- •Кафедра физики изучение спектра атома водорода
- •Кемерово 2011 лабораторная работа № 384 изучение спектра атома водорода
- •3. Описание экспериментальной установки
- •4. Теоретические основы работы
- •5. Выполнение работы
- •Список рекомендуемой литературы
- •Атом водорода в квантовой механике Уравнение Шредингера для электрона
- •Энергия
- •Квантовые числа
- •Спектр водорода
- •Изучение спектра атома водорода
Спектр водорода
Квантовые числа , и позволяют более полно описать спектр испускания (поглощения) атома водорода.
Испускание и поглощение света происходит при переходах электрона с одного уровня на другой. В квантовой механике для оптических спектров вводятся правила отбора, ограничивающие число возможных переходов в атоме, связанных с испусканием и поглощением света. Доказано, что для дипольного излучения электрона, движущегося в центрально-симметричном поле ядра, могут осуществляться только такие переходы, при которых изменение орбитального квантового числа удовлетворяет условию , изменение магнитного квантового числа . Учитывая число возможных состояний, соответствующих данному , и правила отбора, можно утверждать, что в атоме водорода существуют следующие энергетические переходы:
, (9)
. (10)
Спектральные линии атома водорода, соответствующие этим переходам, представлены на рис. 5.
Выражение (7), полученное в ходе решения уравнения Шредингера, определяет энергию атома водорода в стационарных состояниях и позволяет вычислить частоту энергетического перехода (спектральных линий) атома водорода. При переходе атома водорода из стационарного состояния в стационарное состояние с меньшей энергией испускает квант:
,
откуда частота излучения
, (11)
Выражение (11) называют формулой Бальмера, а величину – постоянной Ридберга. В формуле (11) и – главные квантовые числа, причем определяет спектральную серию, – отдельные линии серии.
Подставляя в формулу Бальмера и , получим группу линий, образующих серию Лаймана (рис. 5). Все линии этой серии расположены в ультрафиолетовой области спектра. При подстановке и соответствующих значений получим серию Бальмера, линии которых расположены в видимой области спектра. Линии остальных серий (Пашена, Брэкета, Пфунда, Хэмфри) получаются при соответственно. Они находятся в инфракрасной области спектра.
Теоретически установленные спектральные линии и соответствующие им частоты находятся в хорошем согласии с экспериментально наблюдаемым спектром атома водорода.
Составители
Геннадий Иванович Зайцев
Полина Федоровна Яковлева
Изучение спектра атома водорода
Методические указания
для подготовки к выполнению лабораторной работы № 384
для студентов технических специальностей
Рецензент В. В. Дырдин
Печатается в авторской редакции
Подписано в печать ......2011. Формат 60´84/16.
Бумага офсетная. Отпечатано на ризографе. Уч.-изд. л. 0,8.
Тираж экз. Заказ
ГУ КузГТУ, 650000, Кемерово, ул. Весенняя, 28.
Типография ГУ КузГТУ, 650000, Кемерово, ул. Д. Бедного, 4 а.