К УРГАНСКИЙ ИНСТИТУТ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

-филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Уральский государственный университет путей сообщения»

в г.Кургане

Факультет высшего профессионального образования

Специальность: 190901.65

Системы обеспечения железных дорог (автоматика, телемеханика и связь на ж/д транспорте)

Реферат

по дисциплине

Физика

Спектр атома водорода

Проверил Выполнил

доцент, к.п.н. студент гр. ШаЭ-2

______ Л.В. Акишина ________ К.С.Жакин

“____” _________ 2012 г. “___” _____________ 2012г.

Курган

2012

Введение…………………………………………………………………………...3

1. Строение и свойства атомов водорода

   1. Образование атома водорода и его спектр излучения.............................4

   2. Возбуждение и ионизация атома водорода………………………….….5

   3. Строение атома водорода в основном состоянии……………………....6

   4. Атом водорода в электрическом поле…………………….......................6

   5. Взаимодействие атома водорода с протоном…………………………...7

   6. Рекомбинация атомов водорода.................................................................9

2. Атом водорода в квантовой механике

   1. Энергия…………………………………………………………………...11

   2. Квантовые числа………………………………………………………...11

   3. Спектр…………………………………………………………………….13

3. Линейчатый спектр атома водорода……………………………………...….15

4. Спектр атома водорода по Бору………………………………………...…....16

4.1.Нахождение энергии электрона из модели Бора…………………….….19

5. 1s-Состояние электрона в атоме водорода…………………………………..21

6. Математическое описание атома водорода…………………………...…….22

6.1. Энергетический спектр………………………………………………….22

6.2.Волновые функции……………………………………………….………22

6.3.Угловой момент…………………………………………………….…….22

7. Визуализация орбиталей атома водорода………………………..………….22

Список литературы…………………………………………….…………...……25

Введение

Атом водорода — физическая система, состоящая из атомного ядра, несущего элементарный положительный электрический заряд, и электрона, несущего элементарный отрицательный электрический заряд. В состав атомного ядра может входить протон или протон с одним или несколькими нейтронами, образуя изотопы водорода. Электрон преимущественно находится в тонком концентрическом шаровом слое вокруг атомного ядра, образуя электронную оболочку атома. Наиболее вероятный радиус электронной оболочки атома водорода в стабильном состоянии равен боровскому радиусу a₀ = 0,529 Å.

Атом водорода имеет специальное значение в квантовой механике и релятивистской квантовой механике, поскольку для него проблема двух тел имеет точное или приближенное аналитическое решения. Эти решения применимы для разных изотопов водорода, с соответствующей коррекцией.

В квантовой механике атом водорода описывается двухчастичной матрицей плотности или двухчастичной волновой функцией. Также упрощенно рассматривается как электрон в электростатическом поле бесконечно тяжёлого атомного ядра, не участвующего в движении (или просто в кулоновском электростатическом потенциале вида 1/r). В этом случае атом водорода описывается редуцированной одночастичной матрицей плотности или волновой функцией.

В 1913 году Нильс Бор предложил модель атома водорода, имеющую множество предположений и упрощений, и вывел из неё спектр излучения водорода. Предположения модели не были полностью правильны, но тем не менее приводили к верным значениям энергетических уровней атома.

Результаты расчётов Бора были подтверждены в 1925—1926 годах строгим квантово-механическим анализом, основанном на уравнении Шрёдингера. Решение уравнения Шрёдингера для электрона в электростатическом поле атомного ядра выводится в аналитической форме. Оно описывает не только уровни энергии электрона и спектр излучения, но и форму атомных орбиталей.

Спектральные серии водорода — набор спектральных серий, составляющих спектр атома водорода. Поскольку водород — наиболее простой атом, его спектральные серии наиболее изучены. Они хорошо подчиняются формуле Ридберга:

,

где R = 109 677 см⁻¹ — постоянная Ридберга для водорода,   — основной уровень серии. Спектральные линии возникающие при переходах на основной энергетический уровень называются резонансными, все остальные — субординатными.