А.Н. Матвеев - Атомная физика (1120551), страница 21
Текст из файла (страница 21)
В опытах эта контактная разность потенциалов была равна 0,8 В. Поэтому, чт.обы получить фактическую разность потенциалов, которая ускоряет электроны, необходимо к 1>' прибавить 0,8 В. Это приводит к сдвигу всей кривой на рис. 46 вправо на 0,8 В. Расстояние между максимумами от этого не изменяется, но первый максимум попадает на разность потенциалов 4,9 В.
Интерпретация результатов опыта. Чтобы объяснить такой характер вольтамперной характеристики, необходимо допустить, что при столкновении электронов с атомами ртути последние могут поглощать лишь дискретные порции энергии, равные 4,9 эВ. При энергии электронов, меньшей 4,9 эВ, их столкновения с атомами ртути могут быть только упругими и электроны приходят на сетку с энергией, достаточной для преодоления запирающего потенциала между сеткой А и пластиной В. Когда разность потенциалов достигнет 4,9 эВ, электроны при неупругом столкновении с атомами ртути вблизи сетки отдадут им всю свою энергию и уже не смогут преодолеть запирающей разности потенциалов между сеткой А и пластиной В.
Следовательно, на пластину В могут попасть лишь электроны, не испытавшие неупругого столкновения, и поэтому при разности потенциалов 4,9 В сила тока начинает уменьшаться. Когда разность потенциалов достигает такого значения, что достаточное число электронов после неупругого столкновения успевает приобрести энергию, необходимую для преодоления Опыты Франка и Герца (19131,дали пря- мое экспериментальное доказатепьстао дискретности атомных состояний. Что такое резонансные потенциалы и какие характеристики атомных состояний они по- зеоляк>т определить? задерживающего потенциала, начинается новый рост силы тока. При достижении разности потенциалов 9,8 В электрон после одного неупругого столкновения приходи~ к сетке с энергией = 4,9 эВ, достаточной для второго неупругого столкновения.
При втором неупругом столкновении электрон теряет всю свою энергию и не достигает пластины В. Поэтому сила тока начинает уменьшаться (второй максимум на вольт-амперной характеристике). Последующие максимумы объясняются аналогично, Из опыта следует, что разница в энергии основного состояния атома ртути и ближайшего возбужденного состояния равна 4,9 эВ, что и доказывает дискретность состояний атомных систем. Аналогичные опыты в дальнейшем были произведены с другими атомами. Для всех них были получены характерные разнос~и потенциалов, называемые резгпкп>сиь>ми потев>- »иалами.
Для калия резонансный потенциал равен 1,63 В, для натрия- 2,12 В и т.д. Резонансный потенциал соответствует переходу атома с основного состояния (с минимальной энергией) в ближайшее возбужденное состояние. Однако у атома кроме ближайшего (первого) возбужденного состояния имеется множество других возбужденных состояний. Поэтому если атому сообщить энергию, достаточную для перехода в более высокое возбужденное состояние, он такой переход может соверп>ить. Для исследования высших степеней возбуждения атома используется несколько видоизмененная методика, однако принцип исследования не меняешься и нет необходимости описывать соответствующие опыты.
Все опыгы такого рода приводят к заключению, что 78 3 дискретность атомных состояний состояния атомных систем изменяются лишь дискретно. Представление о дискретности атомных состояний противоречит классической механике. Это означает, что классическая механика неприменима для описания поведения атомных систем. !3. Атомвые спектры Излагаются экспериментальные закономерности агомных спек~ров и анализируется их несовместимость с «пассическими представлениями об излучении Возбуждение спектров излучения. Материальные тела являются источниками электромагнитного излучения. В принципе существует два вида излучения, различающихся способом их возбуждения: 1) тепловое излучение; 2) различные виды люминесценции: а) электролюминесценция, б) хемилюминесценция, в) флуоресценция, Тепловое излучение возникает в результате нагревания тел.
При столкновении друг с другом атомы и молекулы приобретают энергию, переходя в возбужденное состояние. Затем эту энергию они излучают. Таким образом, источником энергии при тепловом излучении является кинетическая энергия теплового движения атомов и молекул. Люминесценцией называются все виды испускания света, в которых кинетическая тепловая энергия несущественна для механизма возбуждения, Электролнгминееценцией называется свечение в электрических разрядах всех видов.
Хемилюминеецепцией называется излучение, когда возбуждение атомов происходит в результате химических реакпий. Флуоресценция -это излучение атомов, возбужденных в результате поглощения света. Во второй половине прошлого столетия были проведены многочисленные и тщательные исследования спектров излучения. Оказалось, что спектр излучения молекул состоит из широких размытых полос без резких границ.
Такого рода спектры были названы нолоеитыми. Спектр излучения атомов имеет совсем другой вид. Он состоит из отдельных, резко обозначенных линий. В связи с этим спектры атомов были названы линейчатыми. Для каждого элемента имеется вполне определенный излучаемый им линейчатый спектр. Вид линейчатого спектра не зависит от способа возбуждения атома.
По спектру можно определить элемент, которому он принадлежит. Линии в спектрах располат-аются закономерно. Найти закономерности расположения линий излучения в линейчатых спектрах и объяснить эти закономерности было важнейшей задачей физического исследования, Первые шаги были сделаны в направлении подбора эмпирических формул, которые бы правильно описывали положение отдельных линий в спектрах. Первый удачный шаг был сделан Бальмером, нашедтпим эмпирическую формулу для части линий излучения в спектре атома водорода. Экспериментальные закономерности в линейчатых спектрах. Анализ эмпирического материала по линсйчатым спектрам показал, что отдельные линии в спектрах могу~ быть объединены в группы линий, которые принято называть сериями. Бальмер открыл (1885), что линии в видимой части спектра водорода можно представить следующей простой формулой: Р1У~2г 1гнг) 1н З 4 5 ) (13.1) где А — постоянная величина, су„г — час- 5 13.
Атомные спектры тога излучения соответствующей линии. Эта серия линий называется серией Бальмера. Лайман открыл (1906) другую серию линий, лежащую в ультрафиолетовой части спектра атома водорода: о>ы = Я(1/1г — 1(лг) (л = 2, 3, 4,, ) (13.2) Эта серия называется серией Лаймана.
Пашен открыл (1908) серию в инфракрасной части спектра атома водорода: с>„г = Я(1,'Зг — 1(пг) (и = 4, 5, 6, ...). (13,3) Эта серия называется серией Пашела. В дальнейшем в инфракрасной части спектра водорода были открыты также другие серии: серия Брэд ета ст Я(1»4г 1/лг) (л 5 6 7 ) (13.4) серия Пфундта а>„, = Я(1/5 — 1(л') (л = 6, 7, 8, ...). (13.5) Рассмотрение формул (13.1) — (13.5) для частот спектральных серий показывает, что каждая из частот является разностью двух величин, зависящих от целого числа. Если Т(п) = Я>'пг, (13.6) Комбинационный принцип Ритце утверждает, что все линии в спектре излучения атома могут быть представлены как комбинации спектральных термов атома, Однако не все мыслимые комбинации спектральных термов атома соответствуют фактически существующим линиям в спектре.
Некоторые комбинации являются запрещвннымн, Прввила, показывающие, какие комбинации тврмов возможны. а какие запрещены. называются правилами отбора. В чем состоят главные противоречия между зкспернментапьными закономерностями излучения атомов н предсказаниями классической теории излучения? то каждую излученную часто~у можно представить в виде разности величин (13.6) при различных значениях целых чисел: о>ы .= ТЯ вЂ” Т(л). (13.7) Серия линий получается по формуле (13.7), если одно из целых чисел фиксировано, а другое пробегает все целые значения, большие фиксированного целого числа, Комбинационный принцип.
Таким образом„излучение атома водорода характеризуется величинами Т(п) = Я(пг (л = 1, 2, 3, ...), (13.8) которые называются спектральными термами. Все излучаемые частоты могу~ быть представлены как комбинации спектральных термов вида (13,7). Это правило, сформулированное Ритцем (1908), называется комоинаиионным при>и)ипом Рит>)а. Исследование спектров более сложных атомов показало, что частоты линий их излучения также представляются в виде разнос~ей спектральных термов, характерных для данного атома, но формулы для термов бывают несколько сложнее, чем формула (13.6) для атома водорода. Наиболее простыми термами, похожими на термы атома водорода, являются термы щелочных металлов: Т(п) = Я>Дп + и)г, (1 3.9) где а и Я,-некоторые постоянные величины.
Комбинационный принцип утверждает, что все линии в спектре излучения атома могут быть представлены как комбинации спектральных термов атома. Однако не все мыслимые комбинации спектральных термов атома соответствуют фактически существую- 80 3. дискретность атомных состояний щим линиям в спектре. Некоторые комбинации термов являются запрещенными. Правила, показывающие, какие комбинации термов возможны, а какие запрещены, называются привилиии отбора. Первоначально правила отбора были установлены эмпирически, затем обьяснены теоретически.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
