Излучение атома водорода

Основная цель: показать связь между линиями спектра наблюдаемого излучения и переходами между соответствующими энергетическими уровнями.

Замечания по работе установки

Кнопка "Старт" запускает установку, в которой электрический разряд, инициируемый катушкой Румкорфа, возбуждает атомы водорода. Полученное излучение наблюдается с помощью идеального спектрометра. Линии невидимого глазом излучения изображаются пунктиром. Кнопка "Масштаб" позволяет изменять разрешающую силу спектрометра.

Методические соображения

Подведите к указателю поочередно все линии спектра. Соотнесите место линии в серии с переходами на схеме уровней энергии атома водорода. Исследуйте все наблюдаемые линии. Сделайте выводы.

Немного теории

Водород представляет собой простейший атом, так как состоит из ядра и одного электрона. У водорода самый простой спектр. Расстояния между линиями в видимой части спектра уменьшаются в соответствии с законом, найденным в 1885 г. швейцарским школьным учителем и одновременно доктором Базельского университета Иоганном Бальмером,

    1              1       1
          ―  = R (  ― -  ― )  ,
      λ              22     m2

	  где m = 3, 4, 5,... ,
	   R=1.097·107 м-1 ( постоянная Ридберга).
	  

Позднее было обнаружено, что в ультрафиолетовой и инфракрасной областях имеются другие серии линий, длины волн которых описываются подобной формулой. Для объяснения линейчатого характера спектра излучения Н.Бор ввел понятие о стационарных состояниях атома с дискретным набором энергий.

Общая формула для длин волн линий серии атома водорода может быть записана в виде

    1              1       1
          ―  = R (  ― -  ― )  ,
      λ              n2     m2

 где  n = 1, 2, 3,..., m = n+i, i = 1, 2,....
 Серия Лаймана: n = 1, m = 2, 3, 4,...,
серия Бальмера: n = 2, m = 3, 4, 5, ...,
серия Пашена: n = 3, m = 4, 5, 6,... и т.д.

Н.Бор предположил, что испускание света происходит, когда электрон переходит из состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, причем энергии состояний дискретны. При каждом переходе испускается фотон, энергия которого определяется соотношением ( закон сохранения энергии! )

hν = E(m) - E(n),

где m - номер состояния с большей энергией или, как говорят, более высокого энергетического уровня,

n - номер более низкого энергетического уровня.

вверх