ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3–17
ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА ИСПУСКАНИЯ АТОМОВ ВОДОРОДА И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОСТОЯННЫХ РИДБЕРГА И ПЛАНКА

Приборы и принадлежности: спектрометр, водородная лампа с источником питания.

Цель работы: определение постоянных Ридберга и Планка.

1. Краткая теория

Электроны в атомах подчиняются законам квантовой механики. Одна из основных особенностей поведения электронов, находящихся в связанных состояниях, заключается в том, что их энергия квантована, т. е. электроны в атомах могут обладать не любыми, а лишь определенными, энергиями.

Атом водорода состоит из протона и движущегося вокруг него электрона. Если электрон поглощает порцию энергии, то атом переходит в возбужденное состояние. Если же электрон отдает энергию, то атом переходит из более высокого в менее высокое энергетическое состояние. Обычно переходы из более высокого энергетического состояния в менее высокое сопровождаются излучением энергии в форме света. Однако, возможны также и безызлучательные переходы. В этом случае атом переходит в менее высокое энергетическое состояние без излучения света, а избыток энергии отдает, например, другому атому при их столкновении.

Если атом, переходя из одного энергетического состояния в другое, излучает спектральную линию с длиной волны λ, то, в соответствии со вторым постулатом Бора, излучается энергия ε равная:

где h - постоянная Планка; c - скорость света.

Совокупность всех спектральных линий, которые может излучать атом, называется его спектром испускания. Как показывает квантовая механика, спектр атома водорода выражается формулой:

где R – постоянная, называемая постоянной Ридберга; k и m – целые числа, причем k < m, m могут принимать значения k + 1, k + 2, и т. д.

В соответствии с (17-2) каждая спектральная линия характеризуется парой квантовых чисел k и m. Квантовые числа m и k указывают энергетические уровни атома соответственно до и после излучения.

Энергетические уровни электрона в атоме водорода описываются формулой:

где n – главное квантовое число. От него зависит энергия электрона в атоме водорода.