Изучение закономерностей серии Бальмера

 в спектре испускания водорода

Цель работы:

изучить устройство и принцип действия монохроматора УМ-2, исследовать закономерности серии Бальмера для водорода, определить постоянную Ридберга.

Литература:

1. М.И.Корсунский. Оптика, строение атома, атомное ядро. – М.: Наука 1967. гл.6, §§ 6-8,11-12.

2. Ф.Л.Королев. Курс общей физики. т.3. – М.: Наука и Просвещение. 1974. с. 91-93.

3. И.В.Савельев. Курс общей физики. т.3. – М.:Наука. 1982. §§ 12,15-17.

Приборы и принадлежности:

монохроматорУМ-2, неоновая лампа, ртутная лампа, водородная газоразрядная трубка, выпрямитель ВС 4-12.

Введение

Спектр испускания представляет собой совокупность длин волн или частот присутствующих в данном излучении. Спектры испускания делятся на три типа, представленные на следующих рисунках: линейчатые, полосатые и сплошные.

 

Линейчатый спектр излучения атомарного водорода.

 

Полосатый спектр излучения водяных паров.

 

Радужная полоска – сплошной дисперсионный  спектр.

Происхождение и строение линейчатых спектров для простейших (водородоподобных) атомов объясняются теорией Бора [1-3]. Согласно второму постулату теории Бора, атом излучает или поглощает энергию при переходе связанного электрона из одного стационарного состояния в другое. Величина кванта энергии, излученного или поглощенного в результате перехода равна:

hn=E₁-Е₂,                                                                 (1),

где Е_{1 И} Е₂ - значения энергии атома (электрона) до и после перехода. На основании постулатов Бора и законов классической механики можно рассчитать значения стационарных энергетических уровней атома водорода [3]:

                                                  (2)

здесь e и m - заряд и масса электрона, e_o-электрическая постоянная, h- постоянная Планка, n- главное квантовое число. Используя соотношения (1) и (2) получают выражение для энергии кванта, излучаемого при переходе электрона с орбиты с главным квантовым числом n₂ на орбиту с главным квантовым числом n₁ (n₂>n₁):

                                                    (3)

Частота n и длина волны l связаны между собой (), поэтому  соотношение  (3) можно записать в виде

.                                                  (4)

Величину R, значение которой найдено Н. Бором

                                                            (5)

называют постоянной Ридберга.

Как следует из отношения (2), энергия атома может принимать дискретный ряд значений. Энергетическая диаграмма состояний (совокупность собственных значений энергии) атома водорода схематически изображена на рисунке 1.

Рис. 1. Энергетические состояния и излучательные переходы серии Лаймана в атоме водорода

При переходе электронов из высших энергетических состояний в состояние с наименьшей возможной энергией (с n=1) излучаются световые волны, лежащие в ультрафиолетовой части спектра (серия Лаймана), при переходе в состояние с n=2 излучаются линии серии Бальмера и т. д.