Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 161

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 161)

ХХХУП1. ИЗЛУЧЕНИЕ А'1'ОМОВ И МОЛЕКУЛ Если и зна 1ительно больше единицы, то можно положить приблизительно 2.йс Рп+1,п ПЗ В области этих длинных волн следует ожидать совпадения частоты испускаемого света, вычисленной по квантовой теории, с частотой, определяемой классическими методами, т,е. с частотой обращения электрона. Эта последняя имеет для обоих стационарных состояний практически совпадающие значения (ибо и » 1), а именно: 2~ зДз з 1208.2) "+1 п~ре4пб Приравнивая, согласно сказанному, квантовое и классическое выражения для частоты, найдем 4Д~ Я 2~зДз з (208.3) пб д.2ре4П6 откуда (208.4) Таким образом, допущение о совпадении для области низких частот результатов расчетов, основанных на постулатах Бора и на классической теории, позволило выразить постоянную Ридберга через универсальные постоянные атома и, следовательно, установить спектральную формулу для водорода при помощи постулатов Бора в виде Х= -" =Л( —, — —,) = ~ ( —, — —,).

~208.5) Подставив значения,и, е, с и Ь, найдем Л = 1,097 10~ см 1, что превосходно совпадает с опытным значением В = 109678 см Итак, подобные соображения привели Бора к спектральной формуле, которая численно прекрасно передает результаты наблюдений. Примененный Бором прием установления соответствия между квантовой и классической теориями лег в основу так называемого принципа соответствия, сыгравшего важную роль на первом этапе развития квантовой теории атома. Итак, метод Бора. позволил детальным образом интерпретировать огромный спектроскопический материал и, в частности, спектр атома водорода.

Частоты спектральных линий были связаны с энергиями стационарных состояний атома. На прилагаемой схеме рис. 38.3 совокупность таких энергетических уровней вычерчена с соблюдением масштаба, так что вертикальное расстояние между соответствующими уровнями прямо дает частоту испускаемых линий. Числа, указанньте на схеме переходов, означают значения длин волн, выраженные в А = 10 см. На схеме легко также видеть, что серия Лаймана соответствует переходам с одного из высших уровней на основной уровень, т.е. уровень, соответствующий минимальному запасу энергии, серия Баль- мера — переходам с верхних уровней на второй и т.д.

Предельное люминиоцицция (максимальное) значение и соответствует для каждой серии случаю, когда т = оо (Е,„ = О), т.е. начальное состояние соответствует бесконечно большому удалению электрона от ядра или полному отрыву электрона от атома. Это состояние есть состояние ионизации. Таким образом, энергия ионизации должна равняться Ьи и ее можно вычислить, если известна частота границы серии, т.е.

и Е. эВ 1г Рис. 38.3. Схема энергетических уровней атома водорода ~~'оо + ~нкнн 1'кнн Р= Ь. Ь =и + (208.6) Сравнение результатов таких вычислений с данными непосредственных измерений энергии ионизации приводит к весьма удовлетворительному совпадению. Так как электрон. отделенный от атома, может обладать произвольной кинетической энергией Ф „„, то при его захвате ионом должна освобождаться энергия Ьи + Ж „„. Следовательно, согласно второму постулату Бора, будет излучаться частота 1'Л. ХХХУП1. ИЗЛУЧЕ11ИЕ А'1'ОМОВ И МОЛЕКУЛ 661 Другими словами, при этих условиях возможно излучение с частотой, большей, чем граница серии, на любую величину сГ „„/11.

Таким образом, излучение должно образовать сплошной сиекшр, примыкающий к границе серии, как действительно и наблюдается на. опыте. ~ 209. Резонансное излучение Поглощение монохроматического света. атомами пара или газа сообщает поглощающему атому определенный запас энергии. Исследуя, в каком состоянии оказывается атом в результате такого воздействия, Вуд (1904 — 1905 гг.) осуществил следующий опыт (рис. 38.4). В эвакуированный баллон С был помещен кусочек металлического натрия, и Рис. 38.4. Схема опытов но резонансному возбуждению паров натрия баллон был нагрет так, что он заполнялся парами натрия.

Свет от горелки с введенной поваренной солью, которая интенсивно испускает желтые линии В1 и 02 натрия, направлялся при помощи линзы 1 на сосуд С. На пути падающих лучей пары в сосуде начинали светиться желтым светом, спектроскопическое исследование которого показало, что он состоит также из желтых линий, характерных для спектра, натрия (Л11, = 589,6 нм и Лр, = 589,0 нм). При повышении температуры сосуда, т.е.

при увеличении плотности пара, свечение стягивается к месту входа лучей, превращаясь в свечение тонкого поверхностного слоя. Последнее явление обусловливается увеличением поглощения линий .01 и .02 по мере возрастания плотности пара натрия, в результате чего возбужда1оший свет перестает проникать в глубь сосуда. При этом обе линии В1 и Пя сливаются. Аналогичное явление Вуд наблюдал и в парах ртути, причем в данном случае возбуждающий1 свет представлял собой излу~1ение ртути с Л = 253,7 нм. Конечно, сосуд с парами должен быть сделан из кварца, а источником возбуждения должна служить ртутная линия, испускаемая, например, ртутной кварцевой лампой, горящей в таких условиях, при которых возбужда1ощая линия Л = 253,7 нм достаточно резка и интенсивна (исключено поглощение возбуждающей линии более холодными слоями паров ртути, могущими скопляться в периферической части разряда). Удается наблюдать испускание и второй линии ртути Л = 185,0 нм, которая гораздо сильнее поглощается и наблюдение которой поэтому значительно труднее.

Впоследствии эти наблюдения были распространены и на другие элементы; несомненно, что опыт возможен с любым веществом, хотя практически из-за трудности подбора подходящего источника возбуждения и вследствие сильного поглощения соответствующих линий осуществление опыта может оказаться затруднительным. люминно цннция Истолкование опыта, приведшее к тому, что явление было названо резонансным излучеюьем, покоилось на классических представлениях о резонансе (совпадение периодов) возбуждающего света и возбуждаемого атома, в результате которого последний приходит в сильное колебание и становится самостоятельным источником соответствукнпего излучения.

Возможны, конечно, случаи, когда поглощающий атом передаст свою энергию окружающим атомам ранее, чем амплитуда его колебания приобретет заметное значение, т.е. ранее, чем резонансное излучение его достигнет наблюдаемой величины. В таком случае оно ускользнет от наблюдения, и эффект поглощения света сведется к нагреванию всего газа. Очевидно, что такие явления будут происходить при наличии сильного взаимодействия между окружающими атомами, например, при большой плотности пара или при добавлении к нему постороннего газа достаточной плотности. Действительно, при этих условиях свечение значительно слабеет или даже совсем пропадает (тушение свечения).

Так, если к парам ртути с давлением около 0,001 мм рт. ст,, обнаруживаюпгим хорошо выраженное резонансное свечение, добавить водород под давлением 0,2 мм рт. ст., то интенсивность свечения упадет вдвое; при большем давлении водорода свечение ослабевает соответственно сильнее. Аналогично действуют и добавки других газов„хотя количество, необходимое для ослабления свечения вдвое, зависит от природы добавляемого газа, что показывают приводимые ниже данные.

В рамках теории Бора резонансное свечение имеет иное истолкование, чем по классическим представлениям. Поглощение света частоты и соответствует сообщению атому энергии в количестве Ьи, благодаря чему атом переходит в возбужденное состояние с энергией Е2 — — Е1 + + Ьи, где Е1 энергия его первоначального состояния. Будучи предоставленным самому себе, он вернется в первоначальное состояние с меньшей энергией и потому более устойчивое, отдав избыток энергии в виде излучения, которое, согласно второму постулату Бора, и будет иметь частоту и, т.е.

будет иметь характер резонансного. То обстоятельство, что резонансное излучение натрия состоит из двух линий, доказывает, что атом натрия может существовать в двух дискретных, близких по энергии возбужденных состояниях (рис. 38.5). Атом, поглотивший свет, остается в возбужденном состоянии в течение некоторого времени. При помощи различных методов исследования удалось определить это время. Оно различно для каждого состояния данного атома и, конечно, различно для разных атомов. В общем, время это равно приблизительно 10 8 с (иногда несколько больше).

Отдельные состояния характеризуются столь болыпой устойчивостью, что атомы могут оставаться в них гораздо долыпе, пока какое-нибудь внешнее воздействие не заставит их выйти из этого состоя- 1'Л. ХХХУП1. ИЗЛУЧЕ11ИЕ А'1'ОМОВ И МОЛЕКУЛ 663 ния. Такие состояния носят название метастайильныт; как правило, они не имеют значения для излучения света, ибо выход из них, сопровожда1ощийся излучением, совершается сравнительно редко. Однако косвенно они игра1от важную роль, 2 способствуя накоплению атомов в та- Е ких промежуточных состояниях и делая возможным поглощение тех длин волн, которые отвечалот переводу атома в состояния с еще боль- П! В2 шей энергией.

Характеристики

Список файлов книги