yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Фізика->Содержание->Контрольні питання[26])

Физика

 

 

                                                                                                                               27     Лабораторна робота «Вивчення спектральних закономірностей у спектрі атома водню і визначення сталої Рідберга»

 

Мета роботи: 1) експериментально вивчити спектральні закономірності у спектрі атома водню; 2) визначити сталу Рідберга.

Обладнання: 1) монохроматор УМ-2; 2) заповнена воднем газорозрядна трубка; 3) індукційна високовольтна котушка (джерело високої напруги); 4) блок живлення; 5) графік для визначення довжини хвилі за показником шкали барабана монохроматора (дисперсійна крива).

 

27.1.1 Опис експериментальної установки та методу дослідження

Спектр атомарного водню, світіння якого збуджується в розрядній трубці при низькому тиску, є лінійчастим з деякою правильною послідовністю спектральних ліній. Ці закономірності описуються узагальненою формулою Бальмера

                                      .                         (7.2.1)

Тут  – довжина хвилі випромінювання; n та k – цілі числа (k); R – стала Рідберга (1,097·107 м-1). Це співвідношення було отримане як узагальнення експериментальних досліджень. Вираз (7.2.1) описує різні спектральні серії:

-          при  – серію Лаймана в ультрафіолетовій частині спектра;

-          при  – серію Бальмера у видимій частині спектра;

-          при  – серію Пашена в інфрачервоній частині спектра і т. ін.

Уперше теоретичне пояснення спектральних закономірностей у спектрі атома водню дав Н. Бор. Теорія Бора ґрунтується на двох постулатах:

1 Атом може перебувати не у всіх станах, які допускаються класичною механікою, а лише у деяких вибраних (квантових) станах, що характеризуються визначеними дискретними значеннями енергії , , . У цих станах, усупереч класичній електродинаміці, атом не випромінює електромагнітних хвиль. Такі стани називають стаціонарними.

2 При переході з одного стаціонарного стану в інший атоми випромінюють або поглинають кванти енергії, частоти яких визначаються умовою

                                         ,                            (7.2.2)

де ,  – повні енергії n-го та  k-го стаціонарних станів атома; h – стала Планка; ν – частота кванта електромагнітної хвилі.

Для n-го стаціонарного стану момент імпульсу електрона, що обертається навколо ядра, набуває дискретних значень і визначається співвідношенням

                                        ,                           (7.2.3)

де m – маса електрона; u – його швидкість на орбіті;  r – радіус орбіти. Співвідношення (7.2.3) називають правилом квантування.

Виходячи з постулатів Бора, правила квантування, другого закону Ньютона для електрона, що обертається по коловій орбіті, можна визначити довжини електромагнітних хвиль, які випромінюються атомом водню при переході з n-го стаціонарного стану на k-й. Порівнюючи ці результати з формулою (7.2.1), можна знайти аналітичний вираз [3, 6] для сталої Рідберга:

 

90