Линейчатые спектры

Рис.15.1.

При переходе электрона с одного энергетического уровня на другой, согласно второму постулату Бора, выделяется или поглощается квант энергии

(15.11)

Если электрон переходит, например, со второй орбиты (n₂= 2) на пер­вую (n₁ = 1), то выделяется квант энергии. В обратном случае такой же квант энергии поглощается. Таким образом, максимальную энергию атому водорода нужно сообщить для того, чтобы перевести электрон на орбиту с n = 1 на n → ∞, т.е. оторвать его от ядра атома (ионизовать атом). Из соотношения (15.11) можно определить частоту ν или длину вол­ны λ = с/ν поглощаемого или ис­пускаемого фотона:

(15.12)

(15.13) сериальные формулы. Видно, что выражение (15.12) представляет собой обобщенную формулу Бальмера, а величина Ридберга. Значение R, вычисленное по формуле (15.14), совпадает с экспериментальным значением этой постоянной, что является подтверждением правильности теории Бора для атома водорода.

(15.14),

является постоянной Ридберга.

Рис.15.2. Рис.15.3.

Теория Бора объяснила расхождения при экспериментальных опре­делениях постоянной Ридберга для атома водорода и однократно ионизо­ванного атома гели

Постулат Бора о существовании стационарных состояний в атомах и правило частот нашли свое экспериментальное подтверждение в 1913 году в опытах Д. Франка и Г. Герца. Принципиальная схема экспери­ментальной установки показана на рисунке 30.2. Раскаленный катод К в виде спирали испускал электроны, которые под действием электрического поля двигались к аноду А, соединенному с гальванометром Г. Между катодом и анодом устанавливался сетчатый электрод . Вся эта система помещалась в стеклянный баллон, из которого был откачан воздух и вводились ртутные пары под давлением порядка 15 Па. Между катодом и сеткой создавалось ускоряющее элек­трическое поле с разностью потенциалов , а между сеткой и анодом - слабое замедляющее поле с разностью потенциалов , не превышающей 0,5 В. Электроны могут испытывать соударения с атомами ртути двоякого рода.

Первый тип соударений - упругие столкновения, которые приводят к простому рассеянию электронов без изменения ве­личины скорости электронов. Такие упругие столкновения не могут являться причиной полного отсутствия тока в цепи, который должен возрастать с увеличением ускоряющей разности потенциалов.

Второй тип соударений - неупругие столкновения электронов с атомами ртути - связан с потерей электронами их энергии и передачей этой энергии атомам ртути. Однако, в соответствии с постулатами Бора атом ртути не может принять произвольную энергию, а лишь определенную порцию энергии, равную разности энергий на различных энергети­ческих уровнях. Ближайшим к основному состоянию атома ртути явля­ется возбужденное состояние, имеющее разность энергий с основным состоянием 4,86 эВ. В связи с этим, электроны, ускоряемые полем, будут испытывать лишь упругие столкновения до тех пор, пока не приобретут энергию = 4,86 эВ. Как только энергия электронов достигает 4,86 эВ, начинают преобладать неупругие столкновения с полной передачей энергии электроном атому ртути. Электрон, потерявший свою энергию в результате столкновения с атомом ртути, не может преодолеть задерживающего поля между сеткой и анодом и не достигает анода. Это приводит к резкому падению анодного тока (рис. 30.3). Аналогичное явление будет происходить при = 2× 4,86 эВ и вообще говоря, при = 4,86 эВ, что подтверждает справедливость постулатов Бора.

Поиск по сайту: