Экспериментальные данные о спектрах излучения Основные положения квантовой механики Физика атома Цепная ядерная реакция деления. Биологическое действие ионизирующих излучений

Оптика и строение атома. Элементы физика атома

Основные законы геометpической оптики. Кpаткий обзоp истоpии pазвития пpедставлений о пpиpоде света. Волновая и корпускулярная теории света. Электромагнитная природа света. Шкала электpомагнитных волн. Принцип Ферма - основной принцип геометрической оптики. Явление полного внутpеннего отpажения. Пpедельный угол полного внутpеннего отpажения. Призмы полного внутреннего отражения. Ход лучей в трехгранной призме, плоскопараллельной пластинке, линзах.

Оптика и строене атома. Элементы физика атома

Руководство к лабораторным работам 315, 316

1. Экспериментальные данные о спектрах излучения

Эксперименты показывают, что при нагревании различных чистых веществ (см. таблицу Менделеева), вещества испускают электромагнитное излучение различных частот или длин волн. Набор излучаемых частот или длин волн (частоты и длины волн связаны через скорость света в вакууме соотношением ν = c/λ ) называют спектром излучения. Для каждого вещества он оказался спецефичным и по нему можно определять тип чистого вещества и его наличие в смесях различных веществ. Этот метод изучения строения вещества называется оптическим спектральным анализом. Обычно, в спектральных аппаратах излучение наблюдается в виде соответственных цветных линий, поэтому говорят о “линиях спектра”. Например было обнаружено, что спектр атома водорода в видимой области состоит из дискретного набора частот (длин волн), которые располагается в опре­деленном порядке (Рис.1)

 

 Спектр излучения атомов водорода

 

 Рис.1. Спектры излучения атомов в видимом диапозоне (длины волн даны в нанометрах).

Излучаемые спектры веществ наблюдаются также в инфракрасной и ультрафиолетовой об­ластях частот. Спектры де­лятся на линейчатые, полосатые и сплошные в соответствии от структуры “линий” спектра. Линейчатые спектры сос­тоят из отдельных частот (как у водорода), образованных вследствие излучений одноа­томных газов и паров металлов. Полосатые спектры, характерны для многоатомных молекул, они образованы большим числом отдельных частот. Сплошные (непрерывные) спектры принадлежат нагретым жидкостям и твердым веществам (спектр Солнца тоже непрерывный). Все три вида спектров обусловлены особенностями энергетичес­кого состояния электронов в атомах и молекулах вещества.

 Рассмотрим спектр простейшего атома - атома водорода. Спектральный анализ показал, что спектр атомов водорода состоят из нескольких серий. У атома водорода было обнаружено несколько серий частот излучения, наиболее известные описываются формулами для частот:

   серия Лаймана для ультрафиолетового излучения,

  серия Бальмераа для видимого излучения, (1)

  серия Пашена для инфракрасного излучения,

 

здесь R-постоянная Ридберга, n – номер частоты (номер линии спектра излучения) в серии.  Кроме серии Пашеиа в инфракрасной области спектра были обнаружены серии Брэккета, Пфунда. Анализ всех экспериментальных данных позволил установить обобщенную эмпирическую формулу, называемую формулой Бальмера-Ритца, которая описывает значения всех частот (положение всех спектральных линий) атома водорода на шкале частот:

  (2)

где n – номер серии, m – номер линии в спектре. Для серии Лаймана n = 1, а частоты соответствующих спектральных линий могут быть определены по формуле (2) при m = 2, 3, …; для серии Бальмера n = 2, m = 2, 3, … , часть линий серии Бальмера лежит в видимой области спектра и поэтому доступна визуальному наблюдению; частоты спектральных линий серий Пашена. Брэккета, Пфунда также могут быть вычислены по формуле (2) при n = 3, 4, 5 соответственно.

Строение атома водорода и элементарная теория излучения по Бору. В в 1911г. английский ученый Резерфорд предложил планетарную модель атома. Согласно этой модели атом построен по типу Солнечной системы - в центре атома в очень малой области (10-14 м) находится положительно заряженное ядро, в котором сосредоточена почти вся масса атома, а вокруг ядра под действием сил Кулоновского притяжения двигаются по замкнутым орбитам электроны (примерный радиус орбит -10-10м)

Уравнение Шредингера. Стационарные состояния атома. Для расчета волновой функции необходимо иметь уравнение, которое позволяло бы для любого момента времени определить эту функцию с учетом действующих на частицу внешних силовых полей. Чтобы искомое уравнение учитывало волновые свойства микрочастиц, необходимо чтобы оно по форме было волновым уравнением, подобно тем, которые описывают звуковые или электромагнитные волны.

Многоэлектронный атом. Правила распределения электронов по орбиталям. В многоэлектронных атомах вокруг положительно заряженного ядра двигается несколько электронов, их число равно порядковому номеру атома в таблице Менделеева. У многоэлектронных атомов система энергетических уровней усложняется. Это связано с тем, что каждый электрон в данном случае не только притягивается ядром, но и отталкивается другими электронами.

Лабораторная работа № 315 Исследование спектра неона с помощью стилоскопа СЛП-1 Качественное исследование видимой части спектра производится спектроскопами различного типа. Принцип действия этих приборов основан на явлении дисперсии света (зависимость показателя преломления от частоты или длины волны света) и законе преломления света на границе двух сред. В результате этого световые волны разных частот преломляются в призме под разными углами, что позволяет анализировать частотный состав исследуемого излучения

Закон пpямолинейного pаспpостpанения света в одноpодной сpеде. Закон отpажения света. Закон пpеломления света. Абсолютный и относительный показатели пpеломления сpеды. Связь между относительным и абсолютным показателями преломления граничащих сред. Обоснование законов отражения и пpеломления света на основе волнового пpинципа Гюйгенса.
Ионизация атомов и молекул в клетках