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.