Vad är Bohr-radien?

Bohr-radien är en måttenhet som används i atomfysiken för att beskriva den minsta möjliga radien för en elektron som kretsar kring kärnan i en väteatom. Det utvecklades av Niels Bohr, baserat på hans modell för atomstruktur, som infördes 1913. Värdet på Bohr-radien beräknas vara cirka 0,53 ångström.

I sin modell av en atom teoretiserade Niels Bohr att elektroner följer specifika cirkulära banor runt den centrala kärnan, som hålls på plats av elektrostatisk kraft. Denna modell visade sig senare vara felaktig och anses nu vara alltför enkel beskrivning av atomstrukturen. Aktuella teorier beskriver placeringen av elektroner i termer av sfäriska sannolikhetszoner, kända som skal. Bohr-radien anses fortfarande vara användbar inom fysiken, eftersom den fortsätter att ge en fysisk mätning för den minsta radien en elektron kan ha. Fysikstudenter lär sig ofta Bohrs modell och ekvationer först, som en introduktion innan de går vidare till mer komplicerade och exakta modeller.

Väte, med bara en elektron, är den enklaste av alla atomer, varför Bohr-radien är baserad på den. Bohrs modell förklarar att en elektronbana kan variera beroende på den mängd energi den har. Bohr-radien uppskattar vätelektronens omloppsbana medan den befinner sig i dess marktillstånd, eller vid lägsta energi.

Det finns flera faktorer som används för att beräkna Bohr-radien. Den reducerade Plancks konstanten, en fysisk konstant som används i kvantmekanik, är uppdelad av flera andra enheter. Dessa inkluderar elektronens massa, ljusets hastighet i ett vakuum och den fina strukturkonstanten, som är en annan fysisk konstant som används i fysiken.

En faktor som inte redovisas av Bohr-radieekvationen är reducerad massa, som avser system där två eller flera partiklar utövar kraft på varandra. När radien används som en konstant i ekvationer med hänvisning till mer komplexa atomer, är det meningsfullt och är faktiskt mer bekvämt. Detta beror på det faktum att den minskade massakorrigeringen måste vara annorlunda än den som krävs för väte, och att inkludera den skulle göra justeringen mer komplicerad. Det snedställer dock mätningen av väteatomens radie något. För att beräkna det mer exakt finns det en andra formel som involverar Compton-våglängden för atomens proton och elektron.