נילס בוהר

• ביוגרפיה
• מבנה האטום
• 5 דקות קריאה

הפיזיקאי שהסביר איך האלקטרונים מסודרים בתוך האטום — ציר זמן של חייו, מה בדיוק הוא גילה, ולמה המודל שלו עדיין נלמד בכיתה.

התשובה בקצרה

נילס בוהר היה פיזיקאי דני שחי בין 1885 ל־1962. הוא הראה שהאלקטרונים באטום יכולים להימצא רק ברמות אנרגיה מסוימות, ושהאטום פולט אור כשאלקטרון קופץ מרמה לרמה.

1. מודל האטום: פורסם ב־1913, והסביר לראשונה את הצבעים שמימן פולט.
2. פרס נובל בפיזיקה: הוענק לו ב־1922 על חקר מבנה האטום.
3. המכון בקופנהגן: ייסד אותו ב־1921, והוא הפך למרכז שבו נבנתה תורת הקוונטים.

למי זה מיועד: מבנה האטום נלמד כבר בחטיבת הביניים. המודל של בוהר עצמו נלמד בהרחבה בתיכון, במגמת פיזיקה. אם אתם צריכים רק את העיקר — הוא נמצא בסעיף השני.

מי היה נילס בוהר

בוהר נולד בקופנהגן, בירת דנמרק, וגדל בבית של אנשי מדע. אביו היה פרופסור לפיזיולוגיה באוניברסיטה. בוהר למד פיזיקה באוניברסיטת קופנהגן, ומשם יצא לאנגליה לעבוד לצד חוקרי האטום הגדולים של התקופה.

שנה	מה קרה
1885	נולד בקופנהגן, דנמרק.
1911	מסיים דוקטורט בפיזיקה ונוסע לאנגליה.
1912	מצטרף למעבדה של ארנסט רתרפורד במנצ’סטר.
1913	מפרסם את מודל האטום שלו.
1921	פותח בקופנהגן מכון לפיזיקה תיאורטית.
1922	זוכה בפרס נובל בפיזיקה.
1927	מתחיל בוויכוח המפורסם עם אלברט איינשטיין על תורת הקוונטים.
1943	בורח מדנמרק הכבושה בידי הנאצים לשוודיה, ומשם לבריטניה.
1962	נפטר בקופנהגן, בגיל 77.

המודל של בוהר — מה הוא גילה

בוהר פתר בעיה שהטרידה את כל הפיזיקאים של אותה תקופה. זמן קצר קודם לכן גילה ארנסט רתרפורד שבמרכז האטום יש גרעין קטן וחיובי, והאלקטרונים השליליים נמצאים סביבו. את האלקטרונים מחזיקה המשיכה החשמלית לגרעין, זו שמתוארת בחוק קולון.

הבעיה: לפי הפיזיקה של אותם ימים, אלקטרון שמסתובב סביב גרעין אמור לאבד אנרגיה כל הזמן, ולהתרסק אל הגרעין בתוך שבריר שנייה. אבל אטומים לא קורסים. משהו בתיאור היה חסר.

בוהר הציע שלושה רעיונות שפתרו את זה:

1. רמות אנרגיה קבועות. האלקטרון יכול להימצא רק במסלולים מסוימים, ולכל מסלול יש אנרגיה קבועה. בין המסלולים — אסור לו להיות.
2. בלי איבוד אנרגיה. כל עוד האלקטרון נשאר באותו מסלול, הוא לא מאבד אנרגיה. לכן האטום יציב.
3. קפיצה פולטת אור. כשאלקטרון קופץ מרמה גבוהה לרמה נמוכה, האטום פולט אור. האנרגיה של האור שווה בדיוק להפרש בין שתי הרמות, וההפרש הזה קובע את הצבע.

הרעיון השלישי הוא מה שהפך את בוהר למפורסם. כבר עשרות שנים ידעו שגז מימן זוהר רק בכמה צבעים מסוימים, ואף אחד לא ידע להסביר למה. בוהר חישב מראש את הצבעים האלה מתוך המודל שלו — והם התאימו למדידות.

מהמודל לתורת הקוונטים

המודל של בוהר עבד מצוין עבור מימן, האטום הפשוט ביותר, שיש בו אלקטרון אחד בלבד. באטומים עם הרבה אלקטרונים החישובים שלו כבר לא התאימו למדידות. הוא היה צעד ראשון, לא התשובה הסופית.

באמצע שנות העשרים פיתחו הייזנברג וארווין שרדינגר את מכניקת הקוונטים, התורה שמתארת את העולם בקנה מידה של אטומים. רבים מהרעיונות שלה התגבשו במכון של בוהר בקופנהגן, שהפך למקום שאליו הגיעו פיזיקאים צעירים מכל העולם.

לפי התורה החדשה, אי אפשר לדעת בדיוק איפה האלקטרון נמצא. אפשר רק לחשב את הסיכוי למצוא אותו בכל מקום. בוהר תמך ברעיון הזה בכל כוחו. אלברט איינשטיין התנגד לו, וכתב במכתב לחבר שהוא לא מאמין שהטבע מתנהל לפי מזל. השניים התווכחו על כך במשך שנים, מתוך הערכה הדדית עמוקה.

איפה רואים את זה בחיים

• שלטי ניאון

  זרם חשמלי מעלה את האלקטרונים בגז לרמה גבוהה. כשהם חוזרים למטה, הגז זוהר. זו הקפיצה שבוהר תיאר.

• צבעי הזיקוקים

  כל חומר בזיקוק פולט צבע אחר, כי לכל חומר יש רמות אנרגיה משלו. הצבע הוא מעין טביעת אצבע של החומר.

• מדבקות שזוהרות בחושך

  ביום הן סופגות אור, והאלקטרונים עולים לרמה גבוהה. בלילה הם חוזרים למטה לאט, והמדבקה זוהרת עוד זמן רב.

שאלות נפוצות

אם המודל של בוהר לא מדויק, למה לומדים אותו?

כי הרעיון המרכזי שלו נכון, והוא הרבה יותר פשוט מתורת הקוונטים המלאה. הוא מסביר נכון את הצבעים של מימן, ומלמד את מושג רמות האנרגיה, שמופיע בכל הפיזיקה והכימיה שתלמדו בהמשך.

מה ההבדל בין המודל של רתרפורד למודל של בוהר?

רתרפורד גילה שיש באטום גרעין קטן, והאלקטרונים סביבו. הוא לא הסביר למה האלקטרונים לא נופלים אל הגרעין. בוהר הוסיף את הכלל החסר: האלקטרונים נמצאים רק ברמות אנרגיה מסוימות, ובהן הם יציבים.

על מה בוהר קיבל פרס נובל?

על המחקר שלו על מבנה האטום ועל האור שאטומים פולטים. הוא קיבל את פרס נובל בפיזיקה לשנת 1922, בגיל 37.

רוצים להבין את הכוח שמחזיק את האטום?

בקורס החשמל והמגנטיות כל נושא מוסבר בסרטון, מהמטען הבודד ועד השדה החשמלי, עם תרגילים פתורים לאורך הדרך. משלמים פעם אחת, והקורס נשאר אצלכם.

לקורס החשמל והמגנטיות