ПОӘК 042-18-38-57/03-2014 №1 басылым 05. 09. 2014ж
жүктеу/скачать 3,08 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Тәжірибенің идеясы мынадай.
- 2.3. Атомның Бор ұсынған моделі
- Сутегі атомының энергетикалық күйлері.
- 2.4. Сутегі атомының спектрі
2.2. Франк-Герц тәжірибелері Бор постулаттарының дұрыс екендігін неміс физиктері Джеймс Франк (1882-1964)және Густав Герц (1887-1975)жасаған тәжірибелері (1913 ж) айқын көрсетті. Олар тежегін потенциал әдісімен электрондардың газ атомдарымен соқтығысуын зерттеу арқылы атомның энергия мәндері дискретті болатындығын тәжірибе жүзінде дәлелдеді. Тәжірибенің идеясы мынадай. Электронның атоммен серпімсіз соқтығысуы кезінде электроннан атомға энергия бөлінеді. Егер атомның ішкі энергиясы үздісіз өзгеретін болса, онда атомға энергияның кез келген мөлшері берілуі мүмкін. Егер атом күйлері дискретті болса, онда оның ішкі энергиясы электронмен соқтығысқан кезде де дискретті өзгеруі атомның стационарлық күйлердегі ішкі энергиясының айырымына тең мәндерге өзгеруі тиіс. Демек серпісіз соқтығысқанда электрон атомға белгілі энергия мөлшерін ғана бере алады. Бұларды өлшеп, атомның стационарлық күйлерінің энергиялары мәндерін анықтауға болады.  Осыны экспериментте 2.1-суретте схемасы келтірілген қондырғының көмегімен тексеру алға қойылды. Қысымы шамамен 13 Па болатын сынап буымен толтырылған разрядтық түтікте үш электрод бар: К-катод, С-тор, А-анод. Термоэлектрондық эмиссия салдарынан қыздырылған катод пен тор арасындағы U потенциалдар айырымымен үдетіледі. U шамасын бір сыдырғы өзгертуге болады. Тор мен анод аралығында ≈ 0,5 В болатын әлсіз тежеуіш өріс беріледі.
Сонымен егер қандай да бір электрон тордан 0,5В-тан кем энергиямен өтетін болса, онда ол анодқа жете алмайды. Тордан өткен кезде энергиясы 0,5 В-тан артық электрондар ғана анодқа жетіп өлшеуге келетін І анодтық тоқты құрайтын болады. Тәжірибеде І анодтық тоқтың U үдеткіш кернеуден І (U) тәуелділігі зерттенлген. Алынған нәтижелер 2.2-суретте келтірілген. Максимумдар Е1=4,9 эВ, Е2 = 2эВ,Е1 және т.т энергия мәндеріне сәйкес келеді. І (U) тәуелділігінің осындай түрі атомдардың шынында да 4,9 эВ-қа тең, тек дискретті энергия мөлшерін жұта алатындығымен түсіндіріледі. 2.3. Атомның Бор ұсынған моделі Н.Бор (1913)сутегі атомының классикалық емес бірінші сандық теориясын жасады. Ол өз теориясында Резерфордтың ядролық моделін, атом спектріндегі тәжірибеде тағайындалған заңдылықтарды және сәуле шығару жөніндегі кванттық түсініктерді (Планк гепотезасы) біріктірді. Бор теориясы тек сутегі атомы емес, заряды Ze ядродан және оны айналып жүретін бір электроннан тұратын сутегі атомы тәріздес жүйеге де қолданылады. Мұндай жүйелердің мысалына He,Li,B және басқа ионда жатады. Сутегі атомының энергетикалық күйлері. Сутегі атомында электрон ядроны дөңгелек орбита бойынша айнала қозғалады деп қарастырады. Электрон массасы сутегі ядросының массасынан 1836 есе кіші болғандықтан, электронмен салыстырғанда ядро шексіз ауыр, демек ол қозғалмай тыныштықта тұрады деп санауға болады. Алдымен сутегі атомы үшін стационарлық орбиталар радиусын, электронның орбитадағы жылдамдығын және айналу жиілігін табайық  (2.5)
 (2.6)
 (2.7)
Есте ұстайтын нәрсе, бұл шама атом шығаратын сәуле жиілігі емес. n l мәніне сәйкес келетін, энергиясы ең аз күй, негізгі немесе қалыпты күй деп аталады, өйткені осы төменгі энергетикалық күйде атом уақыттың көп бөлігін өткізеді. n 2,3,4 мәндерге сәйкес күйлер қозған күйлер деп аталады, өйткені осы күйлердің кез келгенінде атом негізгі күйге қарағанда көбірек энергия қабылдайды. Енді сутегі атомының мүмкін болатын энергетикалық деңгейлерін анықтайық. Электрон ядродан шексіз қашықтықта болғанда оның потенциалдық энергиясын нөл деп аламыз. Ал, электронның толық энергиясы мынаған тең:  (2.8)
Бұдан электрон энергиясы n кванттық санына тәуелді екенін көруге болады, ал n 1,2,3.... мәндерін қабылдайды. Демек, атомның дискретті энергия мәндері бар күйлері ғана болуы мүмкін. Мұндағы « минус» таңбасы жүйенің байланысқан екендігін көрсетеді. Сонымен атом энергиясы квантталған деген қорытынды жасауға болады. 2.3 - суретте « ұлықсат» етілген энергия мәндері, яғни энергия деңгейлері келтірілген. 2.4. Сутегі атомының спектрі Сутегі атомы  (2.9)
мұндағы  (2.10)
Осы формуланы Бальмердің сериялық формуласымен салыстырып Ридберг тұрақтысын үшін формуласын табамыз:  3,
 (2.11)
 белгісі ядро массасы шексіз ауыр, ал ядро қозғалмайды деп мәселені жеңілдетіп алынғанын көрсетеді. Бұл жағдайда Ридберг тұрақтысы барлық сутегі тәрізді атомдар үшін бірдей болады.
Мәселені, дәлірек қарастырғанда ядроның қозғалысы да есепке алынуы керек. Мұны ескеру үшін m электрон массасын  (2.12)
Сондықтан да сутегі атомдары тәрізді әртүрлі атомдар үшін алынған оның мәндері бір – бірінен өзгеше болады. Сутегі атомы үшін (2.12) формуладан R  алынады, бұл тәжірибеден белгілі мәнге дәл келеді.
Сутегі атомы үшін жоғарыда келтірілген теориялық заңдылықтар тәжірибе нәтижелерін өте дәл кескіндейді. Мәселен, Ридберг тұрақтысының ядро массасына тәуелділігін (2.12) формула дәл беретіндігі соншалықты, осы тәуелділік негізінде сутегінін ауыр изотопы – дейтерийдің бар екендігі жөнінде қорытынды жасауға болады. Z тұрақты болғанда ядро массасыннын өзгеруі спектрлік сызықтардың ығысуын тудыратын (2.12) өрнектерден көшеді. жүктеу/скачать 3,08 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
күйден 
күйге көшетін болсын. Бордың (2.1) екінші постулатын пайдаланып, жарық квантының энергиясы үшін мына өрнекті жазамыз.
және 
– жоғарғы 
келтірілген массаға ауыстыру керек. Бұл жуықтауда Ридберг тұрақтысын ядро массасына тәуелді: