§ 51. Поглощение и испускание света атомами. Происхождение линейчатых спектров
В процессе изучения и применения линейчатых спектров возникли различные вопросы. Как, например, объяснить, почему атомы каждого химического элемента имеют свой строго индивидуальный набор спектральных линий? Почему совпадают линии излучения и поглощения в спектре данного элемента? Чем обусловлены различия в спектрах атомов разных элементов?
Нильс Бор (1885—1962)
Датский физик-теоретик, общественный деятель, один из создателей современной физики. Создал теорию водородоподобного атома, основанную на двух постулатах
Ответы на эти и многие другие вопросы удалось найти только в начале XX в. благодаря возникновению новой физической теории — квантовой механики. Одним из основоположников этой теории был датский физик Нильс Бор.
Бор пришёл к заключению, что свет излучается атомами вещества.
В связи с этим в 1913 г. он сформулировал два постулата.
1. Атом может находиться только в особых, стационарных состояниях. Каждому состоянию соответствует определённое значение энергии — энергетический уровень. Находясь в стационарном состоянии, атом не излучает и не поглощает
Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбиты, по которым движутся электроны. Номера стационарных орбит и энергетических уровней (начиная с первого) в общем случае обозначаются латинскими буквами: п, k и т. д. Радиусы орбит, как и энергии стационарных состояний, могут принимать не любые, а определённые дискретные значения. Первая орбита расположена ближе всех к ядру.
2. Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Ек в стационарное состояние с меньшей энергией Еn
Согласно закону сохранения энергии, энергия излучённого фотона равна разности энергий стационарных состояний:
hv = Ek - En.
Из этого уравнения следует, что атом может излучать свет только с частотами
Атом может также поглощать фотоны. При поглощении фотона атом переходит из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией.
Состояние атома, в котором все электроны находятся на стационарных орбитах с наименьшей возможной энергией, называется основным. Все другие состояния атома называются возбуждёнными.
У атомов каждого химического элемента имеется свой характерный набор энергетических уровней. Поэтому переходу с более высокого энергетического уровня на более низкий будут соответствовать характерные линии в спектре испускания, отличные от линий в спектре другого элемента.
Совпадение линий излучения и поглощения в спектрах атомов данного химического элемента объясняется тем, что частоты волн, соответствующих этим линиям в спектре, определяются одними и теми же энергетическими уровнями. Поэтому атомы могут поглощать свет только тех частот, которые они способны излучать.
Вопросы
Сформулируйте постулаты Бора.
Запишите уравнения для определения энергии и частоты излучённого фотона.
Какое состояние атома называют основным; возбуждённым?
Как объясняется совпадение линий в спектрах испускания и поглощения данного химического элемента?
Задание
В вашем распоряжении имеются две стальные спицы. Придумайте эксперименты, с помощью которых можно было бы определить: а) намагничена ли одна из спиц, и если да, то какая; б) намагничены ли обе спицы.
Примечание: в эксперименте могут быть использованы только указанные предметы.
Итоги главы. Самое главное
Ниже даны физические понятия, явления, правило, закон, постулаты и их определения и формулировки. Последовательность изложения определений не соответствует последовательности понятий.
Перенесите в тетрадь названия понятий и законов и впишите в квадратные скобки порядковый номер определения (формулировки), соответствующего данному понятию, явлению, постулату, правилу, закону.
Переменный ток [ ];
электромагнитная волна [ ];
радиосвязь [ ];
дисперсия света [ ];
явление электромагнитной индукции [ ];
правило Ленца [ ];
явление самоиндукции [ ];
закон преломления света [ ];
квантовые постулаты Бора [ ];
типы оптических спектров [ ].
Возникающий в замкнутом контуре индукционный ток своим магнитным полем противодействует изменению магнитного потока, которое вызвало этот ток.
Отношение синуса угла падения к синусу угла преломления есть величина постоянная для данных двух сред, равная отношению скоростей света в этих средах:
Возникновение индукционного тока в катушке при изменении силы тока в ней.
Атом может находиться только в особых, стационарных состояниях. Каждому состоянию соответствует определённое значение энергии — энергетический уровень. Находясь в стационарном состоянии, атом не излучает и не поглощает.
Излучение света происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией Ek в стационарное состояние с меньшей энергией Еn.
Электрический ток, периодически меняющийся по модулю и направлению.
Система порождающих друг друга и распространяющихся в пространстве переменных электрического и магнитного полей.
При всяком изменении магнитного потока, пронизывающего площадь, ограниченную замкнутым проводником, в этом проводнике возникает электрический ток, существующий в течение всего процесса изменения магнитного потока.
Передача и приём информации посредством электромагнитных волн.
Зависимость показателя преломления вещества и скорости света в нём от частоты световой волны.
Сплошной (непрерывный) характерен для жидких и твёрдых излучающих тел с температурой порядка нескольких тысяч градусов и для светящихся газов и паров, находящихся под очень большим давлением; линейчатый характерен для светящихся газов малой плотности при температуре порядка 2000 °С.
Проверь себя
В данной системе отсчёта магнитное поле создаётся движущимися в ней
фотонами
электронами
атомами
нейтронами
Магнитное поле обнаруживается по его действию на
покоящиеся в нём протоны
покоящиеся в нём нейтроны
покоящиеся в нём ионы
проводник с протекающим по нему электрическим током
Магнитное поле характеризуется векторной физической величиной, которая обозначается символом B и называется
