Читать «Большая Советская Энциклопедия (АТ)» онлайн - страница 73

  Наиболее точные значения масс А. могут быть определены методами . Масса А. не равна в точности сумме массы ядра и масс электронов, а несколько меньше — на D М = W/c ²',где W —энергия образования А. из ядра и электронов, а с —скорость света. Эта поправка — порядка массы одного электрона m _едля тяжёлых А., а для лёгких А. пренебрежимо мала (порядка 10 ^—4массы электрона).

  Энергия атома и её квантование. Благодаря малым размерам и большой массе ядра его можно приближённо считать точечным и покоящимся в центре масс А. (общий центр масс ядра и электронов находится вблизи ядра, а скорость движения ядра относительно центра масс А. мала по сравнению со скоростями движения электронов). Соответственно А. можно рассматривать как систему, в которой Nэлектронов с зарядами — едвижутся вокруг неподвижного притягивающего центра. Движение электронов в А. происходит в ограниченном объёме — оно является связанным. Полная внутренняя энергия А. Еравна сумме кинетических энергий всех электронов Ти потенциальной энергии U —энергии притяжения их ядром и отталкивания их друг от друга (электростатической энергии взаимодействия электрических зарядов ядра и электронов, согласно закону Кулона).

  В простейшем случае А. водорода один электрон с зарядом — едвижется вокруг неподвижного центра с зарядом + е. В этом случае, согласно классической механике, кинетическая энергия

Т = ¹/ ₂ mv =p ²/2 m    (1)

  где m —масса, v —скорость, p = mv —количество движения (импульс) электрона. Потенциальная энергия (сводящаяся к энергии притяжения электрона ядром)

U = U( r) = —e ²/r     (2)

и зависит только от расстояния rэлектрона от ядра. Графически функция U( r) изображается кривой ( рис. 1 , а) ,неограниченно убывающей при уменьшении r, т. е. при приближении электрона к ядру. Значение U( r) на бесконечности принято за нуль. При отрицательных значениях полной энергии Е= Т + U< 0 движение электрона является связанным: оно ограничено в пространстве значениями r= r _max, при которых Т= 0, Е = U( r _max) .При положительных значениях полной энергии E = T + U> 0 движение электрона является свободным — он может уйти на бесконечность с энергией Е = Т = ¹/ ₂mv ²,что соответствует ионизованному А. водорода Н ⁺. Нейтральный А. водорода Н представляет, т. о., систему, состоящую из ядра и электрона в связанном состоянии с энергией E <0.

  Полная внутренняя энергия А. Еявляется его основной характеристикой как квантовой системы — системы, подчиняющейся квантовым законам (см. ). Как показывает огромный экспериментальный материал (см., например, ) ,А. может длительно находиться лишь в состояниях с определённой энергией — стационарных (неизменных во времени) состояниях.

  Существование стационарных состояний — один из основных законов физики микроскопических явлений — квантовой физики. Внутренняя энергия квантовой системы, состоящей из связанных микрочастиц (такой системой и является А.), может принимать одно из дискретного (прерывного) ряда значений