Л доследы атамнай фізікі Доследы Франка І Герца




Дата канвертавання13.10.2018
Памер445 b.


Л.8. Доследы атамнай фізікі

  • 1. Доследы Франка і Герца

  • 2. Спектры шчолачных металаў

  • 3. Спін электрона

  • 4. Квантавыя лікі

  • 5. Доследы Штэрна і Герлаха


Доследы Франка і Герца

  • Д.Франк і Г.Герц (ням.фіз.)

  • у 1914 годзе правялі

  • шэраг доследаў па выяўленні

  • дыскрэтнай (квантавай)

  • структуры энергетычных

  • узроўняў у атаме.

  • Асноўным элементам доследнай ўстаноўкі з’яўлялася трохэлектродная лямпа.

  • Лямпа пры нізкім ціску (Р ~ 1 мм.рт.сл.) запаўнялася парай ртуці.



  • Тэрмаэлектроны, якія выляталі з катода, паскараліся полем, створаным паміж сеткай і катодам.

  • Паміж сеткай і анодам стваралася слабае электрычнае поле (~ 0,5В), якое затрымлівала электроны (на аноде мінус).

  • Даследавалася залежнасць аноднага току ад напружання на сетцы.



  • Графік залежнасці I = f(Uc) меў наступны выгляд: спачатку ток павялічваўся, дасягаў максімуму пры Uc= 4,9B, затым памяншаўся.

  • Наступныя максімумы назіраліся пры 9,8В і 14,7В.



  • Тлумачыцца гэта залежнасць I = f(Uc) узаемадзеяннем электрона з атамам.

  • Калі энергія электрона Ее < E1=Е2–Е1 – удар пругкі, электроны не аддаюць сваёй энергіі атамам ртуці, дасягаюць анода і утвараюць анодны ток, які павялічваеццца.



  • Калі Ее  E1 – удар няпругкі, электроны губляюць энергію, затрымліваюцца адмоўным патэнцыялам, ток памяншаецца.

  • Аналагічнае змяненне току назіраецца і калі энергія электрона Ее параўнальна з E2=Е3–Е1 і E3=Е4–Е1 .



  • Узбуджаныя атамы ртуці пасля ~10-8с вяртаюцца ў асноўны стан і выпраменьваюць пры гэтым квант з энергіяй ε = E.

  • Такім чынам, доследы Франка і Герца непасрэдна выявілі наяўнасць у атамаў дыскрэтнай энергетычнай структуры.



Спектры шчолачных металаў

  • Пераход ад інертнага газу да шчолачнага металу – павелічэнне электронаў на адзінку.

  • Зарад ядра атама павялічваецца на е.

  • Энергія іанізацыі памяншаецца.

  • Сувязь гэтага электрона з атамам слабая.



  • Атам шчолачнага металу ўяўляе сабой устойлівую структуру - дадатны іон + электрон.

  • Зарад іона +(Z-1)е.

  • У полі гэтага іона рухаецца адзін электрон – аналаг вадароду.



  • Спектральныя тэрмы для вадарода і шчолачнага металу падобныя

  •  - рыдбергаўская папраўка.

  • Значэнні папраўкі вызначаюцца эксперыментальна.

  • Для розных шчолачных металаў яны маюць розныя значэнні.



  • Спектры шчолачных металаў падобныя спектру атама вадароду.



  • Пры ўзбуджэнні атама шчолачнага металу і пры выпраменьванні ім энергіі змяняецца толькі стан валентнага электрона.

  • Іх асаблівасць – расшчапленне ліній - наяўнасць дублетаў (жоўтая лінія натрыю 589,0нм і 589,6нм - = 0,6нм)

  • З ростам Z велічыня  павялічваецца.



Спін электрона

  • Расшчапленне спектральных ліній у спектрах шчолачных металаў прыводзіць да ўтварэння тонкай структуры.

  • Складаныя лініі, якія валодаюць некалькімі кампанентамі, называюцца мультыплетамі.

  • Лік кампанентаў у мультыплеце можа быць роўным двум (дублет), тром (трыплет), чатыром (квартэт), пяці (квінтэт) і т.п.

  • Адзіночныя лініі ў спектры называюцца сінглетамі.



  • Раўнанне Шродзінгера не дае тлумачэння наяўнасці мультыплетнасці ў спектрах шчолачных металаў.

  • Расшчапленне спектральных ліній, відавочна, абумоўлена расшчапленнем энергетычных узроўнях атама.



  • У 1925г. Дж.Гаудсміт і С.Уленбек (амер.фіз.) падаюць ідэю аб наяўнасці ў электрона уласнага механічнага Мs і ўласнага магнітнага s моманту імпульсу.

  • Уласны момант – спін.

  • Уласны момант не звязаны з рухам электрона ў прасторы.

  • Спін – гэта ўнутранная неад’емная ўласцівасць электрона, як яго маса і зарад.





Квантавыя лікі

  • Стацыянарнае раўнанне Шродзінгера для вадародападобнага іона

  • Уласныя функцыі раўнання Шродзінгера ў палярных каардынатах утрымліваюць тры параметра n, l, ml



  • n – галоўны квантавы лік – вызначае энергію.

  • Галоўны квантавы лік прымае толькі дыскрэтныя значэнні

  • n = 1, 2, 3, 4,…

  • Квантавы лік n ≠ 0.



  • l – арбітальны квантавы лік – вызначае арбітальны момант імпульсу

  • Арбітальны квантавы лік прымае толькі дыскрэтныя значэнні – l = 0, 1, 2, 3,…, n-1 (усяго n значэнняў).



  • ml – магнітны квантавы лік – вызначае праекцыю арбітальнага моманту імпульсу на вызначаны напрамак

  • Магнітны квантавы лік

  • прымае дыскрэтныя

  • значэнні

  • ml = 0,±1, ±2, ±3,…±l

  • (усяго 2l+1 значэнняў).



  • Велічыня ўласнага моманту імпульсу вызначаецца спінавым квантавым лікам S = 1/2

  • Праекцыя спіна на дадзены напрамак вызначаецца магнітным спінавым квантавым лікам ms= ± 1/2



  • З выразаў для En, Ml, MlZ, Ms i MsZ бачна, што пастаянную Планка  можна разглядаць як адзінку вымярэння гэтых велічынь, якія маюць дыскрэтны характар (квантуюцца).  



Доследы Штэрна і Герлаха

  • Рух электрона вакол ядра атама ўяўляе сабой кругавы ток.

  • Пры гэтым арбітальны магнітны момант электрона роўны



  • Пры руху вакол ядра электрон валодае арбітальным механічным момантам імпульсу (Мℓ)



  • Арбітай электрона ў атаме вадароду з’яўляецца эліпс.

  • Плошча эліпса

  • З улікам, што

  • Атрымліваем



  • Такім чынам, арбітальны магнітны момант імпульсу

  • з улікам роўнасці

  • звязаны з арбітальным механічным момантам імпульсу наступным чынам



  • Велічыню называюць

  • магнетонам Бора.

  • Такім чынам,



  • Атам, які валодае магнітным момантам імпульсу, пры ўздзеянні на яго вонкавага магнітнага поля здзяйсняе вярчэнне (працэсію) вакол вектара магнітнай індукцыі.

  • Частата гэтага вярчэння

  • Працэсія атама магчыма толькі ў неаднародным магнітным полі.

  • 1921-22г.г., О.Штэрн і В.Герлах (ням.фіз.) – эксперыментальна даказалі наяўнасць у атама магнітнага моманту і спіна ў электрона.



  • Ідэя эксперыменту – калі магнітны дыполь (атам-электрон) знаходзіцца ў аднародным магнітным полі, то на яго дзейнічае момант сіл, але выніковая сіла роўная нулю.

  • Пры руху ў такім полі дыполь будзе арыентаваны па полю і яго траекторыя змяняцца не будзе.

  • У выпадку неаднароднага магнітнага поля на полюсы дыполя дзейнічаюць розныя сілы і выніковая не роўная нулю.

  • У такім полі траекторыя дыполя будзе залежыць ад напрамку яго ўласнага магнітнага моманту.



  • Сіла, што дзейнічае на магнітны момант атама, вызначаецца роўнасцю

  • Праекцыі сілы залежаць ад магнітнага моманту і неаднароднасці вонкавага магнітнага поля



  • Цяжкасць эксперыменту – рэалізацыя магнітнага поля з неаднароднасцю на адлегласцях парадка 10-10м.

  • Магніты з полюснымі наканечнікамі спецыяльнай формы.

  • К – электрапечка (Ag), S-N – полюсныя наканечнікі, П – пласціна.



  • Неаднароднасць вонкавага магнітнага поля стваралася формай полюсных наканечнікаў у напрамку восі Z

  • Атамы серабра асядалі на пласцінцы П толькі ў пунктах А і В.

  • Магнітныя

  • моманты атамаў

  • арыентаваліся

  • па вонкаваму

  • полю.



  • Такім чынам, у выніку праведзенага доследу Штэрн і Герлах даказалі, што

  • 1. атамы валодаюць магнітным момантам,

  • 2. магнітныя моманты атамаў арыентуюцца па вонкаваму магнітнаму полю,

  • 3. іх размеркаванне на пласцінцы у пунктах А і В гаворыць аб тым, што іх значэнні квантуюцца.

  • Гэта з’ява

  • называецца

  • квантаваннем

  • магнітнага моманту

  • атама ў прасторы.




База данных защищена авторским правом ©urok.shkola.of.by 2016
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка