Матвеев А.Н. Квантовая механика (1185136), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Если это второе неупругое столкновение произошло, электрон теряет всю свою энергию и не достигает пластины В. Поэтому ток через гальванометр Г начинает уменьшаться. Этим объясняется наличие второго 44 максимума на вольт-амперной характеристике. Последующие максимумы объясняются аналогичным образом. Из этого опыта следует, что разность энергии между основным состоянием атома ртути и ближайшим возбужденным состоянием равна 4,9 эв. Опыты Франка — Герца являются прямым экспериментальным доказательством дискретности состояний атомных систем. Аналогичные опыты в дальнейшем были произведены и с другими атомами. Для всех них были получены соответствующие характерные разности потенциалов, называемые резонансными потенциалами.
Для калия резонансный потенциал равен 1,63 в, для натрия— 2,12 в и т. д. Однако атомы могут находиться не только в двух возможных состояниях. Фактически таких состояний бесчисленное множество. Резонансный потенциал соответствует переходу атома из основного состояния в ближайшее (первое) возбужденное состояние. Однако, если атому сообщить дополнительно необходимое количество энергии, он может перейти в следующее возбужденное состояние и т. д. Для исследования высших степеней возбуждения атома используется несколько видоизмененная методика, однако принцип исследования ие изменяется.
Поэтому мы не будем описывать соответствующие опыты. Все опыты такого рода приводят к заключению, что состояния атомных систем могут изменяться лишь дисперсно. Представление о дисперсности атомных состояний коренным образом противоречит классической механике. Отсюда можно заключить, что классическая механика неприменима для описания поведения атомных систем. Задачи к гл. 3 3.1.
В спектре звезды Сириуса максимум интенсивности излучения приходится на длину волны Х „— - 0,29 !О 'см. Определить температуру поверхности Сириуса. 3.2. Абсолютно черное тело, имеющее форму шара с радиусом г =- 15 см, поддерживается при постоянной температуре Т. Мощность излучения данного тела составляет Р = 20 ккал/лшн. Определить его температуру. Отв.
Т.= ( „„, ) =-545', а дается формулой (11.12). Глава 4 АТОМНЫЕ СПЕКТРЫ В 14. Возбуждение спектров излучения Материальные тела являются источниками электромагнитного излучения. В принципе существуют два вида излучения, различающиеся способом их возбуждения: 1) температурное излучение; 2) различные виды люминесценции: а) электролюминесценция, б) химилюминесценция, в) флуоресценция. Температурное излучение возникает за счет 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. Электролюминесценцией называется свечение в электрических разрядах всех видов.
Химилюминесценцией называется излучение, когда возбуждение атомов происходит за счет энергии, выделяемой при химических реакциях. 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 полосатыми. 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 нм линейчатый спектр. Вид линейчатого спектра не зависит от способа возбуждения атома. 46 По спектру можно определить элемент, которому этот спектр принадлежит. Линии в спектрах располагаются 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, нашедшим эмпирическую формулу для части линий излучения в спектре атома водорода. 9 15. Экспериментальные закономерности в линейчатых спектрах Спектральные серии атома водорода. Анализ эмпирического материала по линейчатым спектрам показал, что отдельные линии в спектрах могут быть объединены в группы линий, которые принято называть сериями. В 1885 г. Бальмер открыл, что линии в видимой части спектра водорода можно представить следующей простой формулой: (!5.3) 47 „2--=-Р(-~ — —,!эт), а==3, 4, 5, ..., (15.1) где Й вЂ” постоянная величина, ы — частота соответствующей линии.
Эта серия линий называется серией Бальмера. В 1906 г. Лаймен открыл другую серию линий, лежащую в ультрафиолетовой части спектра атома водорода: ыю — — Н( — — — „;-), п- — — 2, 3, 4, ... (15.2) Эта серия называется серией Лаймена. В 1908 г. Пашен открыл серию в инфракрасной части спектра атома водорода: Г ! 1 Эта серия называется серией Пашена. В дальнейшем в инфракрасной части спектра водорода были открыты также другие серии: серия Брэкета: а>лв=й( 4;. — --,), и.
-5, 6, 7, ...; (15.4) серия Пфундта: Г 1 1 (15.5) Рассмотрение формул (15.1) — (!5.5) для частот спектральных серий показывает, что каждая из частот является разностью двух величин, зависящих от целого числа. Спектральные термы. Если обозначить Т(п) = —;, И л2 (15.6) то каждую излученную частоту можно представить в виде разности величин (15.6) при различных значениях целых чисел: ы„~ =- Т (1) — Т (и). (15.7) Серия линий получается по формуле (15.7), 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)-= —,, и —..— 1, 2, 3, 4„..., которые называются спектральными термами.
Все излучаемые частоты могут быть представлены как комбинации спектральных термов вида (15.7). Это правило называется комбинационным принципом Ритца, сформулированным Рптцем в 1908 г. Исследование спектров более сложных атомов показало, что частоты линий их излучения также представляются в виде разностей спектральных термов, характерных для данного атома, но формулы для термов бывают несколько сложнее, чем формула (15.6) для атома водорода.
Наиболее простыми термами, похожими на термы атома водорода, являются термы щелочных металлов: д1 Т(п) =. (15.8) й 16. Несовместимость закономерностей излучения с классическими представлениями Прежде всего с точки зрения классических представлений непонятен сам факт устойчивого существования материальных тел. Многочисленными экспериментами было установлено, что в атомы 48 где а и Й, — 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 существующим линиям в спектре. Некоторые комбинации термов являются запрещенными. Правила, показывающие, какие комбинации термов возможны, а какие запрещены, называюгся правилами отбора. Первоначально правила отбора были установлены эмпирически, затем объяснены теоретически.
Онн будут изложены в этой книге позднее, при изложении теории спектров. дз зз 4 (16.1) а расстояние между линиями неограниченно уменьшается. Ясно, что такое поведение полностью противоречит тому, что можно было бы ожидать на основе классической теории излучения. 4 заказ м шза материальных тел входят положительные и отрицательные заряды. Известно было также, что эти положительные и отрицательные заряды заключены в конечном объеме, определяемом размерами атома. По известной теореме Ирншоу классической электродинамики между зарядами возможно лишь динамическое равновесие.
Следовательно, необходимо считать, что положительные и отрицательные заряды в атоме находятся в относительном движении, точный закон которого для данного рассуждения несуществен. Но если заряд находится в постоянном движении в пределах конечного объема, он должен двигаться с ускорением. Классическая электро- динамика утверждает, что ускоренно движущийся заряд излучает электромагнитные волны, с которыми уносится соответствующая энергия. Следовательно, заряды в атоме должны постоянно терять энергию в виде электромагнитного излучения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
