La estructura atómica

Actividades

Se elige el material del blanco, en el control de selección Material del blanco.

Se introduce

• la energía de la partícula alfa en MeV

Se pulsa el botón titulado Empieza

Las partículas alfa emitidas por el material radioactivo comiencen a bombardear el blanco.

Al lado del material del blanco elegido, se proporciona el dato de su numero atómico Z. Cuanto mayor sea éste, mayor será la intensidad de la fuerza repulsiva entre el núcleo fijo de dicho elemento y la partícula alfa. Verificar la influencia del número atómico en el experimento de dispersión, manteniendo constante la energía de las partículas alfa incidentes.

Experimentar con distintos blancos y energías de las partículas alfa. Observar que son muy raros los sucesos en los que la partícula alfa experimenta una gran desviación.

Este programa interactivo no es una simulación real de la experiencia de Rutherford, solamente trata de explicar los aspectos esenciales de este famosa experiencia. El programa ha sido alterado para mostrar algunos sucesos en los que una partícula alfa resulta desviada, que en la experiencia real son altamente improbables.

Simulación de la experiencia de Rutherford

Los experimentos llevados a cabo por Geiger y Mardsen en el laboratorio de Rutherford consistían en bombardear una lámina de oro de menos de un micrómetro de espesor con partículas alfa que provenían de la desintegración del radio y cuya energía era del orden de 5 MeV.

Observaron que la mayor parte de las partículas que atravesaban la lámina seguían una línea recta o se desviaban un ángulo muy pequeño de la dirección inicial. Solamente, muy pocas partículas se desviaban grandes ángulos, lo que contradecía el modelo atómico propuesto por Thomson. Rutherford supuso que dichas desviaciones provenían de una única interacción entre la partícula proyectil y el átomo, el cual debería alojar en su interior una fuente pequeña pero intensa de campo eléctrico, el núcleo.

El programa interactivo (más abajo) simula un haz cilíndrico y homogéneo de partículas que se dirigen hacia los átomos que forman el blanco. Se dispersan debido a la interacción eléctrica y se registran en unos detectores de anchura angular 1º, que en forma de anillo que cubren el intervalo 0-180º.

En nuestra versión simplificada, se supondrá que la masa del núcleo es mucho mayor que la del proyectil, y que el espesor del blanco será tal que cada partícula incidente del haz experimenta una única interacción.

• Se elige el material del blanco, en el control de selección Blanco.
• Se elige el tipo de partículas incidentes, en el control de selección Proyectil.

Se introduce

• La energía de las partículas incidentes en MeV, en el control de edición titulado Energía
• El número de partículas incidentes, en el control de edición titulado N.proyectiles

Se activa el botón de radio Resultados y se pulsa el botón titulado Calcula, el programa muestra el número de partículas dispersadas en distintos intervalos angulares.

Se activa el botón de radio titulado Gráfica y a continuación, se pulsa el botón titulado Calcula. Comprobamos la fórmula de Rutherford de la siguiente manera:

Tomando logaritmos en la fórmula de Rutherford

donde s (F )= N/(2p·senF), N es el número de partículas registradas en el detector de ángulo F.

En el eje vertical, se representa el logaritmo de s (F ). En el eje horizontal se representa el logaritmo del seno de la mitad del ángulo de dispersión sen(F /2).

Se obtiene una línea recta cuya pendiente es –4 o un número muy próximo a éste. Verificándose de este modo, la famosa fórmula de Rutherford.