В опыте Штерна-Герлаха серебряный атомный пучок частично разделился в неоднородном магнитном поле.
Из симметрии модели атома, существовавшей в то время, физики сделали вывод об
отсутствии у атома электрического дипольного момента.
Не догадавшись исправить модель, они создали квантовую "механику"...
Новая классическая модель атома, впервые созданная Кеннетом Снельсоном в 1960-ом
году, показывает наличие у атома серебра электрического дипольного момента.
Я решил разобраться, где же физики потеряли этот дипольный момент? Ведь он же
должен проявляться в экспериментах?
Обсуждая этот вопрос на форумах я докопался до "темного места" в расчетах, где
"затаился" электрический дипольный момент атома серебра.
Среди физиков бытует ошибочное убеждение о том, что поле атомных диполей в газе однородно. Даже один атом, занимая кубометр объема, рано или поздно побывает в любой области кубометра. Отсюда следует, как думают физики, что даже единственный атом может скомпенсировать хоть и малое, но однородное внешнее поле в кубометре.
Это заблуждение и привело к потере электрического дипольного момента атома серебра, а вместе с ним и других атомов с недостроенной оболочкой.
Что же в действительности происходит с внешним электрическим полем, если в кубометре присутствует лишь один атомный диполь?
Приблизительно то же самое, что произойдет в ведре с водой, если заменить его дно на один-единсвтенный атом. Даже решето не сможет удержать воду, что уж об отдельном атоме говорить?
Что же будет происходить с внешним полем, если концентрация атомов будет увеличиваться?
Примерно то же, что будет происходить с решетом, число прутьев которого растет.
В один прекрасный момент прутья плотно сомкнутся, и решето перестанет пропускать
воду.
В случае атомов это будет означать, что газ превратился в жидкость или даже в кристалл. При этом его свойства резко изменятся. Например, диэлектрическая проницаемость воды при переходе из газообразного в жидкое состояние увеличивается с 1.0126 до 81. Если вычесть из этих величин по 1, то мы обнаружим, что свойства воды изменились в 80/0.0126 = 6349 раз! Во столько раз жидкая вода сильнее препятствует внешнему полю, чем газообразная.
Это же относится и к серебру. Газообразное серебро не может сдержать внешнего
электрического поля, т.к. атомы находятся далеко друг от друга и напоминают
решето, которым воду не удержать.
Образно говоря, сквозь это атомное решето и провалился электрический дипольный
момент атома серебра, который физики потеряли еще в начале прошлого века...
Как же определить расстояние, на котором атом серебра сможет задержать
(компенсировать) внешнее электрическое поле?
Поле электрического диполя рассчитывается по формуле: a/r3
Это упрощенная формула, которая позволяет оценить порядок величины.
Например, при удалении от атома на 10 атомных радиусов, поле ослабевает в
103 = 1000 раз. Это означает, что атом на таком расстоянии сможет компенсировать поле, которое в 1000 раз меньше, чем в непосредственной близости от атома.
Поле атома водорода на расстоянии атомного радиуса достигает 5х109 В/см.
Внешнее поле в экспериментах по определению электрического дипольного момента
атомов и молекул обычно достигает 105 В/см.
Таким образом, можно определить предельное расстояние, на котором атом способен
компенсировать внешнее поле.
r3 = 5 x 104
r = 37 атомных радиусов.
Для атома водорода это означает 0.53 x 37 = 20 ангстрем.
Для атома серебра это расстояние еще меньше.
При обычном атмосферном давлении и температуре кипения серебра (~1000 градусов
Цельсия) среднее расстояние между атомами серебра превышает 40 ангстрем.
В реальном эксперименте (литий) давление составляло 15 мм. ртутного столба, т.е.
0.02 атмосферы, а среднее расстояние между атомами было приблизительно 2000 А.
Это означает, что атомы газообразного серебра (лития, калия...) представляют собой сито для внешнего поля, напряженностью 105 В/см.
Почему же определяется дипольный момент у молекул? Например, у молекул воды?
Ключом к ответу снова оказывается кольцегранная модель электронной оболочки.
В модельном эксперименте видно, что при столкновении одноатомных молекул,
малый момент инерции электронов позволяет им быстро ориентироваться, "провожая
электрон другого атома пристальным взглядом". В результате после разлета атомы
не вращаются. Таким образом, при любой температуре, вплоть до ионизации, атомы
газообразного серебра (и другие одноатомные молекулы) не вращаются. Именно поэтому и нет зависимости диэлектрической проницаемости газообразного серебра от
температуры.
Не понимая механизмов этих процессов, физики делают неправильные выводы об
отсутствии электрических дипольных моментов у атомов серебра и им подобных.
Как физики пытаются "спасать честь мундира", можно посмотреть здесь:
http://www.membrana.ru/forum/articles.html?page=99...
Наблюдая дискуссию можно убедиться, с каким упорством Alx отстаивает
ошибочные представления об однородности электрического поля в газе:
http://www.membrana.ru/forum/articles.html?page=10...
Копия дискуссии на DVD: http://ftp.decsy.ru/nanoworld2002/20041130/forum/index.htm
Ключевой фрагмент дискуссии:
Alx: ... то есть 5Е9В/см - это на расстоянии 1А (отсюда следует, что у вас плечо диполя - 1А, и элементарный заряд). Ладно, вольному воля. Да, так - можно, так с размерностями все ОК.
Не совсем хорошо, правда, получается с абсолютными цифрами, т.к. на расстоянии
соизмеримом с плечом диполя нельзя им пренебрегать... но не буду напрягать, это
уже сложная математика для Вас. Все равно там ошибка раза в полтора-два, не на
порядок - и то ладно...
Если это поправить, то будет все верно:
Е=9Е9*2*1.6Е-19*1Е-10/(2Е-7)3 = 36В/м = 0.36В/см
Да, Вы почти не ошиблись.
***
Alx: Вам нужно лишь устремить n и m к бесконечности и найти предел.
Kushelev: Мы уже нашли поле центрального атома, которое на расстоянии ~20
ангстрем уменьшается до уровня внешнего поля (105 В/см)
Поле ближайшего к нему атома вносит поправку ~0.4 В/см, с чем Вы, как я понял,
согласились.
***
Кушелев: Желательно учесть конкретные размеры конденсатора. Допустим, толщина
конденсатора = 2000 ангстрем, ширина = длине = 10 мм, т.е. 100 000 ангстрем.
Можно взять и конкретные данные с измерительной установки. :)
Кстати, в первом случае у Вас получится ряд не 1/n, а 1/n2, причем не для
бесконечного числа n, а для 100 000 / 2 / 2000 = 25 членов ряда.
В конкретных числах это будет:
1.6 + 0.4 + 0.1 + ... = ~3
Т.е. все атомы в плоском конденсаторе дадут Вам прибавку 3 В/см.
Если конденсатор будет толще, то прибавка будет больше, но с 105 В/см ее все
равно не сравнить... :)
***
Возражений со стороны физиков не последовало...
Может быть на этом форуме найдутся желающие спасти КМ от "моментальной" дипольной катастрофы? :)
С уважением, Ваш А.Кушелев, рук. лаб. Наномир |
» Альтернативный форум