Линейчатый спектр атома водорода.

Экспериментальное исследование спектров излучении разряженных газов (отдельных атомов) показали, что характерный линейчатый спектр каждого элемента представляет собой серии линий положение которых может быть описано простыми империческими формулами. Так положение линий атома водорода в видимой области спектра описываются формулой Бальмора:

Где R и R’ постоянные Ридберга. Позднее в ультрафиолетовой области была обнаружена серия Лайнера.

И в инфракрасной серия Пашена:

Серия Брекета:

Серия Фунта:

Серия Хемфе:

Все эти серии могут быть описаны обобщенной серией Бальмора.

Где м принимает значения 1,2,3 и так далее и определяет серию. А n=m+1 и определяет отдельные линии этой серии.

С увеличение n линии сери сближаются. Значение n равной бесконечности определяет границу серии который со стороны больших частот примыкает к сплошной спектра. Аналогичные сери были выделены в спектрах других атомов.

Постулаты Бора.

Для объяснений закономерностей в линейчатых спектрах Бор объединил планетарную модель атома Резерфорда с гипотезой Планка о квантовой теории природы света. Теория атома Бора основывается на двух постулатах:

1. Постулат стационарных состояний. Существует стационарные (не изменяющиеся со временем) состоянии атома находясь в которых он не излучает энергию. Стационарным состоянием атома соответствует стационарные орбиты по которым движутся электроны. Каждое стационарное состояние характеризуется определенным (дискретным) значением энергии. Движение электронов по стационарным орбитам не сопровождается излучение электромагнитных волн.

Правила квантования орбит Бора. Утверждает, что в стационарном состоянии атома электрон двигаясь по круговой орбите должен иметь квантованное значение момента импульса удовлетворяющему условию:

m_e масса электрона, r_n это его радиус н-ной орбиты, V – скорость на н-ной орбите.

Второй постулат Бора. При переходе атома из одного состоянии в другое. Испускается или поглощается один фотон с энергией:

Равный разности энергии соответствующих стационарных состояний где Em En происходит при переходе атома из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. При переходе электрона с орбиты более удаленной от ядра на ближнюю от ядра сопровождается поглощение фотона где Em En. Набор всевозможных квантовых частот переходов мы можем определять по формуле:

Опыты Франта и Герца.

В опытах Франца и Герца было экспериментально доказано существования в атомах стационарного состояния. Электроны эмитированные катодом K разгоняются в первой области под действием разности потенциалов . В области второй электроны проходят через пары ртути и достигают анода. Первое возбужденное состояние атома ртути имеет энергию 4,86 эВ.

П ри увеличении ускоряющего потенциала фи до этой величины соударении электронов с атомами становятся не упругими, электрон отдает кинетическую энергию атомам возбуждая переход из основного энергетического состояния в первое возбужденное состояния. И соответственно ток в установке резко уменьшается. При дальнейшем увеличении фи подобное же поведение токов наблюдается пр энергиях так же кратных 4,86 эВ. Когда электрон испытывает 2,3,4 … неупругих соударений, таким образом в атоме действительно существует стационарные состояния.

Возбужденные атомы ртути переходя в основное состояние излучают кванты света с длинной волны: