ВВЕДЕНИЕ. Цель работы: ознакомиться с одним из методов наблюдения линейчатых спектров, оп­ределить длину волны линий водорода и рассчитать по ним постоянную Ридберга

ИЗУЧЕНИЕ СЕРИИ БАЛЬМЕРА.

РАБОТА № 3

Цель работы: ознакомиться с одним из методов наблюдения линейчатых спектров, оп­ределить длину волны линий водорода и рассчитать по ним постоянную Ридберга.

Приборы и принадлежности: монохроматор УМ-2 с установленным на рельсе кон­ден­сором, ртутная лампа, разрядная трубка, система зажигания.

Положение линий в атомных спектрах может быть объяснено только на основе кван­товых представле­ний. Квантовая механика показывает, что энергия электронов в атоме может принимать не любые, а только некоторые определенные значения, образуя дискрет­ный набор. Состояния с различными значениями энергии называются уровнями. Спек­тральные линии возникают при переходе электронов с одного уровня на другой (более низкий), энергия кванта равна разности энергий этих двух уровней:

ћ w _nm = E_n - E_m (1).

Здесь ћ - постоянная Планка, равная 1,027∙10 ^-27 эрг×с. Совокупность линий, имеющих об­щий нижний уровень, т.е. одинаковые значения m составляет спектральную серию. Наиболее простую картину образуют уровни атома водорода. Теория показывает, что уровни энергии атома водорода подчиняются зависимости

E _n ~ – 1/ n² (2),

где n - целое число (главное квантовое число).

Из (1) и (2) следует, что длины волн спектральных линий описываются формулой:

1 /l_nm = R (1/m ² –1/n²) (3),

где R - некоторая константа, называемая постоянной Ридберга, а m и n целые числа. Формула (3) известна в спектроскопии очень давно (с 1885 г.) Она была найдена эмпирически и получила название обобщенной формулы Бальмера. Формула правильно описывает экспе­риментальные значения длин волн спектральных линий водорода при R=1,097∙10⁵ см^-1 Поиски физического смысла этой формулы (Н.Бор, 1913 г.) привели к созданию квантовой теории атома. Квантовая механика позволяет вычислить величину постоянной Ридберга:

R=p²me⁴/ c ћ³ (4),

где e - заряд электрона, m - его масса, c - скорость света.[6]

На рис. 1 изображены уровни энергии атома водорода, а стрелками обозначены пере­ходы между уровнями, соответствующие спектральным линиям различных серий. Из рисунка видно, что линии в спектре водорода можно расположить по сериям: для всех линий данной серии значение m остается постоянным, а n может принимать любые значения от n=m+1 до ¥. В настоящей работе изучается серия Бальмера, часть линий которой лежит в видимой области. Для серии Бальмера m=2. Величина n для первых четырех линий этой серии принимает значения 3, 4, 5, 6. Эти линии обозначаются символами Н_a, Н_b, Н_g, Н_d. Другие линии этой серии лежат в ультрафиолетовой области спектра.

Дата добавления: 2014-11-29