Лабораторна робота №19
Тема: Дослідження закономірностей будови атомів та процесів випромінювання ними світла.
Мета: 1. Формувати уміння проводити експериментальні дослідження.
2. Формувати реальне уявлення про будову атомів і квантовий характер їх параметрів та процесів в них.
Обладнання: Лабораторний стенд, установка для дослідження спектрів випромінювання атомів ФПК-09 (генератор-опромінювач з набором спектральних трубок: Ne, Kr, He, H; спектрометр СУ-1).
Міри безпеки:
1. До роботи з установкою ФПК-09 допускаються особи, ознайомлені з її будовою, принципом дії, мірами безпеки та отримавші допуск викладача до виконання лабораторної роботи.
2. Генератор-опромінювач повинен бути заземленим.
3. В генераторі є небезпечна для життя напруга, тому при експлуатації необхідно суворо дотримуватись відповідних мір безпеки:
‑ заміну спектральних трубок здійснювати обережно і тільки при вимкненому вимикачі «сеть»генератора згідно пункту 3.2.1.
‑ вмикати установку тільки на час проведення досліджень;
‑ режим роботи: час неперервної роботи 45хв, перерва 10-15 хв.
‑ не залишати ввімкнену установку без нагляду.
7. При виявленні неполадків, виконання лабораторної роботи припинити, пристрій вимкнути (вимкнути вимикач 1-SF1 на лабораторному стенді та вимикач «сеть» на генераторі) та повідомити викладача.
1 Теоретичні відомості
1.1 Експериментальні властивості атомів.
1.1.1 Спроба перетворення атомів
Тривалий час алхіміки, хіміки, фізики намагалися здійснити перетворення однієї речовини в іншу, тобто атоми однієї речовини перетворити в атоми іншої, але нікому це не вдавалося. Тільки в ХХ столітті нарешті вдалося це реалізувати. Виявилося, що атом, в переважній більшості, дуже стабільне утворення.
1.1.2 Дослідження теплового випромінювання
Шляхом
аналізу і узагальнення результатів
експериментальних досліджень теплового
випромінювання на кінець ХІХ століття
були установлені три закони теплового
випромінювання. Закон
Кірхгофа:
відношення випромінювальної здатності
тіла до його поглинальної здатності
не залежить від матеріалу тіла, воно є
для всіх тіл універсальною функцією
частоти
і температури
.
|
|
де
,
,
‑
відповідно, випромінювальна, поглинальна
здатність тіла і випромінювальна
здатність абсолютно чорного тіла на
частоті
і при температурі
.
Закон Стефана-Больцмана: інтегральна випромінювальна здатність абсолютно чорного тіла пропорційна четвертому степеню його абсолютної температури
|
|
де
‑
стала Стефана-Больцмана
Закон
зміщення Віна:
Нагріте тіло випромінює енергію найбільше
на певній частоті, яка залежить від його
температури. Довжина хвилі
,
яка відповідає максимальному значенню
випромінювальної здатності
абсолютно чорного тіла, обернено
пропорційна його температурі.
|
|
де
‑
стала Віна.
Пояснити ці закономірності виходячи з законів молекулярної фізики та електродинаміки класична фізика не змогла.
В 1900 р. Планк, всупереч класичній фізиці, припустив, що атоми і молекули випромінюють енергію не неперервно, як випливає з класичної фізики, а окремими порціями, квантами, величина яких
|
|
де
‑
частота випромінювання,
‑
стала Планка.
Опираючись
на свою гіпотезу, Планк теоретично
обґрунтував і пояснив всі закони
теплового випромінювання, розрахував
числові значення сталих
і
які дуже добре співпали з їх
експериментальними значеннями.
Узгодження теорії і експерименту показувало, що випромінювання енергії атомами дійсно здійснюється квантами.