1.1.3. Дослідження явища фотоефекту

В кінці ХІХ століття виявлено, що при освітленні поверхні тіла, при певних умовах, спостерігається «вибивання світлом» електронів з речовини – явище фотоефекту. Було експериментально встановлено три закони фотоефекту.

Перший закон: при фіксовані й частоті падаючого світла кількість фотоелектронів, що вилітають з фотокатода за одиницю часу, пропорційна до інтенсивності світла (сила фотоструму насичення пропорційна до енергетичної освітленості катода ‑ ).

Другий закон: максимальна початкова швидкість фотоелектронів не залежить від інтенсивності падаючого світла, а визначається лише його частотою і лінійно зростає із її збільшенням.

Третій закон: для кожної речовини існує «червона межа» фотоефекту, тобто максимальна довжина хвилі при якій спостерігається фотоефект.

Спроби пояснити ці закономірності з точки зору хвильової природи світла не увінчалися успіхом. Класична фізика виявилась не спроможною пояснити закономірності фотоефекту.

В 1905 р. Ейнштейн, по аналогії з квантовою теорією Планка про характер випромінювання енергії атомами, припустив, що атоми і поглинають енергію квантами. Він запропонував рівняння

де ‑ енергія кванта, ‑ робота виходу електрона з речовини, ‑ кінетична енергія фотоелектрона.

Дане рівняння пояснило всі закони фотоефекту.

Тобто, експерименти однозначно показують, що атоми випромінюють і поглинають електромагнітну енергію не неперервно, а квантами, які зосереджені в об’ємно-локалізованих електромагнітних утвореннях – фотонах.

1.1.4. Дослідження спектрів випромінювання атомів

Дослідження спектрів випромінювання розріджених газів (тобто спектрів випромінювання окремих атомів) показали, що їх спектри не суцільні, а кожному газу властивий певний специфічний лінійчастий спектр, який складається з окремих спектральних ліній.

У 1885р. Бальмер встановив, що довжина хвиль, відомих на той час, ліній спектра атому водню узгоджується з формулою

, ,

(1)

де ‑ стала Рідберга.

спектральні лінії, що відповідають різним значенням , утворюють серію ліній, яка називається серією Бальмера.

На початку ХХ ст.. у спектрі водню було виявлено ще кілька серій спектра випромінювання, які знаходяться у невидимих ділянках:

‑ в ультрафіолетовій області серія Лаймана: ,

‑ в інфрачервоній області – серія Пашена: ,

серія Брекета: ,

серія Пфунда: ,

серія Хомфрі: ,

Всі серії у спектрі атома водню можуть бути описані однією формулою – узагальненою формулою Бальмера.

,

(2)

де ‑ визначає серію,

а ‑ визначає окремі лінії серії.

У 1908р. Рідберг і Рітц установили комбінаційний принцип Рітца: частоти спектральних ліній випромінювання будь-якого атома можна подати у вигляді різниці двох термів

	(3)
Терм	(4)

де ‑ швидкість світла, ‑ порядковий номер елемента в таблиці атомів, ‑ ціле число.

Приведені формули (1)-(4) підібрані емпірично і до створення теорії будови атома не мали обґрунтування та пояснення.