Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Гольдин Л.Л. -> "Квантовая физика. Водный курс" -> 29

Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.

Гольдин Л.Л., Новиков Г.И. Квантовая физика. Водный курс — М.: Институт компьютерных исследований, 2002. — 496 c.
Скачать (прямая ссылка): kvantovayafizikavvodniykurs2002.pdf
Предыдущая << 1 .. 23 24 25 26 27 28 < 29 > 30 31 32 33 34 35 .. 190 >> Следующая

меньше и меньше, но зато при этом возрастает
Рис. 29. Уровни энергии в атоме водорода.
1Это утверждение является правильным с точностью до так называемого
тонкого расщепления уровней. Этот вопрос обсуждается в § 27.
§ 13. Экспериментальные исследования энергетических уровней атома 81
Ар " 2ттН/Ах, а с ростом Ар растет и кинетическая энергия1. Так как
кинетическая энергия возрастает пропорционально (Ар)2, то при уменьшении
расстояния между электроном и ядром ее рост перегоняет уменьшение
потенциальной энергии, и полная энергия электрона начинает расти.
Дальнейшее уменьшение расстояния между электроном и ядром становится
энергетически невыгодным, так что "упасть" на ядро электрон не может.
§ 13. Экспериментальные исследования энергетических уровней атома.
Потенциалы возбуждения и ионизации
Дискретность атомных уровней проявляется по многих опытах и в первую
очередь в опытах по возбуждению и ионизации атомов электронным ударом.
Схема установки, с помощью которой можно проводить такие опыты,
изображена на рис. 30.
Рис. 30. Опыты Франка и Герца (схема установки).
Основной частью установки является трубка, заполненная исследуемым газом
при небольшом давлении (так что пробег электрона оказывается порядка
размеров трубки). Внутри трубки находится подогреваемый катод К,
являющийся эмиттером электронов, сетка С и анод А. На сетку подается
ускоряющий потенциал Vc, величина которого может
1В самом деле,
m = ^ = Ml + = <М1
2 m 2m 2m 2m
При этом выводе была использована формула (2.27). В сферически-
симметричном случае среднее значение всякой векторной величины, в том
числе и импульса, конечно, равно нулю,
82
Глава 4
плавно изменяться; между анодом и сеткой приложен небольшой задерживающий
потенциал (V3 " 0,2-0,5 В). Электроны, ускоренные в зазоре между катодом
и сеткой, попадают затем в свободное от поля пространство, ограниченное
сеткой С; в этом пространстве в основном и происходят их столкновения с
атомами. Те электроны, которые потеряли почти всю свою энергию в
результате столкновений с атомами, не могут преодолеть задерживающего
поля V3; остальные электроны попадают на анод А и создают в цени анода
ток ia, регистрируемый гальванометром.
При повышении потенциала сетки Vc число электронов, отсасываемых от
катода, увеличивается и ток в анодной пени растет (рис. 31). Это
возрастание, однако, происходит монотонно лишь в том случае, если прибор
хорошо откачан.
На рис. 32 а изображена зависимость тока га от ускоряющего потенциала Vc
для случая, когда трубка заполнена парами ртути (опыты Франка и Герца,
1913 г.). Начальный (возрастающий) участок кривой имеет вид, типичный для
вольт-амперных характеристик термоэлектронных приборов (рис. 31). Но при
Vc " 4,9 В ток резко падает, а затем снять начинает возрастать. Менее
резкие скачки наблюдаются и при значениях Vc, пропорциональных 4,9 В.
Рис. 31. Зависимость то ка от ускоряющего на пряжения.
Рис. 32. Зависимость га от Vc: а - для атомов ртути (возбуждение); б -
для атомов водорода (ионизация).
Выясним причины, определяющие вид кривой на рис. 32 а. Атомы ртути, так
же как и водородоподобные атомы и все атомы вообще, обладают дискретными
энергетическими уровнями, поэтому электроны с небольшой энергией их
возбуждать по могут. Возбуждение атома, т. е.
§ 13. Экспериментальные исследования энергетических уровней атома 83
переход электрона с нижнего на один из верхних уровней, происходит в том
случае, когда атому передается энергия, равная разности энергий этих
уровней. Эта энергия, деленная на заряд электрона, называется потенциалом
возбуждения. При достижении этой энергии электроны испытывают неупругие
столкновения с атомами и передают им практически всю свою энергию; число
электронов, попадающих на анод, при этом резко уменьшается.
По кривой на рис. 32 а можно определить только первый потенциал
возбуждения ртути, равный 4,9 В. Первый потенциал возбуждения называется
резонансным потенциалом и соответствует переходу атомов с нижнего
энергетического уровня на ближайший. Вероятность возбуждения атомов при
столкновении с электронами особенно велика, когда энергия электронов
равна разности энергии уровней. Поэтому первый скачок на кривой тока для
ртути при Vc = 4, 9 В очень резкий. Менее резкий скачок появляется тогда,
когда энергия электронов оказывается достаточной для последовательного
возбуждения двух атомов; на рис. 32 а такой скачок наблюдается при = 9,8
В.
На установках, аналогичных описанной, можно производить измерения первых
и более высоких потенциалов возбуждения различных атомов, а также
измерение ионизационных потенциалов. Ионизационным потенциалом называется
энергия ионизации (энергия, необходимая для отрыва электрона от атома),
деленная на заряд электрона.
Измерение ионизационных потенциалов наиболее удобно проводить по току
положительных ионов, возникающих в результате ионизации атомов
электронным ударом. Для проведения таких измерений нужно увеличить
Предыдущая << 1 .. 23 24 25 26 27 28 < 29 > 30 31 32 33 34 35 .. 190 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed