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

29062. Понятие и виды сделок. Требования, предъявляемые к форме сделок 245.5 KB
  Но поскольку субъектами сделок являются граждане и юридические лица муниципальные образования субъекты РФ государство иностранные граждане и иностранные юридические лица лица без гражданства а субъективные гражданские права и обязанности являются содержанием гражданского правоотношения то понятие сделки можно определить следующим образом: Сделка – это осознанное волевое и юридически значимое действие субъектов гражданского права прямо направленное на возникновение изменение и прекращении гражданских правоотношний. С помощью сделки...
29063. Недействительные сделки: понятие, виды, последствия недействительности 206.5 KB
  Недействительными являются сделки не создающие правового результата прав и обязанностей к которому стремились стороны. Эти основания связаны с теми или иными нарушениями условий действительности сделок а именно: законность содержания сделки соответствие воли и волеизъявления соблюдение требуемой по закону формы сделки совершение сделки лицом обладающим необходимой дееспособностью. Основания недействительности должны иметь место одновременно с совершением сделки как юридического факта.
29064. Исковая давность в гражданском праве 100 KB
  Институт исковой давности имеет большое значение для защиты имущественных прав граждан и юридических лиц. С его помощью во многом обеспечивается стабильность гражданского оборота: участники гражданских отношений знают что по истечении исковой давности никто не может предъявить к ним требований и провести ревизию принадлежащих им прав. С истечением срока исковой давности право на принудительную судебную защиту не прекращается а приобретает условный характер: оно сохраняется если сторона в споре не заявит о применении исковой давности. При...
29065. Право собственности: понятие, содержание, основания возникновения и прекращения 51 KB
  Нормы образующие институт права собственности находятся в постоянном контакте и взаимодействии с нормами других правовых институтов например с обязательственным правом. Субъективное право собственности это закрепленная за собственником юридически обеспеченная возможность владеть пользоваться и распоряжаться принадлежащим ему имуществом по своему усмотрению и в своих интересах путем совершения в отношении этого имущества любых действий которые не противоречат закону и иным правовым актам и не нарушают права и охраняемые законом интересы...
29066. Вещно – правовые средства защиты права собственности и других вещных прав 37 KB
  виндикационный об истребовании имущества из чужого незаконного владенияи негаторный об устранении препятствий в пользовании имуществом не связанных с лишением владения вещью. Виндикационный иск Собственник который оказался лишенным принадлежащего ему имущества без необходимого правового основания может истребовать свое имущество из чужого незаконного владения. Виндикационные иски предъявляются в отношении индивидуальноопределенного имущества причем сохранившегося в натуре; в иных ситуациях надлежит требовать возмещения причиненных...
29067. Гражданско-правовое обязательство: понятие, виды, основания возникновения и прекращения 48 KB
  Обязательства чаще всего носят двусторонний характер создавая обязанности и права для обоих участников. Такой характер имеют все важнейшие договорные обязательства: купляпродажа аренда подряд перевозка и др. Однако гражданскому праву известны и односторонние обязательства в которых четко разграничены фигуры должника и кредитора. Это заем дарение и некоторые другие обязательства бытового характера в которых должнику противостоит кредитор имеющий только право требования.
29068. Исполнение обязательств 37.5 KB
  Обязательства подлежат исполнению надлежащим образом в соответствии: с условиями обязательства; с требованиями законов и иных нормативных правовых актов; с обычаями делового оборота при отсутствии условий и требований. Условия надлежащего исполнения обязательства. Обязательство может быть исполнено должником лично либо возложено им на третье лицо если это не противоречит закону или условиям обязательства. Односторонний отказ от исполнения обязательства и одностороннее изменение его условий возможны только если это предусмотрено договором.
29069. Способы обеспечение исполнения гражданско – правовых обязательств: понятие и виды 67 KB
  Способы обеспечения исполнения обязательств – правовые меры побуждающие должника к исполнению обязательства надлежащим образом. Исполнение обязательства обеспечивается следующими способами: неустойкой; залогом; удержанием имущества должника; поручительством; банковской гарантией; задатком; другими способами предусмотренными законом или договором. Условия содержащиеся в обеспечительных обязательствах не влияют на содержание и действительность основного обязательства. Недействительность соглашения об обеспечении исполнения обязательства не...
29070. Ответственность за нарушение обязательств 43.5 KB
  Другой формой имущественной ответственности широко используемой законодательством и при заключении договоров является обязанность неисправной стороны уплатить кредитору неустойку штраф пени Из сказанного следует что гражданскоправовая ответственность одна из форм государственного принуждения состоящая во взыскании судом с правонарушителя в пользу потерпевшего имущественных санкций перелагающих на правонарушителя невыгодные имущественные последствия его поведения и направленных на восстановление нарушенной имущественной сферы...