Файл: Лабораторная работа 3 по учебному курсу Физика 3.docx

Скачать файл (0,56Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 26.10.2023

Просмотров: 698

Скачиваний: 54

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Тольяттинский государственный университет

^{(наименование института полностью)}

Техносферная безопасность

⁽^{Наименование учебного структурного подразделения}⁾

Безопасность технологических процессов и производств

^{(код и наименование направления подготовки / специальности)}

^{(направленность (профиль) / специализация)}

Лабораторная работа №3
по учебному курсу « Физика 3» ^{(наименование учебного курса)}
Вариант __3__ (при наличии)

Обучающегося	В.А.Леонтьевой
	^{(И.О. Фамилия)}
Группа	ТБбп-1902б

Преподаватель	Ясников Игорь Станиславович
	^{(И.О. Фамилия)}

Тольятти 2023

Лабораторная работа
Спектр излучения атомарного водорода (бригада 3)

Цель работы: Знакомство с планетарной и квантовой моделями атома при моделировании процесса испускания электромагнитного излучения возбужденными атомами водорода. Экспериментальное подтверждение закономерностей формирования линейчатого спектра излучения атомарного водорода при низких давлениях. Экспериментальное определение постоянной Ридберга.

Теоретическая часть

Спектральной линией называется электромагнитное излучение, испускаемое (или поглощаемое) атомом при переходе его электрона из одного стационарного квантового состояния в другое.

Модели (классические) спектральной линии:

гармоническая электромагнитная волна с частотой ,
поток фотонов с одной и той же энергией .

Расстояние между линиями (по шкале длин волн или частот) в линейчатом спектре много больше ширины линий. Такой спектр излучают атомарные газы. Кроме линейчатого выделяют еще полосатый спектр, который излучают молекулярные газы, и сплошной спектр, излучаемый нагретыми твердыми телами.

Планетарная (орбитальная) модель атома: в центре атома расположено очень малое положительно заряженное ядро, вокруг которого по определенным (разрешенным) стационарным круговым орбитам движутся электроны, масса которых во много раз меньше массы ядра. При движении по орбите электрон не испускает электромагнитного излучения (ЭМИ). При поглощении ЭМИ (фотона) электрон переходит на более «высокую» разрешенную орбиту, на которой его энергия становится больше на величину

, равную энергии поглощенного фотона

. При обратном переходе электрон испускает фотон с такой же энергией

.

Квантовая модель атома отличается от планетарной в первую очередь тем, что в ней электрон не имеет точно определенного радиус-вектора (координаты) и вектора скорости, поэтому бессмысленно говорить о траектории его движения. Можно определить (и нарисовать) только границы области его преимущественного движения (орбитали).

Уравнение Шредингера для движения электрона в кулоновском поле ядра атома водорода используется для анализа квантовой модели атома. В результате решения этого уравнения получается волновая функция, определяющая плотность вероятности нахождения электрона вблизи данной точки. Она зависит не только от координаты

времени

, но и от четырех параметров, имеющих дискретный набор значений и называемых квантовыми числами. Они имеют названия: главное, азимутальное, магнитное и магнитное спиновое.

Более точное уравнение Дирака добавляет еще одно квантовое число, которое называется «магнитное спиновое». Его появление связывается с наличием у электрона некоторого внутреннего движения, называемого спиновым (коротко «спин»). При дальнейших исследованиях обнаружилось, что спиновым движением (спином) обладают и многие другие частицы.

Для модуля вектора момента импульса спинового движения

имеет место соотношение:

Где

- спиновое квантовое число, которое у каждой частицы имеет только одно значение. Например, для электрона

.

Аналогичные значения имеют спиновые квантовые числа протона и нейтрона. Но у фотона

.

Главное квантовое число

может принимать целочисленные значения 1, 2, … Определяет величину энергии электрона в атоме:

где

- энергия ионизации атома водорода (13,6 эВ).

Азимутальное (орбитальное) квантовое число

определяет модуль момента импульса электрона при его орбитальном движении:

Оно принимает целочисленные значения

.

Магнитное квантовое число

определяет проекцию вектора момента импульса орбитального движения электрона

на направление внешнего магнитного поля

. Оно принимает положительные и отрицательные целочисленные значения, по модулю меньшие или равные

где

Магнитное спиновое квантовое число

определяет проекцию вектора собственного момента импульса электрона (спина

) на направление внешнего магнитного поля

принимает только два значения:

Вырожденными называются состояния электрона с одинаковой энергией.

Кратность вырожденная равна количеству состояния с одной и той же энергией.

Краткая запись состояния электрона в атоме:

цифра, равная главному квантовому числу,
буква, определяющая азимутальное квантовое число:

Буквенное обозначение для этого числа приведено в таблице:

буква
значение	0	1	2	3	4

Экспериментальная часть

Проведем экспериментальную часть на виртуальной лабораторной установке рис.1. Запишем в таблицу 1 величину главного квантового числа для нижнего уровня энергии данной серии, для нашей бригады. Запишем туда же название соответствующей серии.

Рис.1. Орбитальная (планетарная) модель атома водорода
Таблица 1.

Результаты измерений. Серия Пашена.

Номер линии i			, мкм	, мкм^-1
1	3	0,111	0,103	9,708
2	4	0,062	0,097	10,309
3	5	0,040	0,095	10,526
4	6	0,027	0,094	10,638

Вычислим и запишем в табл.1. обратные длины волн.
Определим, переход между какими квантовыми состояниями электрона в атоме водорода соответствует каждая линия излучения. Запишем в таблицу 1 значения .