А.Н. Матвеев - Атомная физика (1121290), страница 22

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

Текст из файла (страница 22)

Бальмер открылется свечение в электрических разря­ (1885), что линии в видимой частидах всех видов. Хе милю мине сценцией спектра водорода можно представитьназывается излучение, когда возбуж­ следующей простой формулой:дение атом ов происходит в результа­ (о„2 = R(\/22 - 1/л2) (п = 3, 4, 5, ...),те химических реакций. Флуоресцен­(13.1)ция - э т о излучение атомов, возбуж­денных в результате поглощения света. где R -п о сто ян н ая величина, юп2-ч а с -§ 13. А том ны е спектрытота излучения соответствующей ли­нии.

Э та серия линий называется се­рией Балъмера.Л айм ан открыл (1906) другую се­рию линий, лежащую в ультрафиоле­товой части спектра атом а водорода:сов1 = Я (1/12 - 1/и2) (п = 2, 3, 4 , . . . ) .(13.2)Э та серия называется серией Лаймана.Пашен открыл (1908) серию в ин­фракрасной части спектра атом а во­дорода:®„з = R ( 1/32 - 1/и2) (и = 4, 5, 6, ...).(13.3)Э та серия называется серией Пашена.В дальнейшем в инфракрасной час­ти спектра водорода были открытытакже другие серии:серия Брэкета»„4 = Л (1/42 - 1/и2) (и = 5, 6, 7, ...),(13.4)серия Пфундтасо„5 = Я (1/52 - 1/и2) (и = 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. ЕслиТ (и) = Л/и2,**$(13.6)Комбинационный принцип Ритца утверж ­дает, что все линии в спектре излученияатома могут быть представлены как ком ­бинации спектральных термов атома.Однако не все мыслимые комбинацииспектральных термов атома соответству­ют фактически сущ ествую щ им линиям вспектре.

Некоторые комбинации являютсязапрещ енны ми.Правила, показывающ ие, какие ком бина­ции термов возмож ны , а какие за п р ещ е­ны, называются правилами отбора.В чем состоят главны е противоречия м еж дуэксп ери м ен тальн ы м и зако н о м ер н о стя м и и з ­лучения ато м о в и п р едсказан и ям и кл асси ч ес­кой теории излучения?то каждую излученную частоту мож ­но представить в виде разности вели­чин (13.6) при различных значенияхцелых чисел:соы = Т ([)-Т (п).(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. Такимобразом, излучение атом а водородахарактеризуется величинамиT(n) = R/ n2 (и = 1, 2, 3, . ..

) ,(13.8)которые называю тся спектральнымитермами.Все излучаемые частоты могутбыть представлены как комбинацииспектральных термов вида (13.7).Это правило, сформулированноеРитцем (1908), называется комбинаци­онным принципом Ритца.Исследование спектров более слож­ных атом ов показало, что частотылиний их излучения также представ­ляю тся в виде разностей спектраль­ных термов, характерных для данно­го атом а, но формулы для термовбываю т несколько сложнее, чем фор­м ула (13.6) для атом а водорода. Н аи­более простыми термами, похожимина термы атом а водорода, являю тсятермы щелочных металлов:Г(и) = Л 1/(и + а)2,(13.9)где а и R 1- некоторые постоянныевеличины.Комбинационный принцип утверж­дает, чтовсе линии в спектре излучения атом амогут быть представлены как ком ­бинации спектральных термов атома.Однако не все мыслимые ком би­нации спектральных терм ов атом а со­ответствую т фактически существую­8 0 3.

Д искретность атомных состоянийщим линиям в спектре. Некоторые занного противоречия и допустить,комбинации термов являю тся запре­ что энергия, потерянная атом ом нащенными. Правила, показывающие, излучение, каким-то образом компен­какие комбинации термов возможны, сируется, то все же классическая тео­а какие запрещены, называю тся пра­ рия не может объяснить закономер­вилами отбора. Первоначально пра­ ности в линейчатых спектрах. По клас­вила отбора были установлены эмпи­ сической теории, излучение являетсярически, затем объяснены теорети­ следствием ускоренного движения за­чески.рядов. Если это движение периоди­Несовместимость закономерностей ческое, то для определения частотизлучения с классическими представ­ излучения необходимо движение за­лениями.

Исходя из классических пред­ рядов представить в виде ряда Фурье,ставлений непонятен факт устойчи­ в котором присутствуют основнаявого существования материальных частота и частоты, кратные основной.тел. М ногочисленными эксперимен­ Таким образом, в спектре излучениятам и было установлено, что в атом ы должны присутствовать основная час­материальных тел входят положитель­ тота излучения и обертоны с частота­ные и отрицательные заряды. Извест­ ми, кратными основной частоте, т.

е.но было также, что они заключены в серия должна представлять набор ли­конечном объеме, определяемом раз­ ний, частоты которых расположенымерами атом а. По теореме Ирншоу, на равном расстоянии друг от друга.между зарядам и возможно лишь ди­ Однако это противоречит тому, чтонамическое равновесие. Следователь­ наблю дается в эксперименте.

Еслино, необходимо считать, что положи­ предположить, что различные линиительные и отрицательные заряды в данной серии принадлежат к различ­атоме находятся в относительном дви­ ным основным частотам, то из линийжении, точный закон которого для всех серий можно вы брать ряд линий,данного рассуждения несуществен. Но частоты которых друг от друга рас­если заряд находится в постоянном положены на равном расстоянии. Нодвижении в пределах конечного объ­ таких рядов линий в спектрах не на­ема, он должен двигаться с ускоре­ блюдается.

В частности, не удаетсянием. Классическая электродинамика объяснить сгущение линий. Н апри­утверждает, что ускоренно движущий­ мер, в серии Бальм ера (13.1) при уве­ся заряд излучает электромагнитные личении п частоты спектра приближа­волны, с которыми уносится соответ­ ю тся к предельной частотествующая энергия. Следовательно, за­«>«,.2 = 7 4 * ,(13.10)ряды в атоме должны постоянно те­рять энергию в виде электромагнит­ а разность между соседними частота­ного излучения. Это означает, что ми неограниченно уменьшается.

Т а­стационарное состояние атом ов не­ кое поведение частот противоречитвозможно, т. е. невозможно устойчи­ тому, что можно было бы ожидать навое существование материальных тел. основе классической теории излучения.Таким образом,Поэтому классическая электродина­мика в применении к атом ны м явле­ экспериментальные закономерности из­ниям находится в глубоком противо­ лучения атом ов находятся в серьез­ном противоречии с предсказаниямиречии с экспериментом.Если отвлечься от только что ука­ классической теории излучения.

Т оль­§ 14. Ядерная мо д ел ь атома 81ко принципиальные изменения клас­сических представлений могут при­вести к объяснению закономерностейизлучения атомов. Комбинационныйпринцип служит выражением своеоб­разия новых законов, управляющихвнутриатомными движениями.14.

Ядерная модель атомаРассматриваются опыты Резерфорда, привед­шие к установлению ядерной модели атома.Излагается элементарная квантовая теория Борастроения и излучения атома водорода и ее эле­ментарное обобщение на эллиптические орбитыс учетом конечной массы ядра.Две модели строения атома. В началеXX в. реальность атом ов стала обще­признанной; установлено существова­ние положительных и отрицательныхзарядов и открыт носитель отрица­тельного заряд а-эл ектрон ; носительположительных зарядов (протон) ос­тавался неизвестным, но существова­ние положительных ионов известно.Было ясно, что атом ы составляю тсложную электрическую систему, имею­щую размер порядка 10“ 8 см. Н аповестку дня встал вопрос о строенииатома.

Поскольку в целом атом нейтра­лен, положительные и отрицательныезаряды, входящие в атом , должнывзаимно компенсироваться. Теорети­чески существовали две модели строе­ния атом а. Согласно первой модели(модель Томсона), по всему объемуатом а с некоторой объемной плот­ностью распределен положительныйзаряд.

Электроны погружены в этусреду из положительного заряда. Элек­троны взаимодействуют с элемента­ми положительно заряженной средыатом а по закону Кулона. При откло­нении электрона от положения равно­весия возникаю т силы, которые стре­мятся возвратить его в положениеравновесия. Благодаря этому возни­6 219каю т колебания электрона. К олеба­ния электронов обусловливают излу­чение атомов.Вторая модель приписывала ато­му строение, аналогичное строениюСолнечной системы: в центре нахо­дится положительно заряженное яд­ро, вокруг которого, подобно плане­там , движутся электроны, удерживае­мые у ядра силами кулоновского при­тяжения.Каково строение атом а в действи­тельности, мог решить только экспе­римент.

Задача состояла в том, чтобыопределить распределение электричес­кого заряда в атоме. Основная идеязаклю чалась в использовании тогофакта, что законы рассеяния заряжен­ных частиц атом ам и зависят от рас­пределения заряда в атоме. Зная этузависимость, можно по рассеянию за­ряженных частиц на атом ах опреде­лить распределение заряда в нем, т. е.экспериментально исследовать строе­ние атома.Формула Резерфорда.

Характеристики

Список файлов книги