Лабораторна робота №33. СП-021. Гліб О.В.

Лабораторна робота № 33

Дослідження спектра випромінювання атомарного водню. Визначення сталої Рідберга та маси електрона.

Прилади та приладдя:

1) розрядна трубка з воднем;

2) котушка Румкорфа та джерело живлення ВС4-12;

3) спектроскоп СЛП-1;

4) газорозрядна ртутно-кварцова лампа ДРТ-200 з джерелом живлення.

Постулати Бора. Походження лінійчатих спектрів

В теорії Бора розглядається будова та процеси випромінювання атома водню та воднеподібних атомів, тобто іонів, які складаються з ядра та од­ного електрона (Не+, Li2+, Be3+, ...). Заряд ядра дорівнює +Ze, де Z - атомний номер елемента, е - елементарний заряд. В простішому варіанті теорії Бора вважається, що електрон рухається в полі ядра по круговій ор­біті під дією кулонівської сили, яка і надає електрону доцентрового при­скорення. Справедливість такого припущення витікає з результатів дослідів Резерфорда, які свідчать, що закон Кулона виконується принаймні до від­станей між зарядами ~ 10-14 м, що на чотири порядки менше розміру ато­мів. Згідно законам класичної механіки, електрон може обертатися навколо ядра по круговій орбіті будь-якого радіуса, тобто ніяких обмежень на орбі­тальний рух електрона не існує, отже, і повна механічна енергія електрона в атомі може набувати довільних значень. Але Бор, всупереч таким виснов­кам класичної механіки, формулює постулати про існування певних обме­жень на рух електрона в атомі, стверджуючи, по суті, існування деяких до­даткових (не класичних) законів руху та випромінювання в атомних систе­мах.

Перший постулат (про існування стаціонарних станів). Електрон в атомі може здійснювати стійкий рух лише по певних, дозволених орбітах, які називаються стаціонарними. Обертаючись по будь-якій з стаціонарних орбіт, електрон не випромінює електромагнітні хвилі, а отже повна енергія електрона (енергія атома) в стаціонарних станах не змінюється. Кожному стаціонарному стану атома відповідає строго визначена енергія, тобто ене­ргія атома може дорівнювати лише одному із значень дискретного ряду Е1, Е2, ... Еn, ... (Е1 < Е2< ... < Еn ...). які називаються енергетичними рівнями атома. Інших значень енергія атома набувати не може.

Другий постулат (рівняння частот). Енергія атома може змінюва­тись тільки стрибкоподібно - шляхом квантового переходу атома з одного стаціонарного стану в інший (переходу електрона з однієї стаціонарної ор­біти на іншу). При переході електрона з енергетичного рівня з більшою енергією Еk на рівень з меншою енергією Еn атом випромінює квант енергії, частота v якого визначається умовою:

(1)

При квантовому переході в зворотному напрямку, Ек→Еn, атом поглинає відповідну кількість енергії. Набір усіх можливих дискретних частот при квантових переходах і визначає лінійчатий спектр випромінювання атома.

Відмітимо, що рівняння частот (1) написано на основі застосування для квантових переходів закону збереження енергії.

При вирішенні питання про те, які саме електронні орбіти в атомі є дозволеними, Бору довелося ввести ще одну додаткову гіпотезу, яку нази­вають умовою квантування (іноді - третім постулатом): орбітальний момент імпульсу електрона на дозволеній (стаціонарній) орбіті повинен бути кратний величині :

n = 1,2,3,… (2)

де т - маса електрона; v - швидкість його руху по орбіті радіуса r; h - ста­ла Планка.