- Karakteristikker af de Broglie atommodel
- Davisson og Germer eksperimenterer
- Begrænsninger
- Artikler af interesse
- Referencer
De Broglie-atommodellen blev foreslået af den franske fysiker Louis Broglie i 1924. I sin doktorafhandling hævdede Broglie bølgen-partikel dualitet af elektroner og lagde grundlaget for bølgemekanikken. Broglie offentliggjorde vigtige teoretiske konklusioner om materiens bølgekorpuskeltype i atomskalaen.
Senere blev de Broglie-udsagn demonstreret eksperimentelt af videnskabsmænd Clinton Davisson og Lester Germer i 1927. De Broglies elektronbølgeteori er baseret på Einsteins forslag om bølgeegenskaber for lys ved korte bølgelængder.
Broglie annoncerede muligheden for, at stof havde en opførsel, der ligner den for lys, og foreslog lignende egenskaber i subatomære partikler, såsom elektroner.
Elektriske ladninger og kredsløb begrænser amplituden, længden og frekvensen af bølgen beskrevet af elektronerne. Broglie forklarede bevægelsen af elektroner omkring atomkernen.
Karakteristikker af de Broglie atommodel
For at udvikle sit forslag startede Broglie fra princippet om, at elektroner havde en dobbelt karakter mellem bølge og partikel, der ligner lys.
I denne forstand lavede Broglie en forening mellem begge fænomener, og baseret på ligningerne, der blev udviklet af Einstein til studiet af bølgen af lys, indikerede han følgende:
- Den totale energi af fotonen og følgelig den totale energi af elektronen, følger af produktet fra bølgefrekvensen og Plank konstant (6.62606957 (29) × 10 -34 Jules x sekunder), som vist detaljeret i følgende udtryk:
I dette udtryk:
E = elektronets energi.
h = Plankens konstante.
f = bølgens frekvens.
- Fotonets lineære momentum, og derfor elektronet, er omvendt proportionalt med bølgelængden, og begge størrelser er relateret gennem Plankens konstant:
I dette udtryk:
p = elektronets fart.
h = Plankens konstante.
λ = bølgelængde.
- Det lineære momentum er produktet af partiklens masse og den hastighed, partiklen har under dens forskydning.
Hvis ovennævnte matematiske udtryk er omstruktureret som en funktion af bølgelængden, har vi følgende:
I dette udtryk:
λ = bølgelængde.
h = Plankens konstante.
m = elektronens masse.
v = elektronets hastighed.
Da h, Plankens konstante, har en lille værdi, er bølgelængden λ også. Det er følgelig muligt at angive, at elektronets bølgeegenskaber kun forekommer på det atomære og det subatomære niveau.
- Broglie er også baseret på postulaterne af Bohrs atommodel. I henhold til sidstnævnte er banernes baner begrænsede og kan kun være multipla med hele tal. Så:
Hvor:
λ = bølgelængde.
h = Plankens konstante.
m = elektronens masse.
v = elektronets hastighed.
r = kredsløbets radius.
n = heltal.
I henhold til Bohrs atommodel, som Broglie vedtog som basis, hvis elektroner opfører sig som stående bølger, er de eneste tilladte kredsløb dem, hvis radius er lig med et heltal multiple af bølgelængden λ.
Derfor opfylder ikke alle kredsløb de nødvendige parametre for at en elektron kan bevæge sig gennem dem. Derfor kan elektroner kun bevæge sig i bestemte baner.
De Broglie-elektronbølgeteorien berettigede succes med Bohrs atommodel med at forklare opførslen af brintatomets enkeltelektron.
Tilsvarende kaster det også lys over, hvorfor denne model ikke passede til mere komplekse systemer, dvs. atomer med mere end en elektron.
Davisson og Germer eksperimenterer
Den eksperimentelle verifikation af atomiseringsmodellen de Broglie fandt sted tre år efter offentliggørelsen, i 1927.
De førende amerikanske fysikere Clinton J. Davisson og Lester Germer bekræftede eksperimentelt teorien om bølgemekanik.
Davisson og Germer udførte spredningstest af en elektronstråle gennem en nikkelkrystall og observerede fænomenet diffraktion gennem det metalliske medium.
Eksperimentet, der blev udført, bestod af at udføre følgende procedure:
- I første omgang blev der anbragt en elektronstråleenhed, der havde en kendt indledende energi.
- Der blev installeret en spændingskilde for at fremskynde bevægelsen af elektroner ved at anspore til en potentialeforskel.
- Elektronstrålens strømning var rettet mod en metallisk krystal; i dette tilfælde nikkel.
- Antallet af elektroner, der påvirkede nikkelkrystallen, blev målt.
Ved afslutningen af eksperimentet opdagede Davisson og Germer, at elektronerne var spredt i forskellige retninger.
Ved at gentage eksperimentet ved hjælp af metalliske krystaller med forskellige orienteringer, opdagede forskerne følgende:
- Spredningen af elektronstrålen gennem den metalliske krystal var sammenlignelig med fænomenet interferens og diffraktion af lysstråler.
- Reflektionen af elektronerne på påvirkningskrystallen beskrev den bane, som den teoretisk set skulle beskrive i henhold til de Broglie elektronbølgeteori.
Kort sagt, Davisson og Germer-eksperimentet bekræftede eksperimentelt den elektroniske dobbeltbølgefartikelkarakter.
Begrænsninger
De Broglie-atommodellen forudsiger ikke den nøjagtige placering af elektronet på den bane, hvori den bevæger sig.
I denne model opfattes elektroner som bølger, der bevæger sig i hele kredsløbet uden et specifikt sted, hvorved begrebet elektronisk kredsløb introduceres.
Endvidere overvejer atomiseringsmodellen de Broglie, analogt med Schrödinger-modellen, ikke rotationen af elektroner omkring deres samme akse (spin).
Ved at ignorere det iboende vinkelmoment af elektroner forsømmes de rumlige variationer af disse subatomære partikler.
På samme måde tager denne model heller ikke hensyn til ændringerne i hurtige elektroners opførsel som en konsekvens af relativistiske effekter.
Artikler af interesse
Schrödingers atommodel.
Chadwicks atommodel.
Heisenberg atommodel.
Perrins atommodel.
Thomsons atommodel.
Daltons atommodel.
Dirac Jordan atommodel.
Atomisk model af Democritus.
Bohrs atommodel.
Referencer
- Bohrs Quantum Theory og De Broglie Waves (nd). Gendannes fra: ne.phys.kyushu-u.ac.j
- Louis de Broglie - Biografisk (1929). © Nobel-fonden. Gendannet fra: nobelprize.org
- Louis-Victor de Broglie (nd). Gendannes fra: chemed.chem.purdue.edu
- Lovett, B. (1998). Louis de Broglie. Encyclopædia Britannica, Inc. Gendannet fra: britannica.com
- De Broglies atommodel. Det Nationale Fjernundervisningsuniversitet. Spanien. Gendannes fra: ocw.innova.uned.es
- Waves Of Matter Af Louis De Broglie (nd). Gendannes fra: hiru.eus
- Von Pamel, O. og Marchisio, S. (nd). Kvantemekanik. National University of Rosario. Gendannes fra: fceia.unr.edu.ar