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

46328. Проектирование приводной станции к полочному элеватору 1.74 MB
  Нахождение коэффициента запаса прочности. Нахождение коэффициента запаса прочности. Нахождение коэффициента запаса прочности Подбор подшипников по динамической грузоподъемности. Кинематический и энергетический расчет привода Мощность элеватора определяется по уравнению где Z производительность элеватора.
46329. Увеличение мощности пути железных дорог. Совершенствование машин с точки зрения ремонтопригодности 16.83 MB
  Увеличение мощности пути железных дорог требует усовершенствования технологии и организации ремонтнопутевых работ. Своевременный и качественный ремонт пути снижение затрат времени труда и эксплуатационных расходов повышение производительности труда достигает акиалной1 еханизацией путевых работ. Основным направлением в вопросе механизации путевых работ является создание высокопроизводительных машин обеспечивающих производство больших объемов работ в сравнительно небольшие окна и вынесение значительной части работ на путевые...
46330. Повышене результативности камерального контроля 172.9 KB
  Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: изучить теоретические подходы к содержанию камеральной проверки определить её место и роль в системе государственного налогового контроля; исследовать нормативноправовой механизм камерального контроля в России; исследовать современное состояние контрольной деятельности на примере Межрайонной инспекции ФНС России; определить результативности камерального и выездного контроля сравнить их; разработать рекомендации по повышению результативности камерального контроля....
46331. Вольтметр электростатической системы, подключенный к источнику напряжения, имеющего форму прямоугольных однополярных импульсов, со скважностью 100 имеет показание 100 В 131.54 KB
  Решение: Рассчитаем в MthCD действующее значение напряжения которое измеряет вольтметр электростатической системы: Мгновенное значение напряжения Действующее значение напряжения Найдем Um из полученного выражения: В Рассчитаем в MthCD показание выпрямительного вольтметра с однополупериодной схемой выпрямления подключенного к тому же источнику. В Найти показания вольтметра вида В3 с детектором СКЗ и открытым входом при измерении им напряжения сигнала если Uv= В Um 0 Ut T t Вольтметр вида В3 с открытым...
46332. Гражданское и торговое право зарубежных стран 108.3 KB
  Обязательство это правоотношения в силу которого одно лицо кредитор имеет право требовать от другого лица должника выполнения какихлибо действий или воздержание от какихлибо действий. В обязательственном правоотношении участвуют кредитор лицо имеющее право требовать совершения обусловленных действий или воздержания от их совершения и должник лицо обязанное совершить оговоренное в обязательстве действие или воздержаться от его совершения. Этот пробел был восполнен французской правовой доктриной определяющей обязательство как...
46333. Конфликт в организации как управленческий процес 82.16 KB
  Исходя из поставленной цели определены следующие задачи: определить понятие конфликта и конфликтной ситуации выделить виды и типы конфликтов описать процесс развития конфликта а также изучить способы и методы управления конфликтами.
46334. Соблюдение условий и требований таможенных процедур 319.54 KB
  Понятие виды и классификация таможенных процедур. Этапы развития таможенных режимов. Понятие и принципы таможенных процедур. Классификация и виды таможенных процедур.
46335. Расчёт холодильных камер для хранения молочного продукта 99.4 KB
  Искусственное охлаждение можно осуществлять двумя способами: с помощью другого вещества, имеющего более низкую температуру передавая тепло при изменении его агрегатного состояния с помощью специальных охлаждающих устройств холодильных машин и установок.