Физика 1 курс 2 семестр / 30 лабораторная работа впросы

Поволжский Государственный

Университет Телекоммуникации и

Информатики

Кафедра Физики

Лабораторная работа № 30

Определение потенциала ионизации атомов

Выполнил:

Ядринцев С.М.

ИКТ-92

ОТЧЕТ 1. Первый постулат: Атомы имеют ряд стационарных состояний соответствующих определенным значениям энергий: Е1, Е2...En. Находясь в стационарном состоянии, атом энергии не излучает и не поглощает, несмотря на движение электронов. Второй постулат: В стационарном состоянии атома электроны движутся по стационарным орбитам, для которых выполняется квантовое соотношение: m•V•r = n•h/2•p где m•V•r =L - момент импульса, n=1,2,3...,h-постоянная Планка. Третий постулат: Излучение или поглощение энергии атомом происходит при переходе его из одного стационарного состояния в другое. При этом излучается или поглощается порция энергии (квант) , равная разности энергий стационарных состояний, между которыми происходит переход: ε= h• ν= Em-En 2. 3. Линейчатый - это спектр, испускаемый газами, парами малой плотности в атомарном состоянии Спектр поглощения — зависимость показателя поглащения вещества от длины волны излучения Спектры испускания бывают трех видов: Сплошной - это спектр, содержащий все длины волн определенного диапазона от красного с λ ≈ 7,6·10-7 м до фиолетового с λ ≈ 4·10-7 м. Сплошной спектр излучают нагретые твердые и жидкие вещества, газы, нагретые под большим давлением. 4. Энергия ионизации — разновидность энергия связи или, как её иногда называют, первый ионизационный потенциал (I₁), представляет собой наименьшую энергию, необходимую для удаления электрона от свободного атома в его низшем энергетическом (основном) состоянии на бесконечность.

5. Возбуждение в физике — переход системы из основного энергетического состояния в состояние с большей энергией. Возбуждение в квантовой физике происходит как квантовый скачок квантовой системы Энергией связи называют энергию, которую надо затратить, чтоб расщепить ядро на свободные нуклоны 6. Квантовое число в квантовой механике — численное значение какой-либо квантованной переменной микроскопического объекта, характеризующее состояние этого объекта. Задание всех квантовых чисел однозначно и полностью характеризует состояние частицы.

Например, состояние электрона в атоме и вид описывающей его волновой функции могут быть охарактеризованы четырьмя квантовыми числами: главным,{\displaystyle n} орбитальным{\displaystyle l}, магнитным и {\displaystyle m} спиновым. 7. Принцип исключения Паули утверждает, что два электрона (или два любых других фермиона) не могут иметь одинаковое квантово-механическое состояние в одном атоме или одной молекуле 8. Основной квантовой характеристикой электронов многоэлектронного атома является волновая функция Ч^/. Из решения уравнения Шредингера (в указанной приближённой постановке) следует вывод, что волновые функции 4^J электронов определяются четырьмя квантовыми числами — п,1, т /, т „

Ч⁾ =Ч⁾ (n, I, т I, т ,),

где п - главное квантовое число, п = 1, 2,3,....,со,

I - орбитальное квантовое число, I = 0, 1, 2,..... п - 1, т I - магнитное квантовое число, т / = 0, +1, +2,.... +1,

т , - спиновое квантовое число, т _s = + 1, -1. 9. Опыт Франка — Герца — опыт, явившийся экспериментальным доказательством дискретности внутренней энергии атома. Поставлен в 1913 Франком и Герцем.

На рисунке приведена схема опыта. К катоду К и сетке C₁ электровакуумной трубки, наполненной парами ртути, прикладывается разность потенциалов V, ускоряющая электроны, и снимается вольт-амперная характеристика. К сетке C₂ и аноду А прикладывается замедляющая разность потенциалов. Ускоренные в области I электроны испытывают соударения с атомами Hg в области II. Если энергия электронов после соударения достаточна для преодоления замедляющего потенциала в области III, то они попадут на анод. Следовательно, показания гальванометра Г зависят от потери электронами энергии при ударе.

В опыте наблюдался монотонный рост тока I при увеличении ускоряющего напряжения вплоть до 4,9 В, то есть электроны с энергией Е < 4,9 эВ испытывали упругие соударения с атомами Hg, и внутренняя энергия атомов не менялась. При значении V = 4,9 В (и кратных ему значениях 9,8 В, 14,7 В) появлялись резкие спады тока. Это определённым образом указывало на то, что при этих значениях V соударения электронов с атомами носят неупругий характер, то есть энергия электронов достаточна для возбуждения атомов Hg. При кратных 4,9 эВ значениях энергии электроны могут испытывать неупругие столкновения несколько раз.

 Из опыта следует, что при увеличении ускоряющего потенциала вплоть до 4,86 В анодный ток возрастает монотонно, его значение проходит через максимум (4,86 В), затем резко уменьшается и возрастает вновь.

Таким образом, опыт Франка — Герца показал, что спектр поглощаемой атомом энергии не непрерывен, а дискретен, минимальная порция , которую может поглотить атом Hg, равна 4,9 эВ. Значение длины волны λ = 253,7 нм свечения паров Hg, возникавшее при V > 4,9 В, оказалось в соответствии со вторым постулатом Бора. 10. Энергия ионизации, численно равная Ui зависит от строения атома, т. е. от его места в периодической системе элементов Менделеева (рис. 2.11). Потенциал ионизации Ui представляет собой периодическую функцию атомного номера элемента Z, и значения Ui снижаются с уменьшением номера группы и увеличением номера периода таблицы Менделеева. 11. Между катодом и сеткой тиратрона (трехэлектродной лампы), наполненной, например, парами ксенона, приложена разность потенциалов, ускоряющая электроны, вылетающие из катода. Величина напряжения может меняться потенциометром и измеряться вольтметром. Разность потенциалов между сеткой и анодом создается батареей в 4,5В, причем потенциал анода ниже потенциала сетки. Поскольку между анодом и катодом приложено тормозящее поле, при увеличении положительного потенциала сетки относительно катода ток возрастает линейно. Когда потенциал сетки достигает некоторого критического значения, скорость возрастания тока резко увеличивается. Это объясняется тем, что некоторые электроны под действием ускоряющего поля между катодом и сеткой приобретают энергию, достаточную для ионизации атомов ксенона. Выбитые электроны увеличивают анодный ток, а положительные ионы уменьшают величину пространственного заряда около катода. На вольт-амперной характеристике получается четко выраженный излом, позволяющий оценить значение потенциала ионизации (рис. 2).

12. Тиратрон  — это газоразрядная лампа с накаливаемым катодом, в которой, кроме катода и анода, имеется сетка. Баллон заполняется парами ртути, инертным газом или водородом. В тиратронах применяется оксидный катод (прямого накала или подогревный). Сетка по своему устройству во многих типах тиратронов отличается от сетки триода. Она служит для управления величиной напряжения зажигания и располагается так, чтобы электрическое поле анода не могло попасть на катод, минуя сетку (в противном случае зажигание тиратрона будет происходить независимо от потенциала сетки). У большинства тиратронов катод окружается металлическим экраном, который исключает возможность проникновения поля от анода к катоду, минуя сетку.