Mikä on Bohrin säde?

Bohrin säde on atomifysiikassa käytetty mittayksikkö kuvaamaan vetyatomin ytimen ympäri kiertävän elektronin pienintä mahdollista sädettä. Sen kehitti Niels Bohr perustuen vuonna 1913 käyttöön otettuun atomirakenteeseen. Bohrin säteen arvoksi lasketaan noin 0.53 angströmia.
Atomimallissaan Niels Bohr teorioi, että elektronit seuraavat tiettyjä pyöreitä kiertoratoja keskiytimen ympärillä, joita sähköstaattinen voima pitää paikallaan. Tämä malli osoittautui myöhemmin vääräksi ja sitä pidetään nyt liian yksinkertaisena kuvauksena atomien rakenteesta. Nykyiset teoriat kuvaavat elektronien sijaintia pallomaisina todennäköisyysvyöhykkeinä, joita kutsutaan kuoriksi. Bohrin sädettä pidetään kuitenkin edelleen hyödyllisenä fysiikassa, koska se tarjoaa edelleen fyysisen mittauksen pienimmälle säteelle, joka elektronilla voi olla. Fysiikan opiskelijat oppivat usein ensin Bohrin mallin ja yhtälöt johdantona ennen kuin siirrytään monimutkaisempiin ja tarkempiin malleihin.

Vety, jossa on vain yksi elektroni, on yksinkertaisin kaikista atomeista, minkä vuoksi Bohrin säde perustuu siihen. Bohrin malli selittää, että elektronin kiertorata voi vaihdella sen energiamäärän mukaan. Bohrin säde arvioi vetyelektronin kiertorataa sen ollessa perustilassa tai pienimmällä energialla.

Bohrin säteen laskemiseen käytetään useita tekijöitä. Pienennetty Planckin vakio, kvanttimekaniikassa käytetty fyysinen vakio, on jaettu useilla muilla yksiköillä. Näitä ovat elektronin massa, valon nopeus tyhjiössä ja hienorakennevakio, joka on toinen fysiikassa käytetty fysikaalinen vakio.

Yksi tekijä, jota Bohrin sädeyhtälö ei ota huomioon, on pienentynyt massa, joka viittaa järjestelmiin, joissa kaksi tai useampia hiukkasia kohdistavat voimaa toisiinsa. Kun sädettä käytetään vakiona monimutkaisempia atomeja koskevissa yhtälöissä, tämä on järkevää ja itse asiassa helpompaa. Tämä johtuu siitä, että alennetun massan korjauksen olisi oltava erilainen kuin vedyn osalta vaadittava korjaus, ja sen sisällyttäminen tekisi säätöstä monimutkaisemman. Se kuitenkin vääristää vetyatomin säteen mittausta hieman. Sen laskemiseksi tarkemmin on toinen kaava, joka sisältää atomin protonin ja elektronin Comptonin aallonpituuden.