Контрольные вопросы

1. На чем основана возможность измерения высоких температур пирометрическими методами? В каких пределах возможно определение температур пирометрическими методами?

2. В чем заключаются основные законы излучения абсолютно черного тела? Чем отличается излучение абсолютно черного тела от излучения других тел? Что можно сказать об их энергетических светимостях?

3. Запишите формулу Планка для испускательной способности абсолютно черного тела. Каков её физический смысл?

4. Какая температура называется яркостной? Как связаны между собой яркостная и истинная температуры тела?

5. Полагая, что вся энергия, приходящая от Солнца на Землю излучается нагретой поверхностью Земли назад в космическое пространство, оценить среднюю температуру поверхности Земли. Средняя плотность потока солнечного излучения составляет 1,36 кВт/м².

6. Оценить максимально возможную температуру поверхности Земли, нагреваемой солнцем. Средняя плотность потока солнечного излучения составляет 1,36 кВт/м².

Работа № 3 изучение серии бальмера.

Цель работы:  ознакомиться с одним из методов наблюдения линейчатых спектров, оп­ределить длину волны линий водорода и рассчитать по ним постоянную Ридберга.

Приборы и принадлежности:  монохроматор УМ-2 с установленным на рельсе кон­ден­сором, ртутная лампа, разрядная трубка, система зажигания.

Введение

Положение линий в атомных спектрах может быть объяснено только на основе кван­товых представле­ний. Квантовая механика показывает, что энергия электронов в атоме может принимать не любые, а только некоторые определенные значения, образуя дискрет­ный набор. Состояния с различными значениями энергии называются уровнями. Спек­тральные линии возникают при переходе электронов с одного уровня на другой (более низкий), энергия кванта равна разности энергий этих двух уровней:

ћ  _nm = E_n - E_m (1).

Здесь ћ - постоянная Планка, равная 1,027∙10 ^-27 эргс. Совокупность линий, имеющих об­щий нижний уровень, т.е. одинаковые значения m составляет спектральную серию. Наиболее простую картину образуют уровни атома водорода. Теория показывает, что уровни энергии атома водорода подчиняются зависимости

E _n  – 1/ n² (2),

где n - целое число (главное квантовое число).

Из (1) и (2) следует, что длины волн спектральных линий описываются формулой:

1 /_nm = R (1/m ² –1/n²) (3),

где R - некоторая константа, называемая постоянной Ридберга, а m и n целые числа. Формула (3) известна в спектроскопии очень давно (с 1885 г.) Она была найдена эмпирически и получила название обобщенной формулы Бальмера. Формула правильно описывает экспе­риментальные значения длин волн спектральных линий водорода при R=1,097∙10⁵ см^-1 Поиски физического смысла этой формулы (Н.Бор, 1913 г.) привели к созданию квантовой теории атома. Квантовая механика позволяет вычислить величину постоянной Ридберга:

R=²me⁴/ c ћ³ (4),

где e - заряд электрона, m - его масса , c - скорость света.¹

На рис. 1 изображены уровни энергии атома водорода, а стрелками обозначены пере­ходы между уровнями, соответствующие спектральным линиям различных серий. Из рисунка видно, что линии в спектре водорода можно расположить по сериям: для всех линий данной серии значение m остается постоянным, а n может принимать любые значения от n=m+1 до  . В настоящей работе изучается серия Бальмера, часть линий которой лежит в видимой области. Для серии Бальмера m=2 . Величина n для первых четырех линий этой серии принимает значения 3, 4, 5, 6. Эти линии обозначаются символами Н_, Н_, Н_, Н_. Другие линии этой серии лежат в ультрафиолетовой области спектра.