原子模型Perrin将原子的结构与太阳系进行了比较,在太阳系中,行星为负电荷,太阳为正电荷,集中在原子中心。1895年,一位著名的法国物理学家证明了阴极射线将负电荷转移到其撞击的表面上。
以此证明了阴极射线的电特性,并将其理解为原子的最小且不可分割的单位,阐明了原子的电特性。1901年,让·巴蒂斯特·佩林(Jean Baptiste Perrin)提出,惯性力抵消了围绕中心的负电荷(正电荷)的吸引力。
让·巴蒂斯特·佩林
后来,欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)对该模型进行了补充和完善,后者声称原子的所有正电荷都位于原子的中心,并且电子绕其绕行。
但是,该模型具有当时无法解释的局限性,该模型被丹麦物理学家尼尔斯·玻尔(Niels Bohr)作为基础,于1913年提出了该模型。
Perrin原子模型的特征
Perrin原子模型的主要特征如下:
-原子由中心大的正粒子组成,大部分原子质量集中在其中。
-几个负电荷围绕此集中的正电荷运行,以补偿总电荷。
佩林的提议将原子结构与太阳系进行了比较,在太阳系中,集中的正电荷将起到太阳的作用,而周围的电子将起到行星的作用。
佩林(Perrin)于1895年提出了原子的不连续结构的先驱。但是,他从未坚持要设计一个有助于验证这一概念的实验。
实验
作为博士训练的一部分,Perrin在1894年至1897年间担任巴黎高等师范学校的物理学助理。
那时,佩林发展了他的大部分研究,以测试阴极射线的性质。也就是说,如果阴极射线是带电粒子,或者它们呈波状。
阴极射线
阴极射线实验源自对Crookes管的研究,该结构是英国化学家William Crookes在1870年代发明的。
克鲁克斯管由玻璃管组成,其中仅包含气体。此配置的两端各有一个金属片,并且每个片都连接到外部电压源。
当管子通电时,管子内部的空气就会离子化,因此,它变成了电导体,并封闭了两端电极之间的开路。
管内的气体呈荧光色,但直到1890年代后期,科学家才知道这种现象的原因。
到那时,还不知道荧光是否是由于管内基本粒子的循环引起的,还是射线是否带有携带它们的波的形状。
佩林的调查
在1895年,佩林(Perrin)通过将放电管连接到一个更大的空容器来复制阴极射线实验。
此外,佩林(Perrin)放置了普通分子的防渗墙,并通过将法拉第笼(Faraday Cage)放置在保护室内来复制了克鲁克斯的构造。
如果射线穿过法拉第笼内普通分子的不渗透壁,将自动显示出阴极射线是由带电的基本粒子组成的。
验证方式
为了证实这一点,佩林(Perrin)在不渗透壁附近连接了一个静电计,以测量当阴极射线照射到那里时会产生的电荷。
进行实验时,有证据表明,阴极射线对不渗透壁的影响在静电计中产生了少量的负电荷。
随后,佩林通过感应电场迫使系统偏转阴极射线流,并迫使阴极射线撞击静电计。发生这种情况时,电表记录的电荷比以前的记录要高得多。
借助Perrin的实验,结果表明,阴极射线由带负电荷的粒子组成。
后来,在20世纪初,汤姆森(JJ Thomson)根据佩林(Perrin)的研究正式发现了电子的存在及其电荷-质量关系。
假设
1904年,英国科学家JJ汤姆森(JJ Thomson)阐明了他关于原子模型(也称为李子布丁模型)的提议。
在该模型中,将正电荷理解为均质,并且负电荷将随机分散在所述正质量上。
以此类推,正电荷将是布丁的质量,负电荷将由李子表示。该模型在1907年被Perrin驳斥。在Perrin的提议中,他指出了以下内容:
-正电荷不会扩展到整个原子结构。相反,它集中在原子的中心。
-负电荷不会分散在整个原子中。取而代之的是,它们围绕正电荷以有序的方式朝向原子的外边缘排列。
局限性
Perrin的原子模型有两个主要限制,后来由于Bohr(1913)和量子物理学的贡献而克服了这些限制。
该提案的最大限制是:
-没有解释为什么正电荷保持集中在原子中心。
-围绕原子中心的负电荷轨道的稳定性尚不清楚。
根据麦克斯韦的电磁定律,负电荷将描述围绕正电荷的螺旋轨道,直到它们碰撞。
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参考文献
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- Solbes,J.,Silvestre,V.和Furió,C.(2010)。原子和化学键模型的历史发展及其教学意义。瓦伦西亚大学。西班牙巴伦西亚。从以下位置恢复:ojs.uv.es