Квантові властивості атомів
Випромінювання атомів. Істотно важливу інформацію про атоми фізики отримують при дослідженні їх електромагнітного випромінювання. Досвід показує, що оптичні спектри атомів є лінійчатими. Це означає, що спектри випромінювання атомів складаються з окремих спектральних ліній. При цьому кожен атом має свій характерний лінійчатий оптичний спектр.
Так, для найпростішого атома водню ще в 1885 р була знайдена емпірично формула, що отримала назву узагальненої формули Бальмера.
Дослідження оптичних спектрів випромінювання інших більш складних атомів показує, що формула (5.2) також може бути використана для розрахунку частот їх випромінювання, однак, для таких атомів терми мають більш складний вид, ніж для атома водню.
Співвідношення (5.1) і (5.2) відображають властиву атомам квантову природу. Дійсно, якщо за допомогою формули Планка зв’язати частоту випромінювання атома з його енергією, то з лінійного спектра випромінювання ми прийдемо до висновку про дискретності, тобто квантуванні енергії атома.
Досвід Франка і Герца. Одним з простих дослідів, переконливо підтверджують квантові властивості атомів, пов’язані з дискретністю їх енергій, є експеримент, вперше виконаний в 1913 р Дж. Франком і Г. Герцем. Основним елементом експериментальної установки (рис. 5.2) є трьохелектродна лампа, заповнена газом, наприклад, парами ртуті під тиском 1 мм рт. ст. На відміну від стандартного включення такої лампи, в досвіді Франка і Герца сітка С має позитивний потенціал щодо катода К і грає роль прискорює електрода.
Між сіткою і анодом – колектором А створюється слабке гальмує полі за рахунок різниці потенціалів між сіткою і анодом порядку 1В. Частина електронів, що пролітають через сітку і здатних подолати гальмуюче поле, потрапляє на колектор, обумовлюючи деякий струм, який вимірюється гальванометром Г.
Рухаючись від катода до сітки, електрони зіштовхуються з атомами ртуті, що знаходяться в основному енергетичному стані. Якщо енергія атома може приймати тільки певні дискретні значення, і енергетичне відстань між основним і першим збудженим станами атома одно, то характер зіткнень електрона з атомом буде істотно залежати від значення кінетичної енергії електрона. Тут – прискорювальна різниця потенціалів між катодом і сіткою.
Якщо, то є, то електрон при зіткненні з атомом не зможе передати йому значну частину своєї енергії. Як кажуть, зіткнення електрона з атомом в цьому випадку буде пружним. У такому зіткненні кінетична енергія електрона не переходить у внутрішню енергію атома, і в силу великої різниці мас соударяющихся частинок, електрон буде рухатися в газовому проміжку між катодом і сіткою практично без втрат енергії. Такі електрони, пролетівши сітку лампи, легко подолають слабке гальмує полі між сіткою і анодом – колектором і забезпечать протікання струму в ланцюзі колектора. Як і в звичайній вакуумної лампі при збільшенні струм в ланцюзі колектора буде монотонно зростати.
Однак, якщо при русі в ускоряющем поле електрон придбає кінетичну енергію, достатню для порушення атома, то зіткнення такого електрона з атомом стане непружним. Тепер значна частина кінетичної енергії електрона буде переходити у внутрішню енергію атома, тобто витрачатися на збудження атома.
Непружні зіткнення електронів з атомами починають відбуватися при підльоті електронів до сітки. Після зіткнень енергетично “ослаблені” електрони вже не зможуть подолати гальмуюче поле і потрапити на анод-колектор. Отже, коли прискорює напруга на сітці досягне значення, струм в ланцюзі колектора повинен різко зменшитися.
При подальшому збільшенні прискорюючого потенціалу струм, реєстрований гальванометром, буде знову зростати. Однак, коли значення прискорює напруги стане рівним, струм в ланцюзі колектора знову різко зменшиться, тому що в цих умовах електрон при прольоті газового проміжку може двічі випробувати непружні зіткнення з атомами. Відповідно, можливі режими з трьома непружними зіткненнями при і т. д.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)