УФИМСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ НАУКИ И ТЕХНОЛОГИЙ

Физико-технический институт

Определения резонансного потенциала

атома инертного газа

Лабораторная работа №4

по квантовой физике

Выполнили: Сафиуллин С.Р и Яхин А.Д

Проверил: Ишембетов Р.Х

Уфа-2023

Цель работы: изучение процесса возбуждения атомов ртути электронами,
измерение первого потенциала возбуждения (резонансного потенциала).
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ.
Уровни энергии атомов. Планетарная модель атома и квантовые
постулаты Бора.
Атом построен из тяжелого положительно заряженного ядра и
окружающих его электронов. По классической механике такая система
может находиться в равновесии лишь при условии, если электроны будут
обращаться вокруг ядра по каким-то орбитам. Однако, с точки зрения клас-
сической электродинамики, такой атом был бы все же неустойчив, так как
при движении с ускорением электроны должны были бы излучать энергию в
виде электромагнитных волн и, следовательно, постепенно падать к ядру.
Вместе с тем и частота обращения при этих условиях должна была бы непре-
рывно меняться, и мы получили бы сплошной спектр вместо резких
спектральных линий. Тот факт, что этого на самом деле не наблюдается, и
атомы испускают резкие спектральные линии, указывает на их
замечательную устойчивость, противоречащую классической
электродинамике.
Постулат о существовании устойчивых стационарных состояний
осцилляторов является необходимой предпосылкой для вывода правильной
формулы излучения абсолютно черного тела. Нильсу Бору (1913 г.) при-
надлежит заслуга отчетливой формулировки этого положения и обобщения
его на любые атомные системы. Тем самым впервые с полной ясностью была
показана неприменимость классической физики к внутриатомным

---

движениям. Идея о квантах, высказанная Планком в применении к обмену
энергией между полем излучения и линейными осцилляторами, приобрела
универсальное значение как выражение наиболее характерной особенности
процессов внутриатомного мира.
В основу развитой им квантовой теории строения атома Бор положил
следующие два постулата:
I. Атомы и атомные системы могут длительно пребывать только в
определенных состояниях — стационарных состояниях, — в которых,
несмотря на происходящие в них движения заряженных частиц, они не
излучают и не поглощают энергию-В этих состояниях атомные системы
обладают энергиями, образующими дискретный ряд: Е1, Е2, ... , Еn. Состояния

3
эти характеризуются своей устойчивостью; всякое изменение энергии в
результате поглощения или испускания электромагнитного излучения или в
результате соударения может происходить только при полном переходе
(скачком) из одного из этих состояний в другое.
II. При переходе из одного стационарного состояния в другое атомы
испускают или поглощают излучение только строго определенной частоты.
Излучение, испускаемое или поглощаемое при переходе из состояния Еm в
состояние Еn, монохроматично, и его частота ω определяется из условия:
Оба эти постулата резко противоречат требованиям классической
электродинамики, так как по первому постулату атомы не излучают,
несмотря на то, что образующие их электроны совершают ускоренное
движение (например, обращение по замкнутым орбитам), а по второму —
испускаемые частоты не имеют ничего общего с частотами периодических
движений электронов.
Опыты Франка и Герца.
Формулированные в предыдущем пункте квантовые постулаты Бора
нашли наиболее непосредственное экспериментальное подтверждение в
опытах Дж. Франка и Густава Герца, к описанию этих опытов мы и
переходим.
Идея опытов заключается в следующем: атомы или молекулы более или
менее разреженного газа обстреливаются медленными электронами; при
этом исследуется распределение скоростей электронов до и после
соударений. Если соударения происходят упруго, то распределение
скоростей в результате соударений не изменяется, и, наоборот, при
неупругих соударениях часть электронов теряет свою энергию, отдавая ее

---

атомам, с которыми они испытали соударения, и распределение скоростей
меняется.
В результате опытов Франка и Герца оказалось, что:
1. При скоростях электронов, меньших некоторой критической
скорости, соударение происходит вполне упруго, т. е. электрон не передает
атому своей энергии, но отскакивает от него, изменяя лишь направление
своей скорости.
2. При скоростях, достигающих критической скорости, удар происходит
неупруго, т. е. электрон теряет свою энергию и передает ее атому, который
при этом переходит в другое стационарное состояние, характеризуемое
большей энергией.
Таким образом, атом или вообще не воспринимает энергию
(упругий удар), или воспринимает ее только в количествах, равных
разности энергий в двух стационарных состояниях.

U .B	0	2.3	4.7	6.3	7.8	9.4	11.0	12.6	14.2
I мкА	0.7	5.2	11.5	16.1	22.3	30.7	43.2	38.7	24.3

U .B	16.5	18.1	19.7	20.5	21.3	22	23.6	24.4	25.2	26.8
I мкА	28.1	36.8	49.4	59.2	66.99	64.2	73	81.2	93.4

1200 К

U .B	0	5.5	7.8	10.2	11.0	12.6	14.2	17.3	18.9
I мкА	2	53	96	122	138	140	128	108	115

---

U .B	20.5	21.3	25.2	28.3	31.5	33.5	35.5	38.0	40
I мкА	124	132	143	138	136	142	161	158	149

Для 600 К: Uрез = U – U

Uрез = 23.6 – 11 = 12.6 В

Для 1200 К: Uрез = U – U

Uрез = 23.6 – 11.8 = 11.8 В

Вывод: мы в этой лабораторной работе ознакомились с опытом Франки и Герца и определили резонансный потенциал атома инертного газа

Получили результаты:

1. 
   Для 600 К: Uрез – 12,6 В
   
2. 
   Для 1200 К: Uрез – 11.8 B
   

---

Смотрите также файлы

• Журнал регистрации и контроля.docx

• Жамбыл облысы кімдігіні білім басармасы Тараз аласыны білім бліміні.docx

• Понятие, содержание и виды личных неимущественных прав.docx

• Белдеулік уаыт Ясперс.docx

• Методика работа по предупреждению типичных ошибок обучающихся при описании и пунктуационном оформлении обособленных членов предложения.docx