玻尔模型

,繞著帶正價原子核進行圓周運動。從一個軌道躍遷至另一個軌道會伴隨著離散能量以電磁波的形式被發射或吸收。在圖中,電子的軌道顯示為灰色圓圈,其半徑隨著主量子數平方n2增加,從主量子數的躍遷製成了巴耳末系的第一條譜線,波長為656 nm (紅光)。]]

玻尔模型是丹麦物理学家尼尔斯·玻尔于1913年提出的关于原子结构的模型。此模型引入量子化的概念來研究原子内电子的运动,對於計算氢原子光谱的里德伯公式給出了理論解釋。玻尔模型是20世纪初期物理学取得的重要成就,对原子物理学产生了深远的影响。

玻尔模型的提出
20世纪初期,德国物理学家普朗克为解释黑体辐射现象,提出能量量子化假說,揭开了量子理論的序幕。

1912年,正在英国曼彻斯特大学工作的玻尔将一份被后人称作《曼彻斯特备忘录》的草稿提交给他的导师卢瑟福。在这份直到玻爾過世後才被發布的草稿中,玻尔在拉塞福模型的基础上引入了普朗克的量子概念,玻爾提議,原子可以維持力學穩定性,前提是电子的動能T與电子環繞原子核的公轉頻率\nu,兩者之間的關係式假定為
:T=k\nu;

其中,k與普朗克常數有關。

注意到他並沒有確切給出k的形式,也沒有將輻射穩定性納入考量,更沒有理論證實他的假定可以達成力學穩定性。

1913年2月4日前后的某一天,玻尔與同事討論他的研究,漢森提問:「這研究與譜線方程有甚麼關係?」玻爾回答說他會去查閱這方面的資料。玻爾博覽那時期的科學文獻,而且巴耳末公式在科學文獻裡是常被引述的譜線方程,很可能他已看到過這公式,但並沒有注意到這公式與自己研究有甚麼的關聯,而且已完全忘掉這公式。不論如何,他詳細閱讀了约翰内斯·斯塔克撰寫的教科書有關譜線方面的內容,特別是關於巴耳末公式的描述,后来他回忆:「就在我看到巴耳末公式的那一瞬间,突然一切都變得清楚了。」3月7日,他寫好一篇詮釋巴耳末公式的論文,其開啟了原子結構的量子理論。标志着玻尔模型正式提出。这三篇论文成为物理学史上的经典,被称为玻尔模型的“三部曲”。
*在氢原子中,电子围绕着原子核進行圆周运动。
*在軌道中運動的電子的角動量的大小 L 被量子化為正整數乘以約化普朗克常數 \hbar。

軌道半徑量子化
按照第一個假設,在氢原子中的电子,围绕著原子核做圆周运动,其轨道是经典轨道。电子做圆周运动的向心力是由电子和原子核之间的库仑力所提供:。

此外,玻尔模型无法揭示氢原子光谱的强度和精细结构,也无法解释稍微复杂一些的氦原子的光谱,以及更复杂原子的光谱。因此,玻尔在领取1922年诺贝尔物理学奖时称:“这一理论还是十分初步的,许多基本问题还有待解决。”

玻尔模型引入了量子化的条件,但它仍然是一个“半经典半量子”的模型。完全解决原子光谱的问题必须彻底抛弃经典的轨道概念。尽管玻尔模型遇到了诸多困难,然而它显示出量子假说的生命力,为经典物理学向量子物理学发展铺平了道路。

参阅
*尼尔斯·玻尔
*里德伯公式
*惰性电子对效应可以用玻尔模型解释。
*原子轨域

註釋
参考文献

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