تجربة رقاقة الذهب
تجربة گايگر-مارسدن Geiger–Marsden experiment أو تجربة رقاقة الذهب هي تجربة تعتمد على تسليط أشعة من جسيمات ألفا على رقاقة ذهب، فوجد أن بعض الأشعة تنعكس، والبعض ينحرف، ومعظمها ينكسر، ويدل ذلك على وجود بعض مساحات فارغة في الذرة، وأيضًا وجود جسيمات لها نفس شحنة الأشعة، وهناك جسيمات لها شحنة مختلفة عن شحنة الأشعة.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
طريقة اجراء التجربة والنتائج
أسفل: Observed results: a small portion of the particles were deflected, indicating a small, concentrated positive charge. Note that the image is not to scale; in reality the nucleus is vastly smaller than the electron shell.
Rutherford's experiment consisted of a beam of alpha particles, generated by the radioactive decay of radon, was directed normally onto a sheet of very thin gold foil in an evacuated chamber. A zinc sulfide screen at the focus of a microscope was used as a detector; the screen and microscope could be swivelled around the foil to observe particles deflected at any given angle. Under the prevailing plum pudding model, the alpha particles should all have been deflected by, at most, a few degrees; measuring the pattern of scattered particles was expected to provide information about the distribution of charge within the atom. However, the actual results surprised Rutherford. Although many of the alpha particles did pass through as expected, many others were deflected at small angles while others were reflected back to the alpha source. They observed that a very small percentage of particles were deflected through angles much larger than 90 degrees. According to Rutherford:
It was quite the most incredible event that has ever happened to me in my life. It was almost as incredible as if you fired a 15-inch shell at a piece of tissue paper and it came back and hit you. On consideration, I realized that this scattering backward must be the result of a single collision, and when I made calculations I saw that it was impossible to get anything of that order of magnitude unless you took a system in which the greater part of the mass of the atom was concentrated in a minute nucleus. It was then that I had the idea of an atom with a minute massive center, carrying a charge.[1]
— إرنست رذرفورد
تركيب الجهاز
1- أنبوبة سميكة من الرصاص بها قطعة من عنصر مشع مثل الراديوم المشع، حيث تخرج منه جسيمات ألفا.
2- ألواح معدنية من الرصاص توضع متوازية أمام مصدر الإشعاع الراديوم للحصول علي شعاع مستقيم من جسيمات ألفا ،و لضمان عدم تسرب الأشعة.
3- لوحة معدنية علي هيئة دائرة غير مكتملة مغطاة بطبقة من كبريتيد الخارصين الذي يعطي وميضاً عند اصطدام جسيمات ألفا به.
4- صفيحة رقيقة من الذهب سمكها حوالي0.0001 سم
خطوات تجربة رذرفورد
جعل رذرفورد جسيمات ألفا تصطدم باللوحة المعدنية المغطاة بكبريتيد الخارصين ZnS، وذلك لتحديد مكان وعدد جسيمات ألفا المصطدمة باللوحة المعدنية, وذلك من الومضات التي ظهرت عليها.
2- وضع صفيحة رقيقة جداً من الذهب بحيث تعترض مسار الأشعة قبل اصطدامها باللوحة المعدنية.
المشاهدة
شاهد رذرفورد أن - معظم جسيمات ألفا نفذت دون أن تعاني أي انحراف، ونسبة قليلة جداً من جسيمات ألفا لم تنفذ من صفيحة الذهب وارتدت عكس مسارها, ووجد أن نسبة ضئيلة جداً من جسيمات ألفا نفذت خلال صفيحة الذهب ثم انحرفت عن مسارها.
الاستنتاج
استنتج رذرفورد أن : معظم حجم الذرة فراغ، وأنه يوجد بالذرة جزء ذو كثافة عالية ويشغل حيزاً صغيراً جداً وتتركز فيه كتلة الذرة وهو الجزء الذي انعكس عن مساره, وأن نفاذ الأشعة يعني أن معظم حجم الذرة فراغ وانحراف الأشعة يعني أنها اقتربت من جسم مشحون بشحنة مشابهة (موجبة) لذلك تنافرت معها, أي أن شحنة النواة موجبة.وجد ان الذرة فيها فراغ كبير
نموذج رذرفورد لتركيب الذرة
من التجربة السابقة اقترح رذرفورد نموذجاً جديداً لتركيب الذرة والذي يشير إلي أن الذرة تتكون من نواة صغيرة جدا في الحجم بالنسبة لحجم الذره وثقيلة الكتلة موجبة الشحنة محاطة بإلكترونات صغيرة الحجم والكتلة ولدرجة انه عند حساب كتلة الذره فيمكن اهمال كتلتها ولا يمكن اهمال شحنتها السالبة والتي تعادل شحنة النواة الموجبة.
اقرأ أيضا
وصلات خارجية
- Images of Rutherford's 1911 paper
- Description of the experiment, from the New Mexico Institute of Mining and Technology[dead link]
- Description of the experiment, from cambridgephysics.org
- ^ David C. Cassidy, Gerald James Holton, Gerald Holton, Floyd James Rutherford, (2002) Understanding Physics Harvard Project Physics Published by Birkhäuser, p. 642 ISBN 0-387-98756-8, ISBN 978-0-387-98756-9