Постулаты Бора

С точки зрения классической электродинамики атом Резерфорда неустойчив (электроны, обращаясь вокруг ядра должны терять энергию на излучение ЭМВ и упасть на ядро), а спектр излучения должен быть сплошным. Устойчивость атома и линейчатый спектр излучения не находили объяснения с позиций классической физики. Исходя из этого в 1913 г. Бор сформулировал два важнейших постулата квантовой физики:

1. длительное время атом может находиться только в определенных стационарных состояниях, которые характеризуются дискретными значениями энергии E₁, E₂, … . В этих состояниях атом не излучает;

2. при переходе из стационарного состояния с большей энергией E₂ в стационарное состояние с меньшей энергией E₁ атом излучает квант энергии - правило частот Бора.

• При поглощении кванта происходит обратный процесс: атом переходит из состоянияE₁ в E₂ (такой переход возможен также и при столкновении атома с другим атомом).

Опыт Франка и Герца (1913)

О пыт имел целью обнаружить дискретность атомных состояний. А – анод, К – катод, С – сетка,U – ускоряющее напряжение, G – гальванометр для регистрации тока. В баллоне с парами Hg при давлении 130 Па электроны, испускаемые горячим катодом ускоряются напряжением U, проходят сетку и попадают в тормозящее поле с напряжением U_T В.

Зависимость анодного тока I от ускоряющего напряжения

Uимеет вид:

Максимумы кривой соответствуют значениям энергии электрона (полученной в ускоряющем поле) равным

E₁ = 4,9эВ, Е₂ = 2Е₁, Е₃ = 3Е₁ и т.д.

Значит, атомы могут поглощать дискретные порции энергии, равные 4,9эВ. При Е< 4,9эВ столкновения электронов с атомами ртути упругие (без изменения внутренней энергии атомов) и электроны, пройдя сетку, могут преодолеть тормозящее поле сетка-анод.

При U = 4,9В и Е = 4,9эВ электроны в близи сетки начинают испытывать неупругие столкновения, они отдают энергию атомам ртути и уже не могут преодолеть тормозя-щее поле. До анода дойдут только те электроны, которые не испытают неупругое столкновение, т.е. начиная с U = 4,9ВI начинает уменьшается. Далее, с ростом U все большее число электронов после неупругого столкновения успевает набрать энергию и преодолеть тормозящее поле, т.е. I снова растет.

При U = 9,8В электроны испытывают последовательно два неупругих столкнове-ния, в каждом теряя по 4,9 эВ энергии и вновь не могут пройти тормозящее поле. Таким образом, разность между дискретными значениями энергий основного и ближайшего возбужденного состояний атома ртути составляет 4,9 эВ.

Аналогичные опыты были проведены с атомами других веществ и были получены характерные разности потенциалов, которые называют резонансными потенциалами(для Hg 4,9 B). Опыты Франка и Герца подтвердили и второй постулат Бора: при достижении ускоряющим напряжением 4,9 В пары ртути начинают испускать УФИ с λ = 253,7 нм, соответствующее переходу атома из первого возбужденного состояния в основное.