Квантовая физика страницы / Квантовая физика_p020

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Лабораторная работа № 3

Изучение спектра атома ртути

Цель работы: измерение длин волн спектральных линий; расчет энергий уровней тонкой структуры, квантового дефекта для возбужденных состояний; определение с его использованием длин волн триплетных переходов атомов ртути.

Методические указания

Среди состояний атома имеется такое, в котором его энергия минимальна – это состояние устойчивого равновесия, или основное состояние атома. Атом, выведенный из подобного состояния, т. е. находящийся в возбужденном состоянии, будет стремиться возвратиться в исходное состояние, например путем излучения одного или нескольких квантов.

Совокупность возможных переходов между энергетическими состояниями атома определяет спектр излучения вещества. При переходе из энергетического состояния с энергией E2 в состояние с меньшей энергией E1 система отдает энергию, испуская квант света, частота ν которого определятся из уравнения

что и приводит к возникновению линейчатых спектров атомов. При переходе электрона из более низкого энергетического состояния в более высокое атом поглощает энергию. Совокупность возможных энергетических состояний атома принято изображать графически в виде диаграммы.

Наиболее проста схема энергетических уровней атома водорода. Энергии возможных квантовых состояний можно рассчитать.

Уравнение Шредингера для стационарных состояний атома водорода имеет вид

где – оператор Лапласа; mе – масса электрона; ε0 – электрическая постоянная; = 2hπ ; h – постоянная Планка; E – энергии стационар-

ных состояний; Ψ– волновая функция электрона в атоме водорода. Квадрат модуля волновой функции Ψ 2 определяет вероятность на-

хождения электрона в заданном месте пространства.

20