. Broglie publiserte viktige teoretiske funn om bølgekorpuskets natur i atomskalaen.
Senere ble de Broglie-uttalelsene eksperimentelt demonstrert av forskerne Clinton Davisson og Lester Germer, i 1927. De Broglies elektronbølgeteori er basert på Einsteins forslag om lysets bølgelegenskaper ved korte bølgelengder.
Broglie kunngjorde muligheten for at materie hadde en oppførsel som ligner den for lys, og foreslo lignende egenskaper i subatomære partikler som elektroner.
Elektriske ladninger og baner begrenser amplituden, lengden og frekvensen til bølgen beskrevet av elektronene. Broglie forklarte bevegelsen til elektronene rundt atomkjernen.
Kjennetegn på atommodellen de Broglie
For å utvikle forslaget sitt, startet Broglie fra prinsippet om at elektronene hadde en dobbel karakter mellom bølge og partikkel, lik lys.
I denne forstand gjorde Broglie en likhet mellom begge fenomener, og basert på ligningene utviklet av Einstein for studiet av bølgen av lys, indikerte han følgende:
- Den totale energi av fotonet, og følgelig den totale energien for elektron, resultater fra produktet av bølgefrekvensen og Plank konstant (6.62606957 (29) x 10 -34 Jules x sekunder), slik det er vist detaljert i følgende uttrykk:
I dette uttrykket:
E = elektronets energi.
h = Plankens konstante.
f = bølgefrekvens.
- Det lineære momentet til fotonet, og derfor av elektronet, er omvendt proporsjonalt med bølgelengden, og begge størrelser er relatert gjennom Planks konstant:
I dette uttrykket:
p = elektronets fart.
h = Plankens konstante.
λ = bølgelengde.
- Det lineære momentumet er produktet av massen til partikkelen og hastigheten som partikkelen har under dens forskyvning.
Hvis det matematiske uttrykket ovenfor er omstrukturert som en funksjon av bølgelengden, har vi følgende:
I dette uttrykket:
λ = bølgelengde.
h = Plankens konstante.
m = elektronets masse.
v = hastigheten til elektronet.
Siden h, Plankens konstante, har en liten verdi, så er bølgelengden λ. Følgelig er det mulig å oppgi at bølgeegenskapene til elektronet bare forekommer på atom- og subatomære nivåer.
- Broglie er også basert på postulatene til Bohrs atommodell. I følge sistnevnte er banene i elektronene begrenset og kan bare være multipler av hele tall. Så:
Hvor:
λ = bølgelengde.
h = Plankens konstante.
m = elektronets masse.
v = hastigheten til elektronet.
r = baneens radius.
n = heltall.
I følge Bohrs atommodell, som Broglie tok utgangspunkt i, hvis elektroner oppfører seg som stående bølger, er de eneste banene tillatt de som har radius lik et heltall multiplum av bølgelengden λ.
Derfor oppfyller ikke alle baner de nødvendige parametrene for at et elektron kan bevege seg gjennom dem. Dette er grunnen til at elektronene bare kan bevege seg i bestemte baner.
De Broglie-elektronbølgeteorien rettferdiggjorde suksessen med Bohrs atommodell i å forklare oppførselen til enkeltelektronet til hydrogenatom.
Tilsvarende kaster det lys over hvorfor denne modellen ikke passet til mer komplekse systemer, det vil si atomer med mer enn ett elektron.
Davisson og Germer eksperimenterer
Den eksperimentelle verifiseringen av atommodellen de Broglie fant sted tre år etter publiseringen, i 1927.
De ledende amerikanske fysikerne Clinton J. Davisson og Lester Germer bekreftet eksperimentelt teorien om bølgemekanikk.
Davisson og Germer utførte spredningstester av en elektronstråle gjennom en nikkelkrystall og observerte fenomenet diffraksjon gjennom metallmediet.
Eksperimentet som ble utført besto av å utføre følgende prosedyre:
- I første omgang ble det plassert en elektronstrålenhet som hadde en kjent initialenergi.
- Det ble installert en spenningskilde for å akselerere bevegelsen av elektroner ved å påskynde en potensiell forskjell.
- Elektronstrålens strømning ble rettet mot en metallisk krystall; i dette tilfellet nikkel.
- Antallet elektroner som påvirket nikkelkrystallen ble målt.
På slutten av eksperimentasjonen oppdaget Davisson og Germer at elektronene var spredt i forskjellige retninger.
Ved å gjenta eksperimentet ved bruk av metalliske krystaller med forskjellige orienteringer, oppdaget forskerne følgende:
- Spredningen av elektronstrålen gjennom den metalliske krystallen var sammenlignbar med fenomenet interferens og diffraksjon av lysstråler.
- Refleksjonen av elektronene på påvirkningskrystallen beskrev banen som den teoretisk sett skulle beskrive i henhold til de Broglie elektronbølgeteori.
Kort sagt, Davisson og Germer-eksperimentet verifiserte eksperimentelt den dobbelte bølgepartikkel-naturen til elektroner.
begrensninger
De Broglie atommodellen forutsier ikke den nøyaktige plasseringen av elektronet på bane det beveger seg i.
I denne modellen blir elektroner oppfattet som bølger som beveger seg i hele bane uten et spesifikt sted, og introduserer dermed konseptet om en elektronisk bane.
Videre vurderer ikke de Broglie-atommodellen, analog med Schrödinger-modellen, rotasjonen av elektronene rundt deres samme akse (spinn).
Ved å ignorere det intrinsiske vinkelmomentet til elektronene, blir de romlige variasjonene av disse subatomiske partiklene neglisjert.
På samme måte tar denne modellen heller ikke hensyn til endringene i oppførselen til raske elektroner som en konsekvens av relativistiske effekter.
Artikler av interesse
Schrödingers atommodell.
Chadwicks atommodell.
Heisenberg atommodell.
Perrins atommodell.
Thomsons atommodell.
Daltons atommodell.
Dirac Jordan atommodell.
Atommodell av Democritus.
Bohrs atommodell.
referanser
- Bohrs Quantum Theory og De Broglie Waves (nd). Gjenopprettet fra: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - Biografisk (1929). © Nobelstiftelsen. Gjenopprettet fra: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (nd). Gjenopprettet fra: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Gjenopprettet fra: britannica.com
- De Broglies atommodell. Nasjonalt universitet for fjernundervisning. Spania. Gjenopprettet fra: ocw.innova.uned.es
- Waves Of Matter Av Louis De Broglie (nd). Gjenopprettet fra: hiru.eus
- Von Pamel, O., og Marchisio, S. (nd). Kvantemekanikk. National University of Rosario. Gjenopprettet fra: fceia.unr.edu.ar