Питання для самоконтролю

1. Сформулюйте закони зовнішнього фотоефекту.

2. Записати формулу Ейнштейна для зовнішнього фотоефекту та, використовуючи її, пояснити закони зовнішнього фотоефекту.

3. Що таке робота виходу електрона з металу і від чого вона залежить?

4. Чому і коли у вакуумному фотоелементі спостерігається фотострум насичення?

5. Чому катоди фотоелементів із зовнішнім фотоефектом виготовляють із лужних металів?

Лабораторна робота № 8 вивчення спектрів випромінювання атомів неону та ртуті

Мета роботи: визначити довжини хвиль ліній у спектрі випромінювання ртутно-кварцової лампи за допомогою монохроматора.

Прилади: монохроматор УМ-2, неонова лампа, ртутно - кварцова лампа.

Короткі теоретичні відомості

Спектром випромінювання називається розподіл інтенсивності світла за частотами. Спектром поглинання називається розподіл інтенсивності світла за частотами поглинутого тілом випромінювання. Піки інтенсивності називаються спектральними лініями.

Оптичні спектри спостерігаються в області частот від інфрачервоної до ультрафіолетової. Вони поділяються на лінійчаті, смугасті та суцільні. Всі три типи спектрів зумовлені особливостями енергетичного стану електронів в атомах і молекулах речовини. Спектральні лінії оптичних лінійчатих спектрів утворюються внаслідок випромінювання одноатомних газів та парів металів при переходах валентних електронів з вищих збуджених станів на нижчі або в основний стан. Смугасті спектри утворюються при випромінюванні і поглинанні світла молекулами. Суцільні спектри належать рідинам і твердим речовинам.

Експериментально доведено, що окремі лінії спектрів газоподібних речовин утворюють серії (групи) ліній, частоти яких мають певну закономірність. Кожному газу властивий певний лінійчатий спектр. Найкраще вивченим є спектр атома водню. Всі серії у спектрі водню можна описати за допомогою узагальненої формули Бальмера:

, (8.1)

де n = 1,2,3,…– визначає серію, к= n+1, n+2, n+3,… – визначає окремі лінії серії, R – стала Рідберга; ν – частота спектральної лінії.

Наведену формулу підібрано емпірично і вона довгий час не мала теоретичного пояснення. Першу спробу теоретичного обґрунтування спектральних закономірностей зробив у 1913 р. Н. Бор. Зберігаючи класичний підхід до опису руху електрона в атомі, зв’язавши в єдине ціле закономірності лінійчатих спектрів і квантовий характер випромінювання, Бор побудував нову теорію атома водню і воднеподібних атомів. В основу своєї теорії Бор поклав два постулати.

Перший постулат Бора (постулат стаціонарних станів): в атомі існують стаціонарні стани з відповідними значеннями енергії Е₁, Е₂,…,Е_n, перебуваючи в яких атом не випромінює і не поглинає енергії.

Цим стаціонарним станам відповідають стаціонарні орбіти, якими рухаються електрони, які, незважаючи на наявність у них прискорення, електромагнітних хвиль не випромінюють. В стаціонарному стані атома електрон, рухаючись по коловій орбіті, має дискретні квантовані значення моменту імпульсу:

ħ, (8.2)

де m – маса електрона, υ – його швидкість, r – радіус орбіти, n –номер орбіти (n =1,2,3…), ħ= – стала Планка.

Другий постулат Бора (правило частот): при переході електрона з однієї стаціонарної орбіти на іншу випромінюється (або поглинається) один фотон з енергією, що дорівнює різниці енергій відповідних стаціонарних станів:

. (8.3)

Випромінювання фотона відбувається при переході атома із стану з більшою енергією Е_n у стан з меншою енергією Е _m, тобто при переході електрона з більш віддаленої від ядра орбіти на ближчу орбіту. Поглинання енергії супроводжується переходом атома в стан з більшою енергією, і електрон переходить на віддаленішу від ядра орбіту. Набір можливих частот квантових переходів і визначає лінійчатий спектр атома.

Більш повне точне рішення про спектральні закономірності дає квантова механіка.