21.04.2020Поглощение и излучение энергии атомом. Непрерывный и линейчатый спектры. Спектры поглощения и излучения. Спектральный анализ и его применение.

Поглощение и излучение энергии атомом. Непрерывный и линейчатый спектры. Спектры поглощения и излучения. Спектральный анализ и его применение.

Границ научному познанию и предсказанию предвидеть невозможно»

Д.И. Менделеев

План .

1.просмотреть видиолекции и фильмы.

2.Ознакомиться с конспектом и выполнить его

3.Выполните задание

Подготовить сообщение:

а) применение спектрального анализа

б) история открытия спектрального анализа.

видеолекции к занятию:(interneturok.ru)

• Применение постулатов Н. Бора для объяснения линейчатых спектров атомов. Спектральный анализ.

• конспект лекции

• Физические основы работы лазеров. Применение лазеров

• конспект лекции

Фильмы:(interneturok.ru)

• Виды спектров
• ОТКРЫТИЕ СПЕКТРАЛЬНОГО АНАЛИЗА
• Излучение и поглощение энергии атомом.

Спектральные закономерности

В середине XVIII в. Г. Кирхгоф обнаружил: свечение газов дает четко выраженные дискретные линии.

Швейцарский препо­даватель И. Бальмер эмпирически вывел формулу для спектра водорода (1885):  , где п—любое целое число 2, т. е. п=3, 4, 5 и т.д.

Величина R носит название "постоянная Ридберга"

Для инфракрасной области спектра аналогичную формулу вывел Ф. Пашен:

,

где п—любое целое число 3, т. е. п=, 4, 5 и т.д.

А для ультрафиолетовой - Т. Лайман  , где п—любое целое число 1, т. е. п=2,3, 4, 5 и т.д.

Значения длин волн спектральных линий, вычисленных по этим формулам, совпадали с исключительной точностью со значениями длин волн этих ли­ний, измеренных эксперимен­тально. В конце XIX в. ученые обнаружили фундаментальную закономерность в микромире, которую в то время объяснить не смогли.

Только через 30 лет Н. Бор дал физическую интерпретацию этой формулы.

Он предположил, что два чле­на в формуле Бальмера представляют собой полные энергии разрешенных орбит элект­рона в атоме водорода.

Преобразовав формулу Бальмера (умножив обе части на h), получим: 

Учитывая, что согласно гипотезе Планка энергия кванта Δ , получим: 

Свои постулаты Н. Бор применил для построения теории атома водорода.

Постулаты Бора

1. Атомная система может находиться только в особых стационарных квантовых состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия Е_n . В стационарном состоянии атом не излучает.

2. При переходе атома из стационарного состояния с большей энергией E_k в стационарное состояние с меньшей энергией E_n излучается квант энергии: 

3. К этим постулатам следует добавить правило квантования орбит: в стационарном состоянии атома электрон, двигаясь по круговой орбите, должен иметь дискретные, квантованные значения момента импульса 

 где r_n - радиус n-ой орбиты; v_n—скорость электрона на этой орбите; m_e— масса электрона, п—целое число - номер орбиты или главное квантовое число.

Модель атома водорода по Бору

На электрон со стороны ядра действует кулоновская сила, сообщая ему центростремительное ускорение. Поэтому 

Из правила квантования: 

Подставляя уравнение для скорости электрона на орбите в предыдущее, получим:  , где n=1,2,3...

Если п=1,  а  r₁ =0,5-10^-10 м, то r₂=r₁^.n²=4r₁,  r₃=9r₁  и т.д.  

Т.о.    или r_n~n².

Полная энергия атома равна:      Е = E_k + E_п

Подставляя выражение для радиуса стационарной орбиты, получим: 

Знак "-" говорит о том, что между электроном и ядром действуют силы притяжения.

Переход электрона с более высокой орбиты k на орбиту п со­провождается излучением фотона с частотой:

Таким образом, мы пришли к формуле Бальмера,

где   - постоянная Ридберга.

Трудности теории Бора

Правило квантования Бора применимо не всегда, представление об определенных орбитах, по которым движется электрон в атоме Бора, оказалось условным. Теория Бора неприменима для многоэлектронных атомов и не объясняет ряд спектральных закономерностей.

В 1917 г. А. Эйнштейн предсказал возможность перехода атома с высшего энергетического состояния в низшее под влиянием внешнего воздействия. Такое излучение называется вын ужденным излучением и лежит в основе работы лазеров

Литература:

1) Физика атома и атомного ядра. Конспект. Лымарь
2) Тихомирова. Физика 11 кл. Глава 8. Атом.
3) Физика атома и атомного ядра. Мякишев