Спектры излучения и поглощения атома водорода

Модель атома водорода по Бору.

АТОМНАЯ ФИЗИКА

Поддержка многозадачного исполнения кода. Плоская модель памяти.

Процесс трансляции адресов управляется программно. Операционная система может модифицировать запись таблицы страниц, для изменения физического адреса одной страницы,, модифицировать запись каталога таблиц страниц изменив сразу же адреса 1024 страниц или полностью изменить структуру перекодировки адресов записав новое значение в регистр CR3. Корректировка таблиц используется для поддержки псевдопараллельного исполнения программ в операционных системах MS Windows. Код и данные 32-х разрядных пользовательских приложений Windows размещается в сегментах, размер которых равен 4ГБ. Эти сегменты перекрывают друг друга и покрывают всё адресное пространство процессора. Реально приложения могут использовать только часть страниц этих сегментов. В Windows 95, например, приложению выделяется область виртуальных адресов в диапазоне от 4МВ до 2ГБ. Каждое приложение имеет своё собственное виртуальное пространство. Это означает, что одинаковые виртуальные адреса двух разных приложений проецируются в разные физические. В виртуальном адресном пространстве приложения Win32 как бы наложены друг на друга. Однако для каждого приложения операционная система создаёт отдельную структуру таблиц страниц. Приложения Windows 95 исполняются псевдопараллельно. Операционная система выделяет каждому приложению небольшие интервалы процессорного времени. Когда время очередного интервала истекает, система передаёт управление очередному приложению. В этот момент происходит модификация структуры таблиц страниц.

Заключение – до 5 мин.

Лекция разработана «___»________20__г.

_______________________(___________)

(подпись, фамилия и инициалы автора)

Постулаты Бора:

1. Атом может находиться только в особых (квантовых) стационарных состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия . В стационарном состоянии атом не излучает.

2. При переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией происходит излучение света с частотой : , где h – постоянная Планка. Наоборот, при переходе атома из состояния с меньшей энергией в состояние с большей энергией атом поглощает квант света с частотой .

Согласно Бору атом имеет планетарную модель. Вокруг положительно заряженного ядра вращаются электроны по стационарным орбитам, называемых боровскими. При переходе электрона с одной стационарной орбиты на другую атом или поглощает, или излучает квант света.

Рассмотрим движение электрона по боровской орбите в атоме водорода. Ядро водорода имеет положительный заряд, равный по модулю заряду электрона.

Исходя из второго закона Ньютона, запишем

,

где a – центростремительное ускорение движения электрона по орбите.

Иначе этого уравнение можно представить

, (1)

где r – расстояние между ядром атома и движущимся электроном (радиус орбиты); – коэффициент пропорциональности в законе Кулона (в СИ); e – элементарный заряд (модуль заряда электрона и ядра атома водорода).

Помимо приведенного уравнения классической физики Бор ввел квантовое уравнение, учитывающее квантование момента импульса электрона на боровской орбите:

, (2)

где и – радиус n-ой боровской орбиты электрона и скорость электрона на этой орбите; n = 1, 2, 3… (любое целое число).

При решении системы уравнений (1) и (2) получим

.

Радиус первой боровской орбиты составляет м.

Определим энергию электрона в атоме водорода. Кинетическая энергия электрона на n-ой орбите равна

,

или, используя уравнение (1)

.

Потенциальная энергия электрона (энергия кулоновского взаимодействия электрона с положительно заряженным ядром) равна

.

Тогда полная энергия электрона

. (3)

Электрон, находясь в атоме, обладает только отрицательной энергией! Число n, определяющее значение энергии электрона и состояние атома, называют главным квантовым числом. Основное состояние атома соответствует n = 1. При n > 1 атом находится в возбужденном состоянии.

Построенная Бором модель атома позволила объяснить экспериментально обнаруженные спектры излучения атомов водорода и водородоподобных ионов (He⁺, Li⁺², т.е. ионизированные атомы, имеющие один электрон). Схема спектров имеет вид (см. рис.).

Слева обозначены уровни энергии электрона, а справа соответствующие им главные квантовые числа. Расстояния между уровнями при возрастании n уменьшаются (становится меньше разность между соседними значениями энергии электрона в атоме). При электрон становится свободным, т.е. покидает пределы атома, и энергия электрона . На первом уровне эВ.

Стрелками указаны возможные переходы электрона с уровня с большей энергией на уровень с меньшей энергией при испускании атомом кванта света. Частота излучаемого кванта определяется из выражения

при k > n,

а для длины волны можно записать

, м^–1

В последнем уравнении с – скорость света в вакууме; R – постоянная Ридберга. Формула для R получена, исходя из уравнения (3).

Полученная формула для длин волн описывает наблюдаемые спектры излучения. Например, при значении n = 1 возможные длины волн излучения определяются следующим образом

, где k = 2, 3, 4,…

Данный спектр получил название серии Лаймана.

Следующий набор длин волн (частот), соответствующий значению n = 2, называется серией Бальмера:

, где k = 3, 4, 5, …

Примечание:

Построить количественную теорию атома гелия и более сложных атомов на основе боровских (полуклассических) представлений не удалось. Рассмотрение современной теории строения сложных атомов выходит за рамки настоящего курса физики.

Дата добавления: 2014-01-07