Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике § 204. Энергетические уровни атомовОпыты по
рассеянию
Столкновения
электронов с атомами. Наиболее
простые условия для изучения передачи энергии от электронов к атомам могут быть
осуществлены в устройстве, изображенном на рис. 359. Из трубки 1 выкачан
воздух, и в нее введено небольшое количество одноатомных паров какого-нибудь
вещества, например ртути. Электроны, испускаемые накаленным катодом 2, ускоряются
разностью потенциалов
Рис. 359. Устройство для измерения потери
энергии электроном при движении в парах ртути: 1 – стеклянная трубка
заполненная парами ртути (давление тысячи доли За
первой сеткой 4 на пути между нею и второй сеткой 5 электрическое поле равно
нулю, так как сетки находятся при одинаковом потенциале, и энергия электрона
может измениться только за счет соударения с атомом. Путь между сетками
выбирается достаточно длинным, так что каждый электрон испытывает хотя бы одно
соударение. Далее, на пути между второй сеткой и анодом действует разность
потенциалов Постепенно
увеличивая Опыты
такого рода, проведенные с парами ртути, дали замечательный результат.
Оказалось, что передача энергии от электронов к атомам существенно зависит от
энергии электрона. Пока энергия электронов меньше, чем При изучении механики, теплоты, электричества мы не встречались с подобным явлением: энергия любого тела или системы тел в принципе могла изменяться непрерывно, т. е. сколь угодно малыми порциями. В случае же атома ртути непрерывное изменение энергии невозможно — энергия ртутного атома меняется только прерывно, т. е. на конечную величину. Делая соответствующие опыты с другими веществами, мы приходим к тому же заключению о прерывности {дискретности) энергетических состояний атомов. Исследование оптических спектров. Как известно (§ 173), элементы в газообразном состоянии обладают линейчатыми спектрами испускания и поглощения света. Каждому элементу свойственны определенные спектральные линии, отличные от линий других элементов. Так как атомы газа находятся в среднем на больших расстояниях и не влияют друг на друга, частоты линейчатого спектра элемента должны определяться свойствами отдельного атома этого элемента. В гл. XXI мы выяснили, что световая энергия
существует в виде мельчайших неделимых порций — квантов; атомы должны,
следовательно, изучать и поглощать свет такими же порциями, квантами. Энергия
кванта пропорциональна частоте света
где Соотношение
(204.1) связывает изменение энергии атома при испускании или поглощении света с
частотой последнего Так,
например, спектр поглощения ртутного пара содержит следующие линии (в порядке
убывания длин волн);
или
Для второй
и третьей линий получаем соответственно Итак, оба рассмотренных нами класса явлений — оптические спектры и взаимодействие атомов с электронами — указывают на прерывный (дискретный) характер внутренней энергии атомов. Энергия атома не может изменяться непрерывно. Она изменяется скачками на определенные, конечные порции, различные для разных атомов. Отсюда следует, что энергия атома не может быть любой, а может принимать только некоторые избранные значения, характерные для каждого атома. Возможные значения внутренней энергии атома получили название энергетических или квантовых уровней. Схема энергетических уровней атома водорода, построенная на основании спектральных данных, изображена на рис. 360 в виде ряда параллельных линий. Расстояние между двумя линиями равно разности энергий двух состояний водородного атома и, следовательно, пропорционально частоте кванта, излучаемого при переходе из одного состояния в другое (более низкое). Поэтому расстояния между уровнями выражают в некотором масштабе частоты спектральных линий водорода.
Рис. 360. Схема энергетических уровней атома
водорода. Горизонтальные линии — энергетические уровни ( Атом,
находящийся в одном из высших энергетических состояний (обозначенных номером Сообщая
атому энергию, мы можем возбудить его, т. е. перевести из нормального (низшего)
состояния в одно из высших энергетических состоянии. В случае водорода
расстояние от низшего энергетического уровня
|
1 |
Оглавление
|