Уровни энергии и спектр атома водорода

Рис. 1.1. Потенциальная энергия и спектр уровней атома водорода

Перейдем к рассмотрению свободных многоэлектронных атомов. Структура энергетического спектра сложных атомов обладает значительным сходством со структурой спектра атома водорода. Физическая причина этого сходства заключается в том, что и в более сложных атомах каждый электрон находится под действием приблизительно центральных сил с центром, расположенным на ядре. Как и в случае атома водорода, потенциальная энергия отдельного электрона является и в рассматриваемом случае функцией только расстояния от ядра. Уравнение Шредингера для многоэлектронного атома, как и для атома водорода, решается в сферических координатах методом разделения переменных, и при его решении находятся аналогичные наборы значений квантовых чисел п, /, т/, а выражения для угловых частей собственных волновых функций этого уравнения оказываются точно такими же, как и в случае атома водорода. Однако энергия отдельного электрона теперь оказывается зависящей не только от п, но и от что приводит к расщеплению атомных уровней энергии. [c.20]

Схема уровней энергии водородного атома и спектр излучения. Поскольку формулы (30.24а) и (14.19) не отличаются, схема уровней атома водорода, полученная по формуле (30.24а), совпадает со схемой уровней по теории Бора (см. 14). Частоты [c.192]

На рис. 2.2 изображена схема энергетических уровней простейшей атомной системы, состоящей из протона и электрона, которые в связанном состоянии образуют атом водорода. За нуль энергии принята, как обычно, граница между свободным и связанным состояниями электрона, так что в связанном состоянии энергия отрицательна. В связанном состоянии электрон может находиться только на определенных, дискретных энергетических уровнях. Основное состояние системы протон — электрон имеет энергию = —13,5 эе, равную по абсолютной величине потенциалу ионизации атома водорода. В свободном состоянии с положительной энергией (ионизованный атом водорода) электрон может обладать любой энергией, так что энергетический спектр непрерывен. [c.100]

Так возникает линейчатый спектр атома. Бор получил правильную ф-лу для частот спектр, линий атома водорода (и водородоподобных атомов) охватывающую совокупность открытых ранее эмпирич. ф-л (см. Спектральные серии). Существование уровней энергии в атомах было непосредственно подтверждено Франка — Герца опытами (1913—14). [c.254]

Итак, метод Бора позволил детальным образом интерпретировать огромный спектроскопический материал и, в частности, спектр атома водорода. Частоты спектральных линий были связаны с энергиями стационарных состояний атома. На прилагаемой схеме рис. 38.3 совокупность таких энергетических уровней вычер- [c.724]

Переходы, приводящие к излучению различных линий в спектре атома водорода, могут быть также изображены на схеме уровней энергии атома. На рис. 50 стрелками показаны переходы, приводящие к излучению линий серии Бальмера, Лаймана и Пашена. [c.89]

ЛЭМБОВСКИЙ СДВИГ уровней — смещение уровней энергии связанных состояний электрона во внеш. поле, обусловленное радиационными поправками. Наиб, интерес (в отношении сравнения теории с экспериментом) представляют радиац. поправки к спектру атома водорода и водородоподобньтх ионов. [c.621]

Лит. см. при ст. Электрические разряды в газах. ПАШЕНА СЕРИЯ — спектральная серия в спектрах атома водорода и водородоподобиых ионов. В спектрах испускания П. с. получается при всех разрешённых излучательных квантовых переходах атома Н (и Н-подобных ионов) на уровень энергии с гл. квантовым числом II = 3 со всех вышележащих уровней энергии с Пг > (в спектрах поглощения — при обратных переходах). [c.552]

Опыты Лэмба и Ризерфорда. Теория Дирака хорошо объясняет тонкую структуру атомных спектров как результат проявления спиновых и релятивистских эффектов. В соответствии с формулой (72.43) уровни энергии атома водорода зависят от главного квантового числа п и квантового числа у. Поэтому два различных состояния с одинаковыми п uj должны обладать одинаковой энергией. В частности, состояния должны обладать одинаковой энергией, причем их совпадение должно быть точным. Уже в 1934 г. спектроскописты высказывали сомнение в [c.400]

Наконец, теория Бора объясняет и появление сплошного спектра поглощения за пределами серий. Как указано в 2, по Бору поглощение связано с поднятием электрона с нормального уровня на один из более высоких. При этом, благодаря наличию прерывного ряда стационарных состояний, поглощаются только определенные частоты света, которые совпадают с частотами линий испускания. В случае атома водорода такими линиями поглощения явятся линии лаймановской серии. Если же частоты падающего света v > v , где Voo—частота, соответствующая пределу серий, то при акте поглощения атому передается энергия /zv, большая, чем энергия ионизации. Падающим светом электрон выбрасывается за пределы атома — возникает процесс фотоиопи-зации. При этом, так как вне атома электрон может иметь любую скорость, а вместе с тем и любую энергию eV, то в силу соотношения [c.29]

Экситоны. Как уже указывалось, при возбуждении собственной фотопроводимости электроны из валентной зоны перебрасываются в зону проводимости и становятся свободными. Однако возможно и иное течение процесса, когда возбужденный электрон не разрывает связи с дыркой, возникающей в валентной зоне, а образует с ней единую связанную систему. Такая система была впервые рассмотрена Я. И. Френкелем и названа им экситоном. Экситон сходен с атомом водорода в обоих случаях около единичного положительного заряда движется электрон и энергетический спектр является дискретным (рис. 12.9). Уровни энергии экситоиа располагаются у дна зоны проводимости. Так как экситоны являются электрически нейтральными системами, то возникновение их в полупроводнике не приводит к появлению дополнительных носителей заряда, вследствие чего поглощение света не сопровождается увеличением проводимости полупроводника. При столкновении же с фоноиами, примесными атомами и другими дефектами решетки экситоны или рекомби-иируют, или разрываются . В первом случае возбужденные атомы переходят в нормальное состояние, а энергия возбуждения передается решетке или излучается в виде квантов света во втором случае образуется пара носителей — электрон и дырка, которые обусловливают повышение электропроводности полупроводника, [c.327]

В 1913 Н. Бор (N. Bohr) постулировал правила квантования (6) и с их помош,ью впервые интерпретировал экспериы. спектры поглощения атомов водорода. В силу спец. симметрии квазиклассич. уровни энергии атома водорода совпадают с точными. [c.253]

Набор К. ч., исчерпывающе определяющий состояние квантовой системы, паз. полны м. Совокупность состояний, отвечающая всем возмо/кным значениям К. ч. из полного набора, образует полную систему состояний. Так, состояния. электрона в атоме определяются четырьмя К. ч. соответственно четырём степеням свободы, связанным с тремя пространств, координатами и спином. Для атома водорода и водородоподобных атомов это главное К. ч. ( =1, 2,. . . ), орбитальное К. ч. ( =0, 1,. . и—1), магн. К. ч. mi, tni I) — проекция орбитального момента на нек-рое направление и К. ч. проекции спина (т = = —Vi)- Др- набор К. ч., более пригодный для описания атомных спектров при учёте спин-орбитальиого взаимодействия (определяющего тонкую структуру уровней, энергии), получается при использовании вместо пц и trig К. ч. полного момента кол-ва движения (y Z —I/./) и К. ч. проекции полного момента (т , [c.328]

СПЕКТРАЛЬНАЯ СЕРИЯ — группа спектральных линий в атомных спектрах, частоты к-рых подчиняются определ. закономерностям. Линии определённой С. с. в спектрах испускания возникают при всех разрешённых квантовых переходах с разл. нач. верх, уровней энергии на один н тот же конечный ниж. уровень (в спектрах поглощения — при обратных переходах). С. с. наиб, чётко проявляются в спектрах атомов н ионов с одним и двумя электронами во внеш. оболочке (в спектрах водорода и водородоподобных атомов, гелия и гелийподобных атомов, атомов щелочных металлов и т. д.). [c.608]

Проведенные исследования позволили создать новый эталон секунды, основанный на способности атомов излучать и поглощать энергию во время перехода между двумя энергетическими состояниями в области радиочастот. С появлением высокоточных кварцевых генераторов и развитием дальней радиосвязи появилась возможность реализации нового эталона секунды и единой шкалы мирового времени. В 1967 г. XIII Генеральная конференция по мерам и весам приняла новое определение секунды как интервала времени, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущения внешними полями. Данное определение реализуется с помощью цезиевых реперов частоты [5 15]. Репер, v nn квантовый стандарт частоты, представляет собой устройство для точного воспроизведения частоты электромагнитных колебаний в сверхвысокочастотных и оптических спектрах, основанное на измерении частоты квантовых переходов атомов, ионов или молекул. В пассивных квантовых стандартах используются частоты спектральных линий поглощения, в активных — вынужденное испускание фотонов частицами. Применяются активные квантовые стандарты частоты на пучке молекул аммиака (так называемые молекулярные генераторы) и атомов водорода (водородные генераторы). Пассивные частоты выполняются на пучке атомов цезия (цезиевые реперы частоты). [c.35]

Первое слагаемое в этом выражении представляет собой колебательную энергию в циркулярно поляризованном поле, а второе — малую поправку к нему. Таким образом, все уровни сгущаются к единому значению, что и представляет собой коллапс атомного спектра в случае сверхатомных высокочастотных полей. Этот эффект показан на рис. 10.3 для наинизших состояний атома водорода (с главным квантовым числом п от 1 до 4 и определенными орбитальными квантовыми числами). [c.256]

Дуга. В дугах развиваются более высокие температуры, чем в пламени, поэтому в дугах в газообразное состояние приводятся многие вещества, не испаряющиеся в пламени. Дуговые спектры атомов содержат гораздо больше линий, чем пламенные, так как в процессах соударений в дуге обычно реализуется энергия, достаточно большая, чтобы возбудить все состояния, вплоть до ионизации, а в случае легко ионизующихся элементов, вроде кальция, даже для возбуждения нескольких состояний иона. Так же обстоит дело с молекулами. В дуговом спектре появляется больше систем полос, чем в пламенном, так как возбуждаются сравнительно высокие уровни. Однако число добавочных систем, как правило, невелико, ибо, совершенно так же, как в атомных сериях, число различимых линий ограничено давлением другие факторы, включая давление, ограничивают число систем полос. Дуга в воздухе широко применялась для получения спектров окислов и галоидных соединений металлов в некоторых случаях, например в случае u l и TiO, полосы отчетливее видны в пламени, окружающем дугу, чем в центральных ее частях. Закрытая дуга может работать в различных газах и при различных давлениях, начиная от нескольких мм Hg и до нескольких атмосфер. Спектры многих гидридов металлов были получены в дуге в водороде при давлении в несколько см Hg. Понижение давления благоприятствует ионизации. Так, спектры Mgи MgH+ можно-легко получать в дуге между магниевыми электродами в водороде, понизив давление до нескольких мм Hg. Повышение давления вплоть до нескольких атмосфер иной раз дает возможность получить системы полос, которые другими способами не получались, каковы, например, системы SnH и РЬН. Это имеет место, когда состояния молекулы соответствуют предиссоциации. Полосатые спектры, испускаемые дугами, не всегда принадлежат молекулам, содержащим материал электродов, иногда они обусловлены только атмосферой, многие дуги вызывают появление полос ОН, если присутствует водяной пар, а некоторые, в частности дуга между медными электродами в воздухе, возбуждают -(-полосы N0. При пониженном давлении, когда в атмосфере присутствуют соответственные элементы, возбуждаются [c.224]

Уровни энергии водородоподобного атома характеризуются главным квантовым числом п (схему уровней см. на рис. 2.2 в 2 гл. II). Энергия и-го уровня, отсчитанная от границы непрерывного спектра, равна, как известно, е = — ls7P ln , где /н = 13,5 эв — потенциал ионизации водорода. Абсолютная величина ее е = [c.172]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...