Дифракция волн Естественный и поляризованный свет Строение атомного ядра Закон радиоактивного распада Дифракционная решетка Электромагнитная природа света

Физика Курс лекций и примеры решения задач

Элементарная теория атома водорода

Основана на двух постулатах Бора:

Атом может находиться только в особенных стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых отвечает определенная энергия. В стационарном состоянии атом не излучает электромагнитных волн.

Излучение и поглощение энергии атомом происходит при скачкообразном переходе из одного стационарного состояния в другое, при этом имеют место два соотношения:

\varepsilon=E_{n2}-E_{n1},где \ \varepsilon — излучённая (поглощённая) энергия, \ n_1,n_2 — номера квантовых состояний. В спектроскопии \ E_{n1}и \ E_{n2}называются термами.

Правило квантования момента импульса: \ m\upsilon r=n\hbar,\ n=1,2,3...

Далее исходя из соображений классической физики о круговом движении электрона вокруг неподвижного ядра по стационарной орбите под действием кулоновской силы притяжения, Бором были получены выражения для радиусов стационарных орбит и энергии электрона на этих орбитах:

\ r_n=an^2,a=\frac{\hbar^2}{kme^2}=5.3\cdot10^{-11}м — боровский радиус.

\ E_n=-R_y\frac{1}{n^2},R_y=\frac{mk^2e^4}{2\hbar^2} — энергетическая постоянная Ридберга (численно равна 13,6 эВ)


Значение теории Бора

Объяснила дискретность энергетических состояний водородоподобных атомов.

Теория Бора подошла к объяснению внутриатомных процессов с принципиально новых позиций, стала первой полуквантовой теорией атома.

Эвристическое значение теории Бора состоит в смелом предположении о существовании стационарных состояний и скачкообразных переходов между ними. Эти положения позднее были распространены и на другие микросистемы.

Рентгеновские характеристические спектры.

 Линейчатый рентгеновский спектр атома хим. элемента. X. с. служит однозначной характеристикой атома, индивидуальность X. с. сохраняется и при вступлении атома в хим. соединение. Поэтому по спектральному положению и интенсивности его линий (характеристических линий) осуществляют рентг. спектральный анализ. X. с. лежат в области 5.10-3-10нм.

Линии X. с. возникают при переходе электрона одной из внеш. электронных оболочек на вакантную, более близкую к атомному ядру внутр. оболочку. Чаще всего X. с. получают в рентг. трубке, исследуемое вещество при этом служит анодом; вакансии на внутр. оболочках его атомов образуются при бомбардировке анода электронами, ускоренными электрич. полем; такой спектр наз. первичным. Вторичный (флуоресцентный) X. с. возбуждается при облучении исследуемого вещества оптич., рентг. или гамма-излучением.

Линии X. с. группируются в серии. Серию составляют линии, образующиеся при всех разрешённых переходах электронов с более внеш. оболочек на одну и ту же вакантную, более близкую к ядру оболочку К-, L-, М-, N- или Q-оболочку. Соответственно серии обозначают буквами К, L, М, N, Q (в порядке возрастания длины волны l). Внутри серии линии обозначаются греч. буквами: a, b, g, d и т. д. Напр., при переходе электрона L-оболочки на вакансию в K-оболочке появляется Ka-линия определ. элемента.

Для X. с. справедлив общий для атомных спектров принцип - комбинационный принцип Ридберга - Ритца, согласно к-рому волновые числа 5081-59.jpg=1/l спектральной линии атома определ. хим. элемента можно представить как разности к--л. термов спектральных этого атома:

5081-60.jpg= Tk- Ti.

http://www.femto.com.ua/articles/part_2/p1/5081-61.jpgX. с. отличаются простотой и единообразием: для всех элементов они состоят из небольшого числа аналогично расположенных спектральных линий, имеющих одинаковую тонкую структуру. Связь частот излучения с ат. номером Z определяется Мозли законом .При увеличении Z весь X. с. смещается в область коротких волн, при этом относит. расположение линий сохраняется (рис.).


Закон Мозли

Закон, связывающий частоту спектральных линий характеристического рентгеновского излучения химического элемента с его порядковым номером. Экспериментально установлен Генри Мозли в 1913 году.

Согласно Закону Мозли, корень квадратный из частоты ν спектральной линии характеристического излучения элемента есть линейная функция его порядкового номера

Z: \sqrt{\frac{\nu}{R}} = \frac{Z-S_n}{n}

где R — постоянная Ридберга, Sn — постоянная экранирования, n — главное квантовое число. На диаграмме Мозли зависимость от Z представляет собой ряд прямых (К-, L-, М- и т. д. серии, соответствующие значениям n = 1, 2, 3,...).

Закон Мозли явился неопровержимым доказательством правильности размещения элементов в периодической системе элементов Д. И. Менделеева и содействовал выяснению физического смысла Z.

В соответствии с Законом Мозли, рентгеновские характеристические спектры не обнаруживают периодических закономерностей, присущих оптическим спектрам. Это указывает на то, что проявляющиеся в характеристических рентгеновских спектрах внутренние электронные оболочки атомов всех элементов имеют аналогичное строение.

№ 1.2.7.

При введении жидких лекарственных препаратов через кожу (электрофорез) используется постоянный ток напряжением U = 6 В, которое подается на электроды площадью S = 12 см2. Сопротивление участка тела между электродами составляет R = 104 Ом. Определить плотность тока электрофореза.

Решение

Согласно определению плотность электрического тока может быть записана как

,  (1)

где I – сила тока, S – площадь электродов. Выразим силу тока из закона Ома для участка цепи:

, (2)

где U – напряжение на электродах, R – сопротивление участка тела между электродами. Объединяя (1) и (2), получим:

.


Дифракция ренгеновских лучей на пространственной решетке