【正文】 不到百分之一的誤差。這與湯姆遜的結(jié)果相結(jié)合，給出了一個(gè)電子的約 9 1031千克。 電荷的測(cè)量使得成為可能原子電荷直接測(cè)量成為可能。早在 1830 年，法拉第進(jìn)行了電解實(shí)驗(yàn)。他用自己的結(jié)果表明，如果電流是由于原子，那么帶電也應(yīng)原子，但反過來也是如此。電流在兩個(gè)金屬板之間的電解質(zhì)中流動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)可衡量電極質(zhì)量增加 的結(jié)果。單位大規(guī)模的金屬沉積量可以測(cè)量的。假設(shè)原子在電極之間的原因在于電解液中的每個(gè)原子帶有指定數(shù)量的的電量，那么單個(gè)原子質(zhì)量可以計(jì)算出來的。 圖 湯姆遜電子發(fā)射陰極射線管的示意圖陰極是通過陽極加速的示意圖。對(duì)電子束打熒光 屏，產(chǎn)生光點(diǎn)。 陰極射線管的衍生了另一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。 1895 年倫琴發(fā)現(xiàn)了陰極射線撞擊在玻璃或金屬產(chǎn)生了一個(gè)新型的射線 X 射線。這些射線波被證明具有波浪般的性質(zhì)和他們的波長(zhǎng)是在 1899 年由荷蘭物理學(xué)家估計(jì) Haga 和風(fēng)能使用 V 形縫衍射測(cè)量出來的為 10 10 米。 1906 年 馬克思證明，波速度等同于光實(shí)驗(yàn)誤差之內(nèi)，成為普遍接受了 X 射線像光電磁輻射，但具有更短的波長(zhǎng)。 在 1912 年，德國(guó)勞厄和英國(guó)布拉格證明了原子晶格 X 射線衍射。這些衍射圖給出了第一個(gè)原子的存在和它們的大小直接證據(jù)。一個(gè)例子如圖 。 圖 在鹽原子晶格由 X 射線衍射造成的勞厄衍射圖案。 1897 年，盧瑟福發(fā)現(xiàn)，在天然鈾元素釋放兩件射線其中稱為α射線和β射線類型。雙方可以通過偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)和磁場(chǎng)，因此推定為帶電粒子組成。 β粒子的發(fā)現(xiàn)具有相同電荷的陰極射線和電子的質(zhì)量，因此被認(rèn)為是電子。在另一方面 ，α射線有相當(dāng)多的巨大的質(zhì)量。他們的電荷和質(zhì)量表明，他們是氦的被拆掉兩個(gè)電子組成。這在 1909 年盧瑟福和羅伊茲被證實(shí)了，是由開成一個(gè)密封的容器并表明它積累的氦。證據(jù)是確鑿的，一個(gè)α粒子由一個(gè)氦原子被拆掉兩個(gè)電子組成。 這個(gè)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)有關(guān)的原子序數(shù) Z 的物理意義，這個(gè)數(shù)字已經(jīng)提出來定義周期表中元素的順序。氫有 Z=1 和氦 Z=2 等等。對(duì)α粒子與氦原子的鑒定表明， Z也表示一個(gè)特定原子的電子數(shù)。 到 1912 年，對(duì)個(gè)別原子的質(zhì)量存在的直接證據(jù)以及這些原子大小。更有趣的是，電子似乎是一個(gè)原子的組成部分，這表明原子存在一些內(nèi) 部結(jié)構(gòu)。 原子的大小 轉(zhuǎn)到歷史發(fā)展的主體，值得總結(jié)的原子質(zhì)量和尺寸測(cè)量。 如上所述，原子質(zhì)量的直接測(cè)量，可使用電解。一個(gè)典型的電解槽包括兩個(gè)銅在硫酸銅（圖 ）浴浸泡電極。電極之間的電位差會(huì)導(dǎo)致電流，流在陰極上的一些銅的沉積。 圖 電解槽。陽極和陰極浸泡在電解液中如硫酸銅溶液。帶正電的銅離子被吸引到陰極，并都沉積在這里。 幾種假設(shè)要作出。首先，這是假設(shè)在溶液中硫酸銅晶體的分裂 銅原子，這些自由原子有一個(gè)多余的正電荷。第二，利用化學(xué)知識(shí)，銅的化學(xué)價(jià)是從理論的合理推斷，如果假定，從化學(xué)鍵的電子交換的結(jié)果，而最輕的原子，氫，只有一個(gè)單獨(dú)的電子交換。處于這種狀態(tài)的銅原子被稱為是雙電離，銅 + +。最后一個(gè)假設(shè)是，所有的銅離子吸附在陰極積累下去，并進(jìn)一步取得電子再次成為電中性。然后實(shí)驗(yàn)已知電解槽所用的電量和測(cè)量在陰極質(zhì)量增加。 實(shí)驗(yàn)可以進(jìn)行不同內(nèi)容和結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)的原子理論和價(jià)理論。最有趣的是我們討論的一個(gè)氫原子，質(zhì)量最輕的元素計(jì)算。這原來是 1027 公斤，約為一個(gè)電子質(zhì)量的 1800 倍。 了解原子質(zhì)量和材料的密度，它是直接獲取原子尺寸的值。唯一的問題是，除非在材料樣品的原子排列成一個(gè)規(guī)律，否則答案是沒有什么意義。對(duì)于結(jié)晶物質(zhì)， X 射線衍射使原子的排列規(guī)律被發(fā)現(xiàn)。該晶體結(jié)構(gòu)的尺寸可以計(jì)算出來。 圖 一個(gè)簡(jiǎn)單的單細(xì)胞氯化鈉立方晶格。立方晶格是由帶正電荷的鈉離子和帶負(fù)電的氯離子之間的吸引力共同構(gòu)建的。 例如，鹽（氯化鈉，氯化鈉晶體）發(fā)現(xiàn)有一立方結(jié)構(gòu)，鈉和氯離子交替占據(jù)角落（圖 ）。如果 M 公斤的氯化鈉和ρ是晶體的密度，每公斤分子體積 /VM?? 每公斤分子有 2N 個(gè)原子，其中 N 是阿伏伽德羅數(shù)。因此，中心原子之間的距離 D，表示為： 3 / (2 )d M N?? 為氯化鈉，做出的結(jié)果是 10 10M 和其他晶體得到的結(jié)果類似。 當(dāng)然，這種計(jì)算方法只能告訴我們的原子之間的中心距離，也是最大可能為一個(gè)原子大小的距離。再進(jìn)一步，有必要探討原子本身的結(jié)構(gòu)。 原子的核模型 圖 原子的經(jīng)典模型。 （ a）湯姆遜的原子模式。體積小，帶負(fù)電荷在一個(gè)密集的帶正電的電子體中運(yùn)動(dòng)。 （ b）盧瑟福的模型。絕 大多數(shù)質(zhì)量和所有的正電荷集中在一個(gè)相對(duì)小的核心，由電子所包圍。在這兩個(gè)電子的規(guī)模和核心是夸張的圖片。原子核應(yīng)至少小 1000 倍，電子更小許多倍了。 為了解釋 實(shí)驗(yàn) 結(jié)果，盧瑟福提出了一種新模型，即所有的正電荷和在一個(gè)中央的原子核，電子圍繞原子核在自由的空間軌道運(yùn)動(dòng)。原子核的大小會(huì)比原子小極多（圖 （尺寸 b））。該模型成功的解釋了蓋格和馬斯登的α粒子散射的問題，但極少數(shù)會(huì)發(fā)生大角度散射。然而更重要的是，該模型給出的理論能夠較好的符合實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 由于該模型是經(jīng)典物理學(xué)是必需的重要性，它是值得在盧瑟福的詳細(xì)分析，推導(dǎo)。 圖 （電荷 +2 e）在該核（電量 +Ze）的散射路徑。原子核是在原點(diǎn)，質(zhì)量是α粒子的許多被。力 F 是靜電斥力。 該散射實(shí)驗(yàn)分析分為兩個(gè)部分。首先，它有一定的動(dòng)能，其軌跡用相對(duì)單一的α粒子偏轉(zhuǎn)來表達(dá)。該粒子與原子核被假設(shè)為非常小，而原子核是假設(shè)有一個(gè)正電荷 Ze 其中 e 是電子電荷和 Z 的原子序數(shù)。 α粒子的有 +2e 的電量和它與核的力是由庫(kù)侖定律給出。圖 顯示了散射情況，并且原子核位于遠(yuǎn)點(diǎn)。 開始α粒子遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠遠(yuǎn)離原子核，他們的相互作用力是微不足道的，軌跡平行于χ軸。一個(gè)重要參數(shù)是碰撞參數(shù)， b，它定義之間的核與粒子的最小距離，如果是α的粒子偏轉(zhuǎn)。靜電斥力意味著粒子存在偏轉(zhuǎn)角Θ，而且很明顯，小 b 的值，偏轉(zhuǎn)角Θ更是研究意義。 由此可以推導(dǎo)出Θ用 b 和粒子動(dòng)能 T 表示的表達(dá)式，因?yàn)樵雍速|(zhì)量比α粒子的更大，動(dòng)能，因此在此之前和之后偏轉(zhuǎn)粒子的速度保持不變。然而，粒子的運(yùn)動(dòng)方向改變了，動(dòng)量守恒定律給出了動(dòng)量的變化（圖 ） ? ?21 2 sin / 2p p p m ?? ? ? ? ? （ ） 其中 m 是粒子的質(zhì)量，速度υ。 從牛頓第二定律，這個(gè)轉(zhuǎn)變必須是粒子在整個(gè)時(shí)間內(nèi)在核領(lǐng)域的 力作用。因此， 02 sin ( / 2 )p m F d t? ?? ? ? ? ? （ ） 圖 顯示了 F 方向的粒子特定位置，通過角φ的定義，就表明了對(duì)稱性，可以看出，在積分（ ）由下式給出 00 c o sI F dt F dt??????? （因?yàn)樵摲e分式是χ軸方向， Fsinφ，必須是零對(duì)稱）。 圖 α粒子和核相互作用動(dòng)量的變化 一個(gè)動(dòng)量的變化使式（ ）被改寫： ? ? ( ) / 2( ) / 22 s in / 2 c o s ( / )m F d t d d??? ? ? ???? ? ??? ? （ ） （見圖 ）。 最后，（ dt/dφ）等于 1 /ω其中ω是角的粒子的開始速度。由于粒子上的力是徑向行事，該粒子的角動(dòng)量無論任何φ的值都相同，而ω必須由方程給出 2mr m b??? 因此 2( / ) /dt d r b??? 庫(kù)倫定律給出 2202 / 4F Ze r??? 代在（ ），并整合式右邊，給出Θ關(guān)于 b 和υ表達(dá)式 220c ot( / 2) ( 2 / )m Z e b?? ??? （ ） 或者，帶入粒子動(dòng)能 T 20c ot( / 2) ( 4 / )T Z e b???? （ ） 這是粒子散射角關(guān)于動(dòng)能，粒子碰撞參數(shù)和原子核帶電量 Ze 的方程 。