- •Основные положения молекулярно-кинетической теории вещества. Газы, жидкости и твердые тела. Статистический и термодинамический методы исследования.
- •Термодинамические параметры. Состояние термодинамического равновесия. Уравнения состояния термодинамической системы.
- •21. Тепловое излучение. Энергетическая светимость. Спектральная плотность энергетической светимости. Спектральная поглощательная способность. Понятие ачт.
- •22. Законы тепл. Излучения. Закон Кирхгофа для тепл.Излучения. Распределение энергии в спектре излучения ачт. Закон Стефана-Больцмана. Закон смещения Вина.
- •23. Формулы Рэлея-Джинса и Вина для излучения ачт. Гипотеза Планка
- •24. Фотоэффект. З-ны внешнего фотоэффекта. Фотоны. Ур-ие Эйнштейна для вн. Фотоэффекта.
- •25. Корпускулярно-волновой дуализм. Энергия, масса и импульс фотона. Давление света. Эффект Комптона.
- •26. Линейчатый спектр атома водорода. Формула Бальмера
- •27. Модели атома. Модель Томсона. Опыты Резерфорда. Планетарная модель атома.
- •29. Спонтанное и вынужденное излучение. Оптические квантовые генераторы.
- •30. Рентгеновское излучение. Рентгеновская трубка. Тормозное излучение и его спектр. Характеристическое излучение и его спектр.
- •31. Гипотеза де Бройля. Опыты Дэвиссона и Джермера.
- •32. Соотношение неопределенностей Гейзенберга.
- •33. Волновая функция и её свойства. Движение свободной частицы.
- •34. Уравнение Шредингера. Квантовые состояния.
- •35. Микрочастица в одномерной потенциальной яме.
- •36. Атом водорода в квантовой механике.
- •37. Модели атомного ядра. Состав ядра. Ядерные силы.
- •38. Дефект массы. Энергия связи нуклонов ядра.
- •39. Радиоактивность. Закон радиоактивного распада. Закономерность α,β,γ распада. Искусственная радиоактивность.
- •40. Ядерные реакции. Ядерные реакции деления и синтеза.
- •41. Физические основы ядерной энергетики. Ядерный реактор.
- •42. Проблемы управляемого термоядерного синтеза.
- •43.Прохождение заряженных частиц и гамма излучения через вещ-во. Элементы дозиметрии.
- •44. Виды взаимодействий в природе. Элементарные частицы. Классификация элементарных частиц. Кварки.
36. Атом водорода в квантовой механике.
Р ешение задачи об энергетических уровнях электрона для атома водорода сводится к задаче о движении электрона в кулоновском поле ядра.
Потенциальная энергия взаимодействия электрона с ядром, обладающим зарядом Ze (для атома водорода Z = 1),
(223.1)
где r — расстояние между электроном и ядром. Графически функция U(r) изображена жирной кривой на рис. 302. U(r) с уменьшением r (при приближении электрона к ядру) неограниченно убывает.
Состояние электрона в атоме водорода описывается волновой функцией , удовлетворяющей стационарному уравнению Шредингера (217.5), учитывающему значение (223.1):
(223.2), где т — масса электрона, Е — полная энергия электрона в атоме.
1. Энергия. В теории дифференциальных уравнений доказывается, что уравнения типа (223.2) имеют решения, удовлетворяющие требованиям однозначности, конечности и непрерывности волновой функции , только при собственных значениях энергии
(223.3)
т. е. для дискретного набора отрицательных значений энергии.
. Энергия ионизации атома водорода равна
2. Квантовые числа. В квантовой механике доказывается, что уравнению Шредингера (223.2) удовлетворяют собственные функции , определяемые тремя квантовыми числами: главным п, орбитальным l и магнитным тl.
Главное квантовое число n, согласно (223.3), определяет энергетические уровни электрона в атоме и может принимать любые целочисленные значения начиная с единицы:
Из решения уравнения Шредингера вытекает, что момент импульса (механический орбитальный момент) электрона квантуется, т. е. не может быть произвольным, а принимает дискретные значения, определяемые формулой
(223.4)
где l — орбитальное квантовое число, которое при заданном n принимает значения
(223.5)
Из решения уравнений Шредингера следует также, что вектор Ll момента импульса электрона может иметь лишь такие ориентации в пространстве, при которых его проекция Llx на направление z внешнего магнитного поля принимает квантованные значения, кратные ћ:
(223.6)
где тl — магнитное квантовое число, которое при заданном l может принимать значения
(223.7)
т. е. всего 2l+1 значений. Таким образом, магнитное квантовое число ml определяет проекцию момента импульса электрона на заданное направление, причем вектор момента импульса электрона в атоме может иметь в пространстве 2l+1 ориентации.
3. Спектр. Квантовые числа n, l и ml позволяют более полно описать спектр испускания (поглощения) атома водорода, полученный в теории Бора (см. рис. 294).
В квантовой механике вводятся правила отбора, ограничивающие число возможных переходов электронов в атоме, связанных с испусканием и поглощением света. Теоретически доказано и экспериментально подтверждено, что для дипольного излучения электрона, движущегося в центрально-симметричном поле ядра, могут осуществляться только такие переходы, для которых: 1) изменение орбитального квантового числа l удовлетворяет условию
(223.9)
2) изменение магнитного квантового числа ml удовлетворяет условию
Учитывая число возможных состояний, соответствующих данному n, и правило отбора (223.9), рассмотрим спектральные линии атома водорода (рис. 304): серии Лаймана соответствуют переходы
серии Бальмера —
и т. д.
Переход электрона из основного состояния в возбужденное обусловлен увеличением энергии атома и может происходить только при сообщении атому энергии извне, например за счет поглощения атомом фотона. Так как поглощающий атом находится обычно в основном состоянии, то спектр атома водорода должен состоять из линий, соответствующих переходам 1snp (n = 2, 3, ...), что находится в полном согласии с опытом.