2560

Спектр атома водорода

Лабораторная работа

Физика

Цель работы: измерить длины волн трех линий в спектре атома водорода и вычислить значение постоянной Ридберга.

Русский

2013-01-06

82.38 KB

20 чел.

Цель работы: измерить длины волн трех линий H, H, H в спектре атома водорода и вычислить значение постоянной Ридберга.

Изучение атомных спектров послужило ключом к познанию строения атома. Прежде всего, было замечено, что линии в спектрах атомов располагается не беспорядочно, а группируется в так называемые серии. Отчетливее всего это обнаруживается в спектре атома водорода, изображенном на рис. 1.

Р и с. 1

Очевидно, что линии располагаются в определенном порядке в виде серий, а расстояние между линиями в каждой серии закономерно убывает по мере перехода от более длинных волн к более коротким. Швейцарский физик Иоганн Бальмер обнаружил (1885 г.), что длины волн линий водорода могут быть точно представлены формулой (1) или, при переходе от длины волны к частоте, , (2) где R = 109737 см-1 (3)  эмпирическая постоянная, называемая постоянной Ридберга, с  скорость света в вакууме.

С помощью формул (1) и (2) можно получить λ иди υ любой линии в любой серии. Так, если положить n2 = 1, а величине n1 придавать значения 2,3,4,... , то получим длины волн (частоты) линий в серии Лаймана:

серия Лаймана: n2 = 1, n1 = 2,3,4 ... (ультрафиолетовая область)

Аналогично, линии остальных серий получаются при следующих значениях n2 и n1:

серия Бальмера: n2 = 2, n1 = 3,4,5 ... (видимая область)

серия Пашена: n2 = 3, n1 = 4,5,б... (инфракрасная область)

серия Брэкета: n2 = 4, n1 = 5,6,7 (инфракрасная область)

серия Пфунда: n2 = 5, n1 = б,7,8 ... (инфракрасная область)

Кратко рассмотрим конечный результат квантовомеханического описания атома водорода. Здесь состояние атома задается также тремя квантовыми числами: главным n, орбитальным l и магнитным m, которые принимают несколько иные значения, а именно:

n = 1, 2, 3,...; l = 0, 1, 2,...n1; m = 0, 1, 2, …  l.

С одной стороны, эти квантовые числа задают состояние электрона в виде так называемой волновой функции ( Величину ни в коем случае нельзя понимать как траекторию электрона. В квантовой механике понятие траектории лишено общепринятого смысла), квадрат модуля которой определяет вероятность dW того, что частица будет обнаружена в пределах элементарного объема dV:  или, другими словами, дает плотность вероятности (вероятность, приходящуюся на единицу объема) нахождения частицы в данном месте пространства, т.е. .

С другой стороны, квантовые числа n, l, m определяют некоторые физические величины, характеризующие состояния атома водорода. Так, возможные значения энергии атома определяется точно так же, как и в случае модели Бора-Зоммерфельда, а именно: (13)

Момент импульса и его проекции определяются следующим образом: (14) (15). Чисто внешне приведенные результаты похожи на результаты теории Зоммерфельда. Здесь также можно говорить о вырождении энергетических уровней: уровень с данным n n-кратно вырожден по l, состояние с данным l (2l+1)-кратно вырождено по m. В целом же, уровень с данным n n2 – кратно вырожден по l и т. Возможные состояния атома водорода (результат квантово-механического рассмотрения) и спектроскопические обозначения состояний даны на рис. 6, а и 6, б, соответственно.  

l

0

1

2

3

4

Состояние

s

p

d

f

g

a)

б)

Р и с. 6

Однако результаты этих двух теорий имеют и существенные различия. Так, в квантовой теории нельзя говорить о траектории электрона; величину весьма утрированно (и не совсем корректно) можно трактовать как распределение электрического заряда электрона около ядра; плотность такого электронного облака выше там, где величина имеет большее значение.

При квантовомеханическом рассмотрении атома водорода оказывается, что при различных значениях n квантовое число l может принимать, в частности, нулевое значение, т.е. в состояниях с определенными, отличными от нуля, значениями энергии атома Еn величина момента импульса электрона может оказаться равной нулю (такие случаи соответствуют сферически симметричным волновым функциям). Кроме того, из сравнения выражений (14) и (15) следует, что, при разрешенных взаимосвязях между квантовыми числами l и m, величина проекции момента импульса Nz никогда не может достигать величины самого момента N. Эти и подобные им эффекты, согласующиеся с экспериментом, не имеют аналога в классической физике и поэтому называются квантовыми эффектами.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

В данной работе источником излучения является водородная газоразрядная трубка. Спектр анализируется визуально с помощью монохроматора УМ-2.

  1.  С помощью монохроматора и градуировочного графика определить длины волн водородных линий Н, Н, Н.
  2.  Для каждой из наблюдаемых линий вычислить значение постоянной Ридберга, определить ее среднее значение по всем измерениям.

 

Вывод: был получен спектр атома водорода, также вычислена экспериментально постоянная Ридберга.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

31778. Роль и значение Международных стандартов учета и финансовой отчетности (МСУ ФО) 40 KB
  Международные стандарты финансовой отчетности МСФО это документы определяющие общий подход к составлению финансовой отчетности и предлагающие варианты оценки и учета активов обязательств и операций по их изменению. В МСФО обобщена практика учета наиболее развитых национальных учетных систем. Каждый стандарт содержит следующие элементы: номер стандарта его название цели сферы применения порядок учета основные определения раскрытие информации дату вступления в силу.
31779. СРО аудиторов 38 KB
  Саморегулируемая организация СРО аудиторов это некоммерческая организация созданная на условиях членства в целях обеспечения условий осуществления аудиторской деятельности. Некоммерческая организация приобретает статус саморегулируемой организации СРО аудиторов с момента ее включения в государственный реестр саморегулируемых организаций аудиторов. Некоммерческая организация включается в государственный реестр саморегулируемых организаций СРО аудиторов при условии соответствия ее следующим требованиям: Объединение в составе...
31780. Объединение аудиторов 37.5 KB
  Саморегулируемая организация аудиторов должна быть создана в форме некоммерческой организации объединять в качестве своих членов не менее 700 физических лиц или не менее 500 коммерческих фирм а также состоять в государственном реестре саморегулируемых организаций аудиторов. Причем в течение этого года уже существующие профессиональные аудиторские объединения аккредитованные при Минфине России могли провести процедуры приведения своих учредительных документов в соответствии с новыми требованиями и подать заявление в Минфин России о...
31781. Роль и значение федеральных стандартов аудиторской деятельности 42 KB
  В России где в настоящее время происходит переход от жестко регулируемой континентальной системы бухгалтерского учета к англоамериканской разработка аудиторских правил стандартов ведется самостоятельно с учетом положений международных стандартов аудита. Федеральные правила стандарты базируются на международных стандартах аудита. Правила стандарты аудиторской деятельности это как отмечается в законе об аудиторской деятельности в Российской Федерации единые требования к порядку осуществления аудиторской деятельности оформлению и...
31782. Роль МСА 30 KB
  Национальный стандарт существует в Англии Канаде США Швеции по требованию МСА в этих странах все таки принимаются к сведению в практической деятельности. Правила стандарты аудиторской деятельности единые требования к порядку осуществления аудиторской деятельности оформлению и оценке качества аудита и сопутствующих ему услуг а также к порядку подготовки аудиторов и оценке их квалификации. Стандарты аудиторской деятельности подразделяются на: федеральные правила стандарты аудиторской деятельности; внутренние стандарты аудиторской...
31783. Роль финансового анализа в аудиторской деятельности 29 KB
  Значимость аудиторской проверки с точки зрения собственника инвестора заключается не только в получении информации о достоверности финансовых результатов предприятия и соответствии учетной политики действующему законодательству но и в овладении следующей аналитической информацией для обоснованности принятия решения по управлению инвестициями: динамика предприятия рост стабильность спад; структура капитала предприятия: предполагает ли данная структура риск для вложенного капитала; место предприятия среди других предприятий данной отрасли...
31784. Рынок: сущность, условия и причины возникновения, субъекты, структура, инфраструктура, функции 43 KB
  Существует обыденное и экономическое понятие рынка. В сфере обмена рынка выступают два собственника собственник товара и собственник денег. При этом реализуются две основные стороны рынка: удовлетворение платежеспособного спроса потребителей и возмещение в денежной форме стоимости произведенной и доставленной на рынок продукции. Поэтому экономическое определение рынка Самуэльсон характеризует так: Рынок это упорядоченная структура посредство которой взаимодействуют продавцы и покупатели товара чтобы определить его цену и...
31785. СЕГМЕНТИРОВАНИЕ БУХГАЛТЕРСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 31.5 KB
  Формулируются задачи которые должны быть решены в ходе проверки каждого сегмента устанавливаются совокупности элементов натуральных единиц или документов которые должны быть подвергнуты проверке для решения указанных задач. Задачи проверки соответствующего сегмента вытекают из критериев существования возникновения прав и обязанностей полноты оценки точности представления и раскрытия. Указанные критерии определены федеральным правилом стандартом аудиторской деятельности № 5 Аудиторские доказательства и обеспечивают достаточные...
31786. Система межбюджетных отношений в Российской Федерации 41.5 KB
  Межбюджетные отношения это отношения между органами государственной власти на различных уровнях а также органами местного самоуправления по поводу формирования и использования бюджетных средств и обеспечения бюджетного процесса. Для того чтобы правильно раскрыть сущность межбюджетных отношений необходимо раскрыть понятие бюджетного федерализма как их определенного типа. Под бюджетным федерализмом понимают форму организации межбюджетных отношений в федеративном государстве.