量子力学と意識の変容(宇宙と人間の無限性について)

量子力学をどのように生活に活用するか、量子力学と意識の変容とタイムトラベル・パワレルワールドの究極の可能性を探求します。

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「ラザフォード散乱」と原子内構造の把握 Rutherford scattering Experiment

2012-03-25 | 日記
1897年に、ジョセフ・ジョン・トムソンによって電子が発見され、
これ以上小さくできないはずの原子(アトム)に、
まだ小さな構成が隠されていることが予想されていましたが、

多くの物理学者は、トムソンの命名したような
「プラムプディングモデル」(ブドウパン型原子構造)である
と推定していました。

「最小構成単位」であるはずの原子にさらに内部構造があるのを発見したジョゼフ・ジョン・トムソン




(プラスの原子構造にマイナスの電子が埋まっているモデル)

しかし実際には、これは違っていたわけです。

ウランから放出されるアルファ粒子を使って、
「プラムプディングモデル」の原子構造の詳細を
確認しようとした実験によって、予想に反して
原子は、内部が大部分が空洞である構造を持つことがわかってきました。

アーネスト・ラザフォードは、1911年
ガイガー、マースデンとともにα線の散乱実験を行い、原子核を発見します。
ラザフォード散乱

実験で、金箔にアルファ粒子を打ち込むと、
(中味がブドウパンのように詰まっているとしていた)予想に反して、
大部分のアルファ粒子が、金箔を透過し、(=内部が空洞)

また、一部のアルファ粒子(プラスの電荷)が、
中心部分の何か非常に硬い素材(=原子核)にぶつかって、
軌道が変わったり、特にわずかながら、
打ち込んだ方向へ、反射して打ち返ってくるものがありました。
(=原子核に正面にぶつかって、跳ね返っている)



アルファ粒子は、プラスの電荷を帯びており、
電磁場で軌道が変わる性質を持つことから、

原子の内部には、
プラスの電荷を持った原子核があると想定されたのです。

太陽系でも、惑星の運動は、
質量の大きな中心の太陽(プラスの極:太陽)を、
多くの小さな惑星群が周っています。

ラザフォードモデルは、
太陽系の惑星と中心太陽の構図を参考にして考えられました。

彼は、目に見えない原子の内部世界を、
アルファ粒子の軌道を分析すること(想像)で明らかにしました。

ラザフォードの実験で明らかになったことは、
予想に反して、「原子の内部はそのほとんどが空洞である」
ということです。

そしてまた同時に、なぜ(マイナスの電荷を持つ)電子は、
(プラスの電荷を持つ)原子核に、落下してしてしまわないのか?
という謎も同時に深まりました。

rutherford experiment


ラザフォード散乱 - Wikipedia
ラザフォード散乱(ラザフォードさんらん、英: Rutherford scattering)は荷電粒子同士が衝突するとき、クーロン力によって散乱されることを指す。クーロン散乱とも言う。

1911年にアーネスト・ラザフォードの助手であったハンス・ガイガーと学生だったアーネスト・マースデンは、金の薄い箔にアルファ線(正電荷を持ったヘリウムの原子核)を当てる実験を行った(ガイガー=マースデンの実験、この実験は「ラザフォードの実験」と呼ばれることもあるが、実際にはラザフォードは実験を行っていない)。その結果、アルファ線の大部分は金箔を透過するが、一部が大きな角度で散乱される現象を見いだした。

ここから原子の内部に正電荷の原子核が存在することが明らかにされた。アルファ線が金の原子と衝突する場合、大部分は原子核から離れたところを通過するので散乱角は小さくなる。しかしごく一部は原子核のすぐ近傍を通過する、衝突径数の非常に小さな衝突となる。この時、正電荷同士の強い電気的斥力が働いて軌道が大きく曲げられる。

当時、原子モデルはジョゼフ・ジョン・トムソンのブドウパンモデル(もやもやと分布する正電荷のなかに、プラムのように電子が配置しているモデル)が主流であり、長岡半太郎の土星型モデル(正電荷を持つ原子核の周りを電子が回るモデル)の支持者はあまりいなかった。しかしブドウパンモデルではこの実験結果を説明できず、ラザフォードは土星型モデルに近い惑星モデルを提唱した。

Ruther's Alpha Scattering Experiment2


アーネスト・ラザフォード - Wikipedia
アーネスト・ラザフォード(Ernest Rutherford, 1st Baron Rutherford of Nelson (初代ネルソンのラザフォード男爵)、1871年8月30日 – 1937年10月19日)はニュージーランド出身のイギリスで活躍した物理学者、化学者。マイケル・ファラデーと並び称される実験物理学の大家である。α線とβ線の発見、ラザフォード散乱による原子核の発見、原子核の人工変換などの業績により「原子物理学(核物理学)の父」と呼ばれる。

Structure of the Atom 3: The Rutherford Model


アルファ粒子 - Wikipedia

アルファ粒子(アルファりゅうし、α粒子、英: alpha particle)は、高い運動エネルギーを持つヘリウム4原子核である。陽子2個と中性子2個からなる。放射線の一種のアルファ線(α線、英: alpha ray)は、アルファ粒子の流れである。アルファ粒子は不安定核のアルファ崩壊にともなって放出される。+2の電荷を帯びており、ローレンツ力によって電場や磁場で屈曲される。



クーロンの法則 - Wikipedia
クーロンの法則(クーロンのほうそく、英語:Coulomb's law)とは、荷電粒子間に働く反発し、または引き合う力がそれぞれの電荷の積に比例し、距離の2乗に反比例することを示した電磁気学の基本法則。
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