ในแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมนั้นสันนิษฐานว่า บทคัดย่อ: แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม

มอสโก มหาวิทยาลัยของรัฐเศรษฐศาสตร์สถิติสารสนเทศ

บทคัดย่อเรื่องวินัย : "KSE"

ในหัวข้อ :

"แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม"

สมบูรณ์:

นักศึกษาชั้นปีที่ 3

กลุ่ม DNF-301

Ruziev Temur

ครู:

โมโซลอฟ ดี.เอ็น.

มอสโก 2008

ในทฤษฎีปรมาณูแรกของดาลตัน สันนิษฐานว่าโลกประกอบด้วยอะตอมจำนวนหนึ่ง ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานที่มีคุณลักษณะเฉพาะที่คงอยู่ชั่วนิรันดร์และไม่เปลี่ยนแปลง
ความคิดเหล่านี้เปลี่ยนไปอย่างมากหลังจากการค้นพบอิเล็กตรอน อะตอมทั้งหมดต้องมีอิเล็กตรอน แต่อิเล็กตรอนถูกจัดเรียงอย่างไร? นักฟิสิกส์สามารถคิดปรัชญาบนพื้นฐานของความรู้เกี่ยวกับฟิสิกส์คลาสสิกเท่านั้น และค่อยๆ มุมมองทั้งหมดมาบรรจบกันในรูปแบบเดียวที่เสนอโดย J.J. ทอมสัน. ตามแบบจำลองนี้ อะตอมประกอบด้วยสารที่มีประจุบวกซึ่งมีอิเล็กตรอนกระจายอยู่ (อาจมีการเคลื่อนไหวมาก) เพื่อให้อะตอมมีลักษณะคล้ายพุดดิ้งกับลูกเกด แบบจำลองอะตอมของทอมสันไม่สามารถทดสอบได้โดยตรง แต่การเปรียบเทียบทุกรูปแบบเป็นพยานในความโปรดปรานของมัน
ในปี ค.ศ. 1903 Philipp Lenard นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันได้เสนอแบบจำลองของอะตอมที่ "ว่างเปล่า" ซึ่งมีอนุภาคเป็นกลางบางตัวที่ไม่มีใครค้นพบ "บิน" ซึ่งประกอบด้วยประจุบวกและประจุลบที่สมดุลกัน เลนาร์ดยังตั้งชื่ออนุภาคที่ไม่มีอยู่จริงของเขา - ไดนามิดส์ อย่างไรก็ตาม สิ่งเดียวที่มีสิทธิ์ดำรงอยู่ได้รับการพิสูจน์โดยการทดลองที่เข้มงวด เรียบง่าย และสวยงามคือแบบจำลองของรัทเธอร์ฟอร์ด

ขอบเขตขนาดใหญ่ งานวิทยาศาสตร์ Rutherford ในมอนทรีออล - เขาตีพิมพ์บทความ 66 บทความทั้งส่วนตัวและร่วมกับนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ โดยไม่นับหนังสือ "กัมมันตภาพรังสี" ทำให้รัทเทอร์ฟอร์ดมีชื่อเสียงในฐานะนักวิจัยชั้นหนึ่ง เขาได้รับเชิญให้ดำรงตำแหน่งในแมนเชสเตอร์ วันที่ 24 พฤษภาคม พ.ศ. 2450 รัทเทอร์ฟอร์ดเดินทางกลับยุโรป ช่วงเวลาใหม่ในชีวิตของเขาเริ่มต้นขึ้น

ความพยายามครั้งแรกในการสร้างแบบจำลองของอะตอมตามข้อมูลการทดลองที่สะสมนั้นเป็นของ J. Thomson (1903) เขาเชื่อว่าอะตอมเป็นระบบทรงกลมที่เป็นกลางทางไฟฟ้า โดยมีรัศมีประมาณ 10-10 เมตร ประจุบวกของอะตอมจะกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วปริมาตรของลูกบอล และอิเล็กตรอนที่มีประจุลบอยู่ภายใน สำหรับคำอธิบาย เส้นสเปกตรัมการปล่อยอะตอม Thomson พยายามหาตำแหน่งของอิเล็กตรอนในอะตอมและคำนวณความถี่ของการแกว่งของพวกมันรอบตำแหน่งสมดุล อย่างไรก็ตาม ความพยายามเหล่านี้ไม่ประสบความสำเร็จ ไม่กี่ปีต่อมา ในการทดลองของ E. Rutherford นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้ยิ่งใหญ่ ได้พิสูจน์แล้วว่าแบบจำลองของ Thomson นั้นไม่ถูกต้อง

นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ อี. รัทเทอร์ฟอร์ด ได้ตรวจสอบธรรมชาติของการแผ่รังสีนี้ ปรากฎว่าลำแสงรังสีกัมมันตภาพรังสีในสนามแม่เหล็กแรงสูงแบ่งออกเป็นสามส่วน: a-, b- และ y-radiation รังสีบีเป็นกระแสของอิเล็กตรอน รังสีเอเป็นนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม รังสี y เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าคลื่นสั้น ปรากฏการณ์กัมมันตภาพรังสีตามธรรมชาติบ่งบอกถึงโครงสร้างที่ซับซ้อนของอะตอม
ในการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ดเพื่อศึกษาโครงสร้างภายในของอะตอม ฟอยล์สีทองถูกฉายรังสีด้วยอนุภาคแอลฟาที่ผ่านช่องในตะแกรงตะกั่วด้วยความเร็ว 107 เมตร/วินาที a-อนุภาคที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิดกัมมันตภาพรังสีคือนิวเคลียสของอะตอมฮีเลียม หลังจากทำปฏิกิริยากับอะตอมของฟอยล์แล้ว อนุภาค a ก็ตกลงมาบนหน้าจอที่เคลือบด้วยชั้นของสังกะสีซัลไฟด์ เมื่อกระทบกับหน้าจอ อนุภาค a ทำให้เกิดแสงวาบอ่อน ๆ จำนวนของแสงวาบถูกใช้เพื่อกำหนดจำนวนอนุภาคที่กระจัดกระจายโดยฟอยล์ในบางมุม การคำนวณพบว่าอนุภาค o ส่วนใหญ่ทะลุผ่านฟอยล์ได้โดยไม่มีสิ่งกีดขวาง อย่างไรก็ตาม อนุภาค α บางส่วน (หนึ่งใน 20,000) เบี่ยงเบนไปจากทิศทางเดิมอย่างรวดเร็ว การชนกันของอนุภาค α กับอิเล็กตรอนไม่สามารถเปลี่ยนวิถีของมันได้อย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากมวลของอิเล็กตรอนน้อยกว่ามวลของอะตอม 7350 เท่า อนุภาคแอลฟา
รัทเทอร์ฟอร์ดแนะนำว่าการสะท้อนของอนุภาคเอเกิดจากการขับไล่โดยอนุภาคที่มีประจุบวกซึ่งมีมวลเทียบเท่ากับมวลของอนุภาคเอ จากผลการทดลองประเภทนี้ รัทเธอร์ฟอร์ดเสนอแบบจำลองของอะตอม: ในใจกลางของอะตอมมีนิวเคลียสของอะตอมที่มีประจุบวกอยู่รอบ ๆ ซึ่ง (เช่นดาวเคราะห์ที่โคจรรอบดวงอาทิตย์) อิเล็กตรอนที่มีประจุลบโคจรภายใต้การกระทำของ แรงดึงดูดทางไฟฟ้า อะตอมเป็นกลางทางไฟฟ้า: ประจุของนิวเคลียสเท่ากับประจุทั้งหมดของอิเล็กตรอน ขนาดเชิงเส้นของนิวเคลียสนั้นเล็กกว่าขนาดของอะตอมอย่างน้อย 10,000 เท่า นี่คือแบบจำลองอะตอมของดาวเคราะห์ของ Rutherford อะไรทำให้อิเล็กตรอนตกบนนิวเคลียสขนาดใหญ่ แน่นอนว่าการหมุนรอบอย่างรวดเร็วนั้น แต่ในกระบวนการหมุนด้วยความเร่งในสนามของนิวเคลียส อิเล็กตรอนจะต้องแผ่พลังงานส่วนหนึ่งของมันออกไปในทุกทิศทางและค่อยๆ ลดลง ยังคงตกลงสู่นิวเคลียส ความคิดนี้หลอกหลอนผู้เขียนแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม ดูเหมือนว่าอุปสรรคต่อไปในทางของแบบจำลองทางกายภาพใหม่คือการทำลายภาพรวมของโครงสร้างอะตอมที่สร้างขึ้นด้วยความยากลำบากดังกล่าวและพิสูจน์โดยการทดลองที่ชัดเจน ...
รัทเทอร์ฟอร์ดมั่นใจว่าจะหาทางแก้ไขได้ แต่เขานึกไม่ถึงว่ามันจะเกิดขึ้นเร็วขนาดนี้ ข้อบกพร่องในแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมจะได้รับการแก้ไขโดย Niels Bohr นักฟิสิกส์ชาวเดนมาร์ก บอร์ทนทุกข์ทรมานกับแบบจำลองของรัทเทอร์ฟอร์ดและมองหาคำอธิบายที่น่าเชื่อถือเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในธรรมชาติอย่างชัดเจน แม้จะมีข้อสงสัยทั้งหมด: อิเล็กตรอนโดยไม่ตกบนนิวเคลียสและไม่ได้บินหนีจากมัน จะหมุนรอบนิวเคลียสอย่างต่อเนื่อง

ในปี ค.ศ. 1913 Niels Bohr ได้ตีพิมพ์ผลการไตร่ตรองและการคำนวณที่ยาวนาน ซึ่งสิ่งที่สำคัญที่สุดได้กลายเป็นที่รู้จักกันในชื่อสมมุติฐานของ Bohr: ในอะตอมมักมีอยู่เสมอ จำนวนมากวงโคจรที่มั่นคงและกำหนดไว้อย่างเข้มงวดซึ่งอิเล็กตรอนสามารถวิ่งได้อย่างไม่มีกำหนดเพราะแรงทั้งหมดที่กระทำต่อมันจะกลายเป็นสมดุล อิเล็กตรอนสามารถเคลื่อนที่ในอะตอมได้เฉพาะจากวงโคจรเสถียรหนึ่งไปยังอีกวงโคจรที่เสถียรเท่ากัน หากในระหว่างการเปลี่ยนแปลงดังกล่าว อิเล็กตรอนเคลื่อนออกจากนิวเคลียส ก็จำเป็นต้องให้พลังงานจำนวนหนึ่งจากภายนอกเท่ากับความแตกต่างในการสำรองพลังงานของอิเล็กตรอนในวงโคจรบนและวงโคจรล่าง หากอิเล็กตรอนเข้าใกล้นิวเคลียสก็จะ "ทิ้ง" พลังงานส่วนเกินในรูปของรังสี ...
อาจเป็นไปได้ว่า สมมติฐานของบอร์จะถูกนำมาใช้เพียงเล็กน้อยท่ามกลางคำอธิบายที่น่าสนใจจำนวนมากเกี่ยวกับข้อเท็จจริงทางกายภาพใหม่ๆ ที่ได้รับจากรัทเทอร์ฟอร์ด หากไม่ใช่สำหรับกรณีที่สำคัญอย่างหนึ่ง บอร์โดยใช้ความสัมพันธ์ที่เขาพบ สามารถคำนวณรัศมีของวงโคจร "ที่อนุญาต" สำหรับอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจนได้ Bohr แนะนำว่าปริมาณที่กำหนดลักษณะของไมโครเวิร์ลควร quantize , เช่น. พวกเขาสามารถรับเฉพาะค่าที่ไม่ต่อเนื่องบางอย่างเท่านั้น
กฎของไมโครเวิร์ลคือกฎควอนตัม! กฎหมายเหล่านี้ในตอนต้นของศตวรรษที่ 20 ยังไม่ได้กำหนดขึ้นโดยวิทยาศาสตร์ บอร์กำหนดไว้ในรูปแบบของสามสมมุติฐาน การเติมเต็ม (และ "การออม") อะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด

สมมุติฐานแรก:
อะตอมมีสถานะคงที่จำนวนหนึ่งซึ่งสอดคล้องกับค่าพลังงานบางอย่าง: E 1 , E 2 ...E n . เมื่ออยู่ในสถานะนิ่ง อะตอมจะไม่แผ่พลังงานออกมา แม้ว่าจะมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนก็ตาม

สมมุติฐานที่สอง:
ในสภาวะนิ่งของอะตอม อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ไปตามวงโคจรที่อยู่กับที่ ซึ่งเป็นไปตามความสัมพันธ์ของควอนตัม:
m V r=n ชั่วโมง/2 p (1)
โดยที่ m·V·r =L - โมเมนตัมเชิงมุม n=1,2,3..., ค่าคงที่ของ h-Planck

สมมุติฐานที่สาม:
การปล่อยหรือการดูดซับพลังงานโดยอะตอมเกิดขึ้นเมื่ออะตอมผ่านจากสถานะนิ่งหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง ในกรณีนี้พลังงานส่วนหนึ่งจะถูกปล่อยออกมาหรือดูดซับ ( ควอนตัม ) เท่ากับความแตกต่างของพลังงานของสถานะคงที่ระหว่างที่เกิดการเปลี่ยนแปลง: e = h u = E m -E n (2)

1. จากสถานะคงที่หลักไปสู่สถานะตื่นเต้น

2. จากสภาวะนิ่งนิ่งสู่สภาวะพื้นดิน

สมมติฐานของบอร์ขัดแย้งกับกฎของฟิสิกส์คลาสสิก พวกเขาแสดงลักษณะเฉพาะของไมโครเวิร์ล - ธรรมชาติควอนตัมของปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นที่นั่น ข้อสรุปตามสมมติฐานของบอร์นั้นสอดคล้องกับการทดลองเป็นอย่างดี ตัวอย่างเช่น พวกเขาอธิบายรูปแบบในสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจน กำเนิด ลักษณะสเปกตรัมเอกซเรย์ ฯลฯ ในรูป 3 แสดงส่วนหนึ่งของแผนภาพพลังงานของสถานะนิ่งของอะตอมไฮโดรเจน

ลูกศรแสดงการเปลี่ยนแปลงของอะตอม ซึ่งนำไปสู่การปล่อยพลังงาน จะเห็นได้ว่าเส้นสเปกตรัมรวมกันเป็นอนุกรม ซึ่งแตกต่างกันในระดับที่การเปลี่ยนแปลงของอะตอมเกิดขึ้นจากระดับอื่น (สูงกว่า)

เมื่อทราบถึงความแตกต่างระหว่างพลังงานของอิเล็กตรอนในวงโคจรเหล่านี้ จึงเป็นไปได้ที่จะสร้างเส้นโค้งที่อธิบายสเปกตรัมการแผ่รังสีของไฮโดรเจนในสถานะต่างๆ ที่ถูกกระตุ้น และกำหนดความยาวคลื่นที่อะตอมของไฮโดรเจนควรปล่อยออกมาโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากพลังงานส่วนเกินถูกส่งจาก ภายนอกเช่นด้วยความช่วยเหลือของแสงปรอทที่สว่างจ้า โคมไฟ เส้นโค้งทางทฤษฎีนี้ใกล้เคียงกับสเปกตรัมการปลดปล่อยของอะตอมไฮโดรเจนที่ถูกกระตุ้นโดยสมบูรณ์ ซึ่งวัดโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวสวิส J. Balmer ย้อนกลับไปในปี 1885!

หนังสือมือสอง:

1. A.K. Shevelev “โครงสร้างของนิวเคลียส, อนุภาค, สุญญากาศ (2003)
2. A. V. Blagov "อะตอมและนิวเคลียส" (2004)
3. http://e-science.ru/ - พอร์ทัลวิทยาศาสตร์ธรรมชาติ

นี่อะไรน่ะ?นี่คือแบบจำลองอะตอมของรัทเทอร์ฟอร์ด ตั้งชื่อตาม Ernest Rutherford นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษที่เกิดในนิวซีแลนด์ ซึ่งในปี 1911 ได้ประกาศการค้นพบนิวเคลียส ในระหว่างการทดลองของเขาเกี่ยวกับการกระเจิงของอนุภาคแอลฟาด้วยฟอยล์โลหะบาง ๆ เขาพบว่าอนุภาคแอลฟาส่วนใหญ่ผ่านโดยตรงผ่านฟอยล์ แต่มีบางส่วนกระเด็นออกไป รัทเทอร์ฟอร์ดแนะนำว่าในพื้นที่เล็กๆ ที่พวกมันกระดอนออกมา จะมีนิวเคลียสที่มีประจุบวกอยู่ การสังเกตนี้ทำให้เขาได้อธิบายถึงโครงสร้างของอะตอม ซึ่งเป็นที่ยอมรับในปัจจุบันด้วยการแก้ไขทฤษฎีควอนตัม เช่นเดียวกับที่โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ ประจุไฟฟ้าของอะตอมจะกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส ซึ่งอิเลคตรอนที่มีประจุตรงข้ามจะหมุนรอบ และสนามแม่เหล็กไฟฟ้าทำให้อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียส ดังนั้นแบบจำลองนี้จึงเรียกว่าดาวเคราะห์

ก่อนรัทเทอร์ฟอร์ด มีอะตอมอีกรุ่นหนึ่ง คือ แบบจำลองสสารของทอมป์สัน มันไม่มีนิวเคลียส มันเป็น "คัพเค้ก" ที่มีประจุบวกซึ่งเต็มไปด้วย "ลูกเกด" - อิเล็กตรอนที่หมุนอย่างอิสระในนั้น อย่างไรก็ตาม ทอมป์สันเป็นผู้ค้นพบอิเล็กตรอน ที่ โรงเรียนสมัยใหม่เมื่อพวกเขาเริ่มคุ้นเคย พวกเขามักจะเริ่มต้นด้วยโมเดลนี้

แบบจำลองอะตอมโดย Rutherford (ซ้าย) และ Thompson (ขวา)

// wikimedia.org

แบบจำลองควอนตัมที่อธิบายโครงสร้างของอะตอมในปัจจุบันนั้นแตกต่างจากแบบจำลองที่รัทเธอร์ฟอร์ดคิดขึ้น ไม่มีกลศาสตร์ควอนตัมในการเคลื่อนที่ของดาวเคราะห์รอบดวงอาทิตย์ แต่มีกลศาสตร์ควอนตัมในการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส อย่างไรก็ตาม แนวคิดเรื่องวงโคจรยังคงอยู่ในทฤษฎีโครงสร้างของอะตอม แต่หลังจากที่ทราบว่าวงโคจรถูกวัดปริมาณ กล่าวคือไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องระหว่างวงโคจรดังกล่าว ตามที่รัทเทอร์ฟอร์ดคิด การเรียกแบบจำลองดาวเคราะห์ดังกล่าวไม่ถูกต้อง รัทเทอร์ฟอร์ดเริ่มก้าวแรกไปในทิศทางที่ถูกต้อง และการพัฒนาทฤษฎีโครงสร้างของอะตอมก็ดำเนินไปตามเส้นทางที่เขาร่างไว้

เหตุใดจึงน่าสนใจสำหรับวิทยาศาสตร์การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบนิวเคลียส แต่ทุกสิ่งที่เรารู้เกี่ยวกับพวกเขา เราเรียนรู้ในภายหลัง ทฤษฎีของเขาได้รับการพัฒนามาเป็นเวลาหลายทศวรรษ และมีคำตอบสำหรับคำถามพื้นฐานเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร

ความขัดแย้งถูกค้นพบอย่างรวดเร็วในแบบจำลองของรัทเธอร์ฟอร์ด กล่าวคือ ถ้าอิเล็กตรอนที่มีประจุหมุนรอบนิวเคลียส จะต้องแผ่พลังงานออกมา เรารู้ว่าวัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมด้วยความเร็วคงที่ยังคงเร่งขึ้นเพราะเวกเตอร์ความเร็วหมุนตลอดเวลา และถ้าอนุภาคที่มีประจุเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง จะต้องแผ่พลังงานออกมา ซึ่งหมายความว่ามันควรจะสูญเสียทั้งหมดเกือบจะในทันทีและตกลงไปที่แกนกลาง ดังนั้นแบบจำลองคลาสสิกของอะตอมจึงไม่สอดคล้องกับตัวมันเองอย่างสมบูรณ์

จากนั้นทฤษฎีทางกายภาพก็เริ่มปรากฏขึ้นที่พยายามเอาชนะความขัดแย้งนี้ Niels Bohr ได้สร้างแบบจำลองโครงสร้างอะตอมที่สำคัญ เขาค้นพบว่ารอบๆ อะตอมมีวงโคจรควอนตัมหลายวงที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไป เขาแนะนำว่าอิเล็กตรอนจะไม่แผ่พลังงานออกมาตลอดเวลา แต่เมื่อเคลื่อนที่จากวงโคจรหนึ่งไปยังอีกวงโคจรหนึ่งเท่านั้น

แบบจำลองอะตอมของบอร์

// wikimedia.org

และหลังจากแบบจำลองอะตอมของบอร์ หลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์กก็ปรากฏขึ้น ซึ่งในที่สุดก็อธิบายได้ว่าทำไมการตกของอิเล็กตรอนบนนิวเคลียสจึงเป็นไปไม่ได้ ไฮเซนเบิร์กค้นพบว่าในอะตอมที่ตื่นเต้น อิเล็กตรอนอยู่ในวงโคจรที่ห่างไกล และในขณะที่มันปล่อยโฟตอน อิเล็กตรอนจะตกสู่วงโคจรหลักโดยสูญเสียพลังงานไป ในทางกลับกัน อะตอมจะเข้าสู่สภาวะเสถียร ซึ่งอิเล็กตรอนจะหมุนรอบนิวเคลียสจนไม่มีสิ่งใดมากระตุ้นจากภายนอก นี่เป็นสถานะที่เสถียรซึ่งเกินกว่าที่อิเล็กตรอนจะไม่ตก

เนื่องจากสภาพพื้นดินของอะตอมเป็นสภาวะคงตัว สสารจึงมีอยู่ เราจึงดำรงอยู่ได้ทั้งหมด หากไม่มีกลศาสตร์ควอนตัม เราก็ไม่มีสสารที่เสถียรเลย ในแง่นี้ คำถามหลักที่ผู้ที่ไม่ใช่ผู้เชี่ยวชาญสามารถถามกลศาสตร์ควอนตัมได้คือ เหตุใดทุกอย่างจึงไม่ตกเลย ทำไมเรื่องทั้งหมดไม่มารวมกันถึงจุด? และกลศาสตร์ควอนตัมก็สามารถตอบคำถามนี้ได้

ทำไมรู้เรื่องนี้?ในแง่หนึ่ง การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ดถูกทำซ้ำอีกครั้งในการค้นพบควาร์ก รัทเทอร์ฟอร์ดค้นพบว่าประจุบวก - โปรตอน - กระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส มีอะไรอยู่ภายในโปรตอน? ตอนนี้เรารู้แล้วว่าโปรตอนภายในเป็นควาร์ก เราได้เรียนรู้สิ่งนี้โดยทำการทดลองที่คล้ายกันในการกระเจิงอิเล็กตรอนแบบไม่ยืดหยุ่นลึกโดยโปรตอนในปี 1967 ที่ SLAC (National Accelerator Laboratory, USA)

การทดลองนี้ดำเนินการบนหลักการเดียวกับการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด จากนั้นอนุภาคแอลฟาก็ตกลงมา และอิเล็กตรอนก็ตกลงบนโปรตอน เป็นผลมาจากการชนกัน โปรตอนสามารถยังคงเป็นโปรตอนหรือสามารถตื่นเต้นได้เนื่องจากมีพลังงานสูง จากนั้นอนุภาคอื่น ๆ เช่น pi-mesons สามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการกระเจิงของโปรตอน ปรากฎว่าภาพตัดขวางนี้มีลักษณะเหมือนมีองค์ประกอบจุดอยู่ภายในโปรตอน ตอนนี้เรารู้แล้วว่าองค์ประกอบจุดเหล่านี้เป็นควาร์ก ในแง่หนึ่ง มันเป็นประสบการณ์ของรัทเธอร์ฟอร์ด แต่ในอีกระดับหนึ่ง ตั้งแต่ปี 1967 เรามีโมเดลควาร์กอยู่แล้ว แต่จะเกิดอะไรขึ้นต่อไปเราไม่รู้ ตอนนี้คุณต้องกระจายบางสิ่งบางอย่างบนควาร์กและดูว่ามีอะไรแตกสลาย แต่นี่เป็นขั้นตอนต่อไป จนถึงขณะนี้ยังไม่ได้ทำ

นอกจากนี้ โครงเรื่องที่สำคัญที่สุดจากประวัติศาสตร์ของ วิทยาศาสตร์ภายในประเทศ. Pyotr Leonidovich Kapitsa ทำงานในห้องปฏิบัติการของเขา ในช่วงต้นทศวรรษ 1930 เขาถูกห้ามไม่ให้ออกนอกประเทศและถูกบังคับให้อยู่ในสหภาพโซเวียต เมื่อทราบเรื่องนี้แล้ว รัทเทอร์ฟอร์ดจึงส่งเครื่องมือทั้งหมดที่เขามีในอังกฤษให้ Kapitsa และด้วยเหตุนี้จึงช่วยสร้างสถาบันปัญหาทางกายภาพในมอสโก นั่นคือต้องขอบคุณรัทเทอร์ฟอร์ดส่วนสำคัญของฟิสิกส์ของสหภาพโซเวียตจึงเกิดขึ้น

ความเสถียรของระบบใดๆ ในระดับอะตอมนั้นมาจากหลักการความไม่แน่นอนของไฮเซนเบิร์ก (ส่วนที่สี่ของบทที่เจ็ด) ดังนั้นการศึกษาคุณสมบัติของอะตอมอย่างสม่ำเสมอจึงเป็นไปได้เฉพาะภายในกรอบของ ทฤษฎีควอนตัม. อย่างไรก็ตาม ผลลัพธ์ที่สำคัญในทางปฏิบัติบางอย่างสามารถรับได้ภายในกรอบของ กลศาสตร์คลาสสิกโดยการนำกฎการหาปริมาณของวงโคจรเพิ่มเติมมาใช้

ในบทนี้ เราจะคำนวณตำแหน่งระดับพลังงานของอะตอมไฮโดรเจนและไอออนคล้ายไฮโดรเจน เราจะใช้แบบจำลองดาวเคราะห์เป็นพื้นฐานในการคำนวณ โดยที่อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสภายใต้อิทธิพลของแรงดึงดูดของคูลอมบ์ เราคิดว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่เป็นวงโคจรเป็นวงกลม

13.1. หลักการความสอดคล้อง

การหาปริมาณ โมเมนตัมเชิงมุมใช้ในรูปแบบของอะตอมไฮโดรเจนที่เสนอโดย Bohr ในปี 1913 บอร์ดำเนินการจากข้อเท็จจริงที่ว่า ในขีดจำกัดของควอนตัมพลังงานขนาดเล็ก ผลลัพธ์ของทฤษฎีควอนตัมควรสอดคล้องกับข้อสรุปของกลศาสตร์คลาสสิก เขากำหนดสามสมมุติฐาน

อะตอมสามารถ เวลานานให้อยู่เฉพาะในบางรัฐที่มีระดับพลังงานไม่ต่อเนื่อง อี ผม . อิเล็กตรอนที่หมุนในวงโคจรที่ไม่ต่อเนื่องกันจะเคลื่อนที่ด้วยความเร่ง แต่อย่างไรก็ตามพวกมันไม่แผ่รังสี (ในอิเล็กโทรไดนามิกแบบคลาสสิก อนุภาคเร่งใดๆ จะแผ่รังสีออกมาหากมีประจุเป็นศูนย์)

การแผ่รังสีออกมาหรือถูกดูดกลืนโดยควอนตัมระหว่างการเปลี่ยนผ่านระหว่างระดับพลังงาน:

จากสมมุติฐานเหล่านี้ตามกฎของการหาปริมาณของโมเมนต์การหมุนของอิเล็กตรอน

,

ที่ไหน นสามารถเท่ากับจำนวนธรรมชาติใดๆ:

พารามิเตอร์ นเรียกว่า เลขควอนตัมหลัก. เพื่อให้ได้สูตร (1.1) เราแสดงระดับพลังงานในแง่ของโมเมนต์ของการหมุน การวัดทางดาราศาสตร์จำเป็นต้องมีความรู้เกี่ยวกับความยาวคลื่นที่เพียงพอ แม่นยำมาก: ตัวเลขที่ถูกต้องหกหลักสำหรับลิงก์ออปติคัลและสูงสุดแปดหลักสำหรับวิทยุ ดังนั้นเมื่อศึกษาอะตอมของไฮโดรเจน ข้อสันนิษฐานของนิวเคลียสที่มีมวลมหาศาลนับไม่ถ้วนจึงกลายเป็นว่าหยาบเกินไป เพราะมันทำให้เกิดข้อผิดพลาดในหลักที่สี่ ต้องคำนึงถึงการเคลื่อนที่ของนิวเคลียสด้วย โดยคำนึงถึงแนวคิด มวลลดลง

13.2. มวลลดลง

อิเล็กตรอนเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสภายใต้อิทธิพลของแรงไฟฟ้าสถิต

,

ที่ไหน r- เวกเตอร์ซึ่งจุดเริ่มต้นเกิดขึ้นพร้อมกับตำแหน่งของนิวเคลียสและจุดสิ้นสุดชี้ไปที่อิเล็กตรอน จำได้ว่า Zคือเลขอะตอมของนิวเคลียส และประจุของนิวเคลียสและอิเล็กตรอนจะเท่ากันตามลำดับ เซและ
. ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน แรงกระทำต่อนิวเคลียสเท่ากับ - ฉ(มีค่าสัมบูรณ์เท่ากันและมุ่งตรงไปตรงข้ามกับแรงที่กระทำต่ออิเล็กตรอน) ให้เราเขียนสมการการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน

.

เราแนะนำตัวแปรใหม่: ความเร็วของอิเล็กตรอนสัมพันธ์กับนิวเคลียส

และความเร็วของจุดศูนย์กลางมวล

.

บวก (2.2a) และ (2.2b) เราจะได้

.

ดังนั้นจุดศูนย์กลางมวลของระบบปิดจึงเคลื่อนที่สม่ำเสมอและเป็นเส้นตรง ตอนนี้เราหาร (2.2b) ด้วย ม Zแล้วลบออกจาก (2.2a) หารด้วย ม อี. ผลลัพธ์ที่ได้คือสมการความเร็วของอิเล็กตรอนสัมพัทธ์:

.

ปริมาณที่รวมอยู่ในนั้น

เรียกว่า มวลลดลง. ดังนั้น หน้าที่ของ การเคลื่อนไหวร่วมกันสองอนุภาค - อิเล็กตรอนและนิวเคลียส - ถูกทำให้ง่ายขึ้น ก็เพียงพอแล้วที่จะพิจารณาการเคลื่อนที่รอบนิวเคลียสของอนุภาคตัวหนึ่ง ตำแหน่งที่ตรงกับตำแหน่งของอิเล็กตรอน และมวลของมันจะเท่ากับมวลที่ลดลงของระบบ

13.3. ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานและแรงบิด

แรงของปฏิกิริยาคูลอมบ์ส่งไปตามเส้นตรงที่เชื่อมประจุ และโมดูลัสจะขึ้นอยู่กับระยะทางเท่านั้น rระหว่างพวกเขา. ดังนั้น สมการ (2.5) อธิบายการเคลื่อนที่ของอนุภาคในสนามสมมาตรจากศูนย์กลาง คุณสมบัติที่สำคัญของการเคลื่อนที่ในสนามที่มีความสมมาตรตรงกลางคือการอนุรักษ์พลังงานและแรงบิด

ให้เราเขียนเงื่อนไขที่ว่าการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงโคจรเป็นวงกลมถูกกำหนดโดยแรงดึงดูดของคูลอมบ์ที่นิวเคลียส:

.

จากนี้ไปพลังงานจลน์

เท่ากับครึ่งหนึ่งของพลังงานศักย์

,

ถ่ายด้วยเครื่องหมายตรงข้าม:

.

พลังงานทั้งหมด อี,ตามลำดับ เท่ากับ:

.

มันกลับกลายเป็นเชิงลบอย่างที่ควรจะเป็นสำหรับสถานะที่มั่นคง สถานะของอะตอมและไอออนที่มีพลังงานเชิงลบเรียกว่า ที่เกี่ยวข้อง. สมการการคูณ (3.4) ด้วย 2 rและเปลี่ยนสินค้าทางด้านซ้าย มวีrในขณะที่หมุน เอ็ม, มาแสดงความเร็วกันเถอะ วี สักครู่:

.

แทนค่าความเร็วที่ได้รับเป็น (3.5) เราจะได้สูตรที่ต้องการสำหรับพลังงานทั้งหมด:

.

โปรดทราบว่าพลังงานนั้นแปรผันตามกำลังของแรงบิด ในทฤษฎีของบอร์ ข้อเท็จจริงนี้มีผลลัพธ์ที่สำคัญ

13.4. การหาปริมาณแรงบิด

สมการที่สองสำหรับตัวแปร วีและ rเราจะได้มาจากกฎการหาปริมาณของวงโคจร ซึ่งจะได้รับการดำเนินการบนพื้นฐานของสมมติฐานของบอร์ สูตรสร้างความแตกต่าง (3.5) เราได้รับการเชื่อมต่อระหว่างการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของโมเมนตัมและพลังงาน:

.

ตามสมมติฐานที่สาม ความถี่ของโฟตอนที่ปล่อยออกมา (หรือถูกดูดซับ) เท่ากับความถี่ของอิเล็กตรอนในวงโคจร:

.

จากสูตร (3.4) (4.2) และการเชื่อมต่อ

ระหว่างความเร็ว แรงบิด และรัศมีเป็นไปตามนิพจน์ง่ายๆ สำหรับการเปลี่ยนแปลงโมเมนตัมเชิงมุมระหว่างการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนระหว่างวงโคจรที่อยู่ติดกัน:

.

การบูรณาการ (4.3) เราได้รับ

คงที่ คเราจะค้นหาในช่วงกึ่งเปิด

.

ความไม่เท่าเทียมกันสองเท่า (4.5) ไม่มีข้อจำกัดเพิ่มเติม: if จากเกิน (4.5) จากนั้นสามารถส่งคืนช่วงเวลานี้โดยเพียงแค่เปลี่ยนหมายเลขค่าโมเมนต์ในสูตร (4.4)

กฎทางกายภาพจะเหมือนกันในทุกกรอบอ้างอิง ลองย้ายจากระบบพิกัดทางขวาไปเป็นระบบพิกัดมือซ้ายกัน พลังงานเช่นเดียวกับปริมาณสเกลาร์ใด ๆ จะยังคงเหมือนเดิม

.

เวกเตอร์แรงบิดตามแนวแกนมีพฤติกรรมแตกต่างกัน ดังที่ทราบกันดีว่าเวกเตอร์แนวแกนใด ๆ จะเปลี่ยนสัญญาณเมื่อดำเนินการตามที่ระบุ:

ไม่มีความขัดแย้งระหว่าง (4.6) และ (4.7) เนื่องจากตาม (3.7) พลังงานแปรผกผันกับกำลังสองของโมเมนต์และยังคงเท่าเดิมเมื่อเปลี่ยนเครื่องหมาย เอ็ม.

ดังนั้นชุดของค่าแรงบิดเชิงลบจะต้องทำซ้ำชุดของค่าบวกของมัน กล่าวอีกนัยหนึ่งสำหรับทุกค่าบวก เอ็ม นต้องมีค่าลบเท่ากับค่าสัมบูรณ์ เอ็ม – ม :

การรวม (4.4) – (4.8) เราได้รับ สมการเชิงเส้นสำหรับ จาก:

,

กับทางแก้

.

มันง่ายที่จะเห็นว่าสูตร (4.9) ให้ค่าคงที่สองค่า จากความไม่เท่าเทียมกันที่น่าพอใจ (4.5):

.

ผลลัพธ์จะแสดงโดยตารางที่แสดงชุดของช่วงเวลาสำหรับค่า C สามค่า: 0, 1/2 และ 1/4 จะเห็นได้ชัดเจนว่าในบรรทัดสุดท้าย ( น= 1/4) ค่าแรงบิดสำหรับค่าบวกและค่าลบ นแตกต่างกันในค่าสัมบูรณ์

บอร์จัดการเพื่อให้ได้ข้อตกลงกับข้อมูลการทดลองโดยการตั้งค่าคงที่ คเท่ากับศูนย์ จากนั้นกฎการหาปริมาณโมเมนตัมของวงโคจรจะอธิบายโดยสูตร (1) แต่ก็สมเหตุสมผล คเท่ากับครึ่งหนึ่ง มันอธิบาย ช่วงเวลาภายในอิเล็กตรอนหรือ ปั่น- แนวคิดที่จะกล่าวถึงในรายละเอียดในบทอื่นๆ แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมมักระบุโดยขึ้นต้นด้วยสูตร (1) แต่ในอดีตได้มาจากหลักการโต้ตอบ

13.5. พารามิเตอร์วงโคจรของอิเล็กตรอน

สูตร (1.1) และ (3.7) นำไปสู่ชุดรัศมีการโคจรและความเร็วอิเล็กตรอนที่ไม่ต่อเนื่อง ซึ่งสามารถจัดลำดับใหม่ได้โดยใช้เลขควอนตัม น:

พวกมันสอดคล้องกับสเปกตรัมพลังงานที่ไม่ต่อเนื่อง พลังงานอิเล็กตรอนทั้งหมด อี นสามารถคำนวณได้จากสูตร (3.5) และ (5.1):

.

เราได้รับสถานะพลังงานที่ไม่ต่อเนื่องของอะตอมไฮโดรเจนหรือไอออนคล้ายไฮโดรเจน สถานะที่สอดคล้องกับค่า นเท่ากับหนึ่งเรียกว่า ขั้นพื้นฐาน,อื่นๆ - ตื่นเต้นเกิดอะไรขึ้นถ้า น ใหญ่มากแล้ว - รู้สึกตื่นเต้นมาก.รูปที่ 13.5.1 แสดงตัวอย่างสูตร (5.2) สำหรับอะตอมไฮโดรเจน จุดไข่ปลา
ขีด จำกัด ของไอออไนซ์ถูกระบุ จะเห็นได้อย่างชัดเจนว่าระดับความตื่นเต้นแรกนั้นอยู่ใกล้กับขอบเขตไอออไนเซชันมากกว่าระดับพื้นดินมาก

สภาพ. เมื่อเข้าใกล้ขอบเขตไอออไนเซชัน ระดับในรูปที่ 13.5.2 จะค่อยๆ ข้นขึ้น
มีเพียงอะตอมที่โดดเดี่ยวเท่านั้นที่มีระดับมากมายนับไม่ถ้วน ในสภาพแวดล้อมจริง ปฏิสัมพันธ์ต่างๆ กับอนุภาคที่อยู่ใกล้เคียงนำไปสู่ความจริงที่ว่าอะตอมมีระดับที่ต่ำกว่าจำนวนจำกัด ตัวอย่างเช่น ภายใต้สภาวะของชั้นบรรยากาศของดาวฤกษ์ อะตอมมักจะมีสถานะ 20–30 สถานะ แต่มีระดับหลายร้อยแต่ไม่เกินหนึ่งพันระดับสามารถสังเกตพบได้ในก๊าซระหว่างดวงดาวที่หายาก

ในบทแรก เราได้แนะนำ rydberg โดยพิจารณาจากการพิจารณาเชิงมิติ สูตร (5.2) เผย ความหมายทางกายภาพค่าคงที่นี้เป็นหน่วยที่สะดวกสำหรับการวัดพลังงานของอะตอม ยิ่งกว่านั้น แสดงว่า Ry ขึ้นอยู่กับความสัมพันธ์
:

.

เนื่องจากความแตกต่างอย่างมากระหว่างมวลของนิวเคลียสและอิเล็กตรอน การพึ่งพาอาศัยกันนี้จึงอ่อนแอมาก แต่ในบางกรณีก็ไม่สามารถละเลยได้ ตัวเศษของสูตรสุดท้ายคือค่าคงที่

erg
อีวี,

ซึ่งคุณค่าของ Ry มีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างไม่จำกัดในมวลของนิวเคลียส ดังนั้นเราจึงได้ปรับปรุงหน่วยการวัด Ry ที่ให้ไว้ในบทแรก

กฎการหาปริมาณโมเมนตัม (1.1) มีความแม่นยำน้อยกว่านิพจน์ (12.6.1) สำหรับค่าลักษณะเฉพาะของตัวดำเนินการ . ดังนั้น สูตร (3.6) - (3.7) จึงมีความหมายที่จำกัดมาก อย่างไรก็ตาม ดังที่เราจะเห็นด้านล่าง ผลลัพธ์สุดท้าย (5.2) สำหรับระดับพลังงานจะตรงกับคำตอบของสมการชโรดิงเงอร์ สามารถใช้ในทุกกรณีหากการแก้ไขเชิงสัมพันธ์นั้นเล็กน้อย

ดังนั้น ตามแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม ในสถานะที่ถูกผูกไว้ ความเร็วในการหมุน รัศมีของวงโคจรและพลังงานของอิเล็กตรอนจะใช้ชุดค่าที่ไม่ต่อเนื่องกันและถูกกำหนดโดยค่าของควอนตัมหลักโดยสมบูรณ์ ตัวเลข. เรียกว่ารัฐที่มีพลังงานบวก ฟรี; พวกมันไม่ได้ถูกวัดค่าและพารามิเตอร์ของอิเล็กตรอนทั้งหมดในนั้น ยกเว้นช่วงเวลาของการหมุน สามารถใช้ค่าใดๆ ที่ไม่ขัดแย้งกับกฎการอนุรักษ์ แรงบิดจะถูกกำหนดปริมาณเสมอ

สูตรของแบบจำลองดาวเคราะห์ทำให้สามารถคำนวณศักย์อิออไนเซชันของอะตอมไฮโดรเจนหรือไอออนคล้ายไฮโดรเจนได้ รวมทั้งความยาวคลื่นของการเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะต่างๆ ที่มีค่าต่างกัน น.เราสามารถประมาณขนาดของอะตอม เส้นตรง และ ความเร็วเชิงมุมการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงโคจร

สูตรที่ได้รับมีข้อจำกัดสองประการ ประการแรกพวกเขาไม่คำนึงถึงผลกระทบเชิงสัมพันธ์ซึ่งทำให้มีข้อผิดพลาดในการสั่งซื้อ ( วี/ค) 2 . การแก้ไขเชิงสัมพันธ์จะเพิ่มขึ้นเมื่อประจุนิวเคลียร์เพิ่มขึ้นเป็น Z 4 และสำหรับไอออน FeXXVI นั้นเป็นเศษส่วนของเปอร์เซ็นต์แล้ว ในตอนท้ายของบทนี้ เราจะพิจารณาผลกระทบนี้ โดยยังคงอยู่ในกรอบของแบบจำลองดาวเคราะห์ ประการที่สอง นอกเหนือจากจำนวนควอนตัม นพลังงานของระดับถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์อื่น - โมเมนต์การโคจรและภายในของอิเล็กตรอน ดังนั้นระดับจะแบ่งออกเป็นหลายระดับย่อย ปริมาณของการแยกยังเป็นสัดส่วน Z 4 และสังเกตเห็นได้ในไอออนหนัก

คุณลักษณะทั้งหมดของระดับที่ไม่ต่อเนื่องถูกนำมาพิจารณาในทฤษฎีควอนตัมที่สอดคล้องกัน อย่างไรก็ตาม ทฤษฎีง่ายๆ ของบอร์กลับกลายเป็นวิธีการที่ง่าย สะดวก และแม่นยำพอสมควรในการศึกษาโครงสร้างของไอออนและอะตอม

13.6 ค่าคงที่ริดเบิร์ก

ในช่วงแสงของสเปกตรัม มักจะไม่ใช่พลังงานควอนตัมที่วัดได้ อีและความยาวคลื่นคือการเปลี่ยนแปลงระหว่างระดับต่างๆ ดังนั้นเลขเวฟจึงมักใช้ในการวัดระดับพลังงาน E/hcวัดในหน่วยเซนติเมตรซึ่งกันและกัน หมายเลขเวฟที่สอดคล้องกับ
, หมายถึง :

ซม .

ดัชนี  เตือนเราว่ามวลของนิวเคลียสในคำจำกัดความนี้ถือว่ามีขนาดใหญ่มาก เมื่อคำนึงถึงมวล จำกัด ของนิวเคลียส ค่าคงที่ Rydberg จะเท่ากับ

.

ในนิวเคลียสหนักจะมีค่ามากกว่านิวเคลียสเบา อัตราส่วนมวลของโปรตอนและอิเล็กตรอนคือ

การแทนที่ค่านี้เป็น (2.2) เราได้นิพจน์ตัวเลขสำหรับค่าคงที่ Rydberg สำหรับอะตอมไฮโดรเจน:

นิวเคลียสของไอโซโทปหนักของไฮโดรเจน - ดิวเทอเรียม - ประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอน และมีน้ำหนักประมาณสองเท่าของนิวเคลียสของอะตอมไฮโดรเจน - โปรตอน ดังนั้นตาม (6.2) ค่าคงที่ Rydberg สำหรับดิวเทอเรียม R D มากกว่าไฮโดรเจน Rชม:

ไอโซโทปที่ไม่เสถียรของไฮโดรเจน - ทริเทียมนั้นสูงขึ้นไปอีก ซึ่งนิวเคลียสซึ่งประกอบด้วยโปรตอนและนิวตรอนสองตัว

สำหรับองค์ประกอบที่อยู่ตรงกลางตารางธาตุ เอฟเฟกต์ isotopic shift จะแข่งขันกับเอฟเฟกต์ที่เกี่ยวข้องกับขนาดจำกัดของนิวเคลียส ผลกระทบเหล่านี้มีสัญญาณตรงกันข้ามและชดเชยธาตุที่ใกล้เคียงกับแคลเซียม

13.7. ลำดับไอโซอิเล็กทรอนิกส์ของไฮโดรเจน

ตามคำจำกัดความที่ให้ไว้ในส่วนที่สี่ของบทที่เจ็ด ไอออนที่ประกอบด้วยนิวเคลียสและอิเล็กตรอนหนึ่งตัวเรียกว่าคล้ายไฮโดรเจน กล่าวอีกนัยหนึ่ง พวกมันอ้างถึงลำดับไอโซอิเล็กทรอนิกส์ของไฮโดรเจน โครงสร้างของพวกเขาในเชิงคุณภาพคล้ายกับอะตอมไฮโดรเจนและตำแหน่งของระดับพลังงานของไอออนที่มีประจุนิวเคลียร์ไม่ใหญ่เกินไป ( Z Z > 20) มีความแตกต่างเชิงปริมาณที่เกี่ยวข้องกับผลกระทบเชิงสัมพัทธภาพ: การพึ่งพามวลอิเล็กตรอนต่อความเร็วและปฏิสัมพันธ์ของสปิน-ออร์บิต

เราจะพิจารณาไอออนฮีเลียม ออกซิเจน และเหล็กที่น่าสนใจที่สุดในวิชาฟิสิกส์ดาราศาสตร์ ในสเปกโทรสโกปีประจุของไอออนถูกกำหนดโดย สัญลักษณ์สเปกโตรสโกปี, ซึ่งเขียนด้วยเลขโรมันทางด้านขวาของสัญลักษณ์ องค์ประกอบทางเคมี. ตัวเลขที่แสดงด้วยเลขโรมันนั้นมากกว่าจำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกขับออกจากอะตอมหนึ่งตัว ตัวอย่างเช่น อะตอมไฮโดรเจนถูกกำหนดให้เป็น HI และไอออนคล้ายไฮโดรเจนของฮีเลียม ออกซิเจน และเหล็ก ตามลำดับคือ HeII, OVIII และ FeXXVI สำหรับไอออนหลายอิเล็กตรอน สัญลักษณ์สเปกโตรสโกปีเกิดขึ้นพร้อมกับประจุที่มีประสิทธิผลที่วาเลนซ์อิเล็กตรอน "รู้สึก"

ให้เราคำนวณการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงโคจรเป็นวงกลม โดยคำนึงถึงการพึ่งพาอาศัยกันของมวลต่อความเร็ว สมการ (3.1) และ (1.1) ในกรณีสัมพัทธภาพมีลักษณะดังนี้:

มวลลดลง ม ถูกกำหนดโดยสูตร (2.6) จำได้ว่า

.

คูณสมการแรกด้วย และหารด้วยสอง เป็นผลให้เราได้รับ

ค่าคงที่ของโครงสร้างแบบละเอียด  ถูกนำมาใช้ในสูตร (2.2.1) ของบทแรก เมื่อทราบความเร็วแล้ว เราคำนวณรัศมีของวงโคจร:

.

ที่ ทฤษฎีพิเศษทฤษฎีสัมพัทธภาพ พลังงานจลน์มีค่าเท่ากับผลต่างระหว่างพลังงานทั้งหมดของร่างกายและพลังงานส่วนที่เหลือเมื่อไม่มีสนามแรงภายนอก:

.

พลังงานศักย์ ยูเป็นหน้าที่ rถูกกำหนดโดยสูตร (3.3) แทนที่ด้วยนิพจน์สำหรับ ตู่ และ ยูค่าที่ได้รับของ  และ r, เราได้รับพลังงานทั้งหมดของอิเล็กตรอน:

สำหรับอิเล็กตรอนที่หมุนในวงโคจรแรกของไอออนเหล็กคล้ายไฮโดรเจน ค่าของ  2 จะเท่ากับ 0.04 สำหรับองค์ประกอบที่เบากว่านั้นก็น้อยกว่าเช่นกัน ที่
การสลายตัวที่ยุติธรรม

.

มันง่ายที่จะเห็นว่าเทอมแรกนั้น ขึ้นกับสัญกรณ์ เท่ากับค่าพลังงาน (5.2) ในทฤษฎี Bohr ที่ไม่สัมพันธ์กัน และคำที่สองคือการแก้ไขเชิงสัมพัทธภาพที่ต้องการ เราแสดงว่าเทอมแรกเป็น อีข แล้ว

ให้เราเขียนนิพจน์ในรูปแบบที่ชัดเจนสำหรับการแก้ไขเชิงสัมพันธ์:

ดังนั้น ค่าสัมพัทธ์ของการแก้ไขเชิงสัมพันธ์จึงเป็นสัดส่วนกับผลคูณ  2 Zสี่. การคำนึงถึงการพึ่งพามวลอิเล็กตรอนกับความเร็วทำให้ระดับความลึกเพิ่มขึ้น สามารถเข้าใจได้ดังนี้ ค่าสัมบูรณ์ของพลังงานจะเพิ่มขึ้นตามมวลของอนุภาค และอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จะหนักกว่าค่าคงที่ ผลกระทบที่อ่อนลงด้วยจำนวนควอนตัมที่เพิ่มขึ้น นเป็นผลมาจากการเคลื่อนที่ช้าของอิเล็กตรอนในสถานะตื่นเต้น พึ่งพิง Z เป็นผลมาจากความเร็วสูงของอิเล็กตรอนในสนามของนิวเคลียสที่มีประจุขนาดใหญ่ ในอนาคต เราจะคำนวณปริมาณนี้ตามกฎของกลศาสตร์ควอนตัมและรับผลลัพธ์ใหม่ - การกำจัดความเสื่อมในโมเมนตัมของวงโคจร

13.8. รัฐที่ตื่นเต้นมาก

สถานะของอะตอมหรือไอออนขององค์ประกอบทางเคมีใด ๆ ที่อิเล็กตรอนตัวใดตัวหนึ่งมีระดับพลังงานสูงเรียกว่า ตื่นเต้นมาก, หรือ ริดเบิร์ก.พวกมันมีคุณสมบัติที่สำคัญ: ตำแหน่งของระดับของอิเล็กตรอนที่ถูกกระตุ้นสามารถอธิบายได้ด้วยความแม่นยำสูงเพียงพอภายในกรอบงานของแบบจำลอง Bohr ความจริงก็คืออิเล็กตรอนที่มีค่าควอนตัมมาก นตามข้อ (5.1) อยู่ห่างไกลจากนิวเคลียสและอิเล็กตรอนอื่นๆ ในสเปกโทรสโกปี อิเล็กตรอนดังกล่าวมักจะเรียกว่า "ออปติคัล" หรือ "เวเลนซ์" และอิเล็กตรอนที่เหลือพร้อมกับนิวเคลียสจะเรียกว่า "เรซิดิวอะตอม" ตามแผนผัง โครงสร้างของอะตอมที่มีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวที่มีความตื่นเต้นสูงแสดงไว้ในรูปที่ 13.8.1 ที่ด้านล่างซ้ายคืออะตอม

ส่วนที่เหลือ: นิวเคลียสและอิเล็กตรอนในสถานะพื้นดิน ลูกศรประชี้ไปที่เวเลนซ์อิเล็กตรอน ระยะห่างระหว่างอิเล็กตรอนทั้งหมดภายในอะตอมที่ตกค้างนั้นน้อยกว่าระยะห่างจากอิเล็กตรอนถึงออปติคัลอิเล็กตรอนมาก ดังนั้นค่าใช้จ่ายทั้งหมดจึงถือได้ว่าเข้มข้นเกือบทั้งหมดในศูนย์ ดังนั้นจึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าอิเล็กตรอนแบบออปติคัลเคลื่อนที่ภายใต้การกระทำของแรงคูลอมบ์ที่พุ่งเข้าหานิวเคลียส และด้วยเหตุนี้จึงคำนวณระดับพลังงานโดยใช้สูตรบอร์ (5.2) อิเล็กตรอนของสารตกค้างปรมาณูป้องกันนิวเคลียส แต่ไม่สมบูรณ์ เพื่อพิจารณาการคัดกรองบางส่วน จึงมีการแนะนำแนวคิด ค่าใช้จ่ายที่มีประสิทธิภาพกากอะตอม Zเอฟเอฟ ในกรณีที่พิจารณาอิเล็กตรอนที่อยู่ห่างไกลอย่างแรง ปริมาณ Z eff เท่ากับผลต่างในเลขอะตอมของธาตุเคมี Z และจำนวนอิเล็กตรอนในสารตกค้างของอะตอม ในที่นี้เราจำกัดตัวเองไว้เฉพาะกรณีของอะตอมที่เป็นกลางซึ่ง Z ff = 1

ตำแหน่งของระดับที่ตื่นเต้นอย่างมากนั้นได้มาจากทฤษฎีของบอร์สำหรับอะตอมใดๆ ก็เพียงพอที่จะแทนที่ใน (2.6) ต่อมวลอะตอม
ซึ่งน้อยกว่ามวลของอะตอม
โดยมวลของอิเล็กตรอน ด้วยความช่วยเหลือของตัวตนที่ได้รับจากที่นี่

เราสามารถแสดงค่าคงที่ Rydberg เป็นฟังก์ชันของน้ำหนักอะตอมได้ อาถือเป็นองค์ประกอบทางเคมี:

ดาวเคราะห์ รุ่นอะตอม... + --- ก -- = 0; (2.12) h² h ∂t 4πm ∂a a Δβ + 2(grad agradβ) – ----- = 0. (2. 13 ) h ∂t สำหรับ βh φ = -- (2.14) 2πm Madelung ได้รับสมการ...

บทที่ 1 นิวเคลียสและนิวเคลียสอะตอม

เอกสาร

จะแสดงใน บท 8 แม่เหล็ก ... Rutherford ในปี 1911 ดาวเคราะห์รุ่นอะตอม, นักวิทยาศาสตร์ชาวดัตช์ A. Van ... ได้เพิ่มขึ้นจริงๆ ระดับพลังงาน. นิวเคลียสกับนิวตรอน ... มีเซลลูโลสอยู่ 13 อะตอมออกซิเจน 34 อะตอมไฮโดรเจนและ3 อะตอมคาร์บอน, ...

โปรแกรมการศึกษายิมเนเซียม GBOU หมายเลข 625 ประจำปีการศึกษา 2555/56

โปรแกรมการศึกษาหลัก

ยก ระดับคุณสมบัติ ความสามารถ และ ระดับชำระ... GIA: 46 46 13 20 13 - 39 7 ... บทกวี "Vasily Terkin" ( บทที่). ปริญญาโท เรื่องโชโลคอฟ... ดาวเคราะห์แบบอย่างอะตอม. สเปกตรัมแสง การดูดกลืนและการปล่อยแสง อะตอม. องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอม พลังงาน ...

บทที่ 4 ความแตกต่างและการจัดตนเองของสสารแบริออนจักรวาลเบื้องต้น

เอกสาร

ปริมาณ อะตอมบน 106 อะตอมซิลิกอน ... วัด ( ระดับ) พลังงาน; ... Galimov ไดนามิก แบบอย่างอธิบายได้ดี... 4.2.12-4.2. 13 มีการนำเสนออัตราส่วน... ดาวเคราะห์ระบบ... อัลกอริทึมการวิเคราะห์ถูกนำเสนอใน บทที่ 2 และ 4. อย่างไร...

อ่าน: ความไม่ต่อเนื่องของสถานะพลังงานของอะตอม สมมุติฐานของบอร์ ข้อมูลทั่วไปเกี่ยวกับทฤษฎีการแก้ปัญหาที่เหมาะสมที่สุด สมมุติฐานของความเหมาะสม การทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ดเกี่ยวกับการกระเจิงของอนุภาคเอ แบบจำลองนิวเคลียร์ของอะตอม ควอนตัมของบอร์ หลักสมมุติฐานของจิตวิทยาส่วนบุคคลของเกมแลกเปลี่ยน สมมติฐานหลักของแนวคิดเคนส์เรื่องดุลยภาพเศรษฐกิจมหภาค กฎหมายจิตวิทยาของเคนส์และความสำคัญในทางปฏิบัติ รูปแบบรายรับและรายจ่ายของเคนส์ แนวคิดของข้อมูล งานและสมมติฐานของทฤษฎีสารสนเทศประยุกต์

แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม

19. ในแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม ถือว่าเลข

1) อิเล็กตรอนในวงโคจรเท่ากับจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส

2) โปรตอนเท่ากับจำนวนนิวตรอนในนิวเคลียส

3) อิเล็กตรอนในวงโคจรเท่ากับผลรวมของจำนวนโปรตอนและนิวตรอนในนิวเคลียส

4) นิวตรอนในนิวเคลียสเท่ากับผลรวมของจำนวนอิเล็กตรอนในวงโคจรและโปรตอนในนิวเคลียส

21. แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมได้รับการพิสูจน์โดยการทดลองใน

1) การละลายและการหลอมเหลวของของแข็ง 2) ก๊าซไอออไนซ์

3) การผลิตสารเคมีสารใหม่ 4) การกระเจิงของอนุภาค α

24. แบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอมนั้นสมเหตุสมผล

1) การคำนวณการเคลื่อนไหว เทห์ฟากฟ้า 2) การทดลองเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้า

3) การทดลองการกระเจิงของอนุภาค α 4) ภาพถ่ายอะตอมในกล้องจุลทรรศน์

44. ในการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด อนุภาค α กระจัดกระจาย

1) สนามไฟฟ้าสถิตของนิวเคลียสของอะตอม 2) เปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมเป้าหมาย

3) สนามโน้มถ่วงของนิวเคลียสของอะตอม 4) พื้นผิวเป้าหมาย

48. ในการทดลองของรัทเทอร์ฟอร์ด อนุภาค α ส่วนใหญ่ทะลุผ่านฟอยล์ได้อย่างอิสระ โดยแทบไม่เบี่ยงเบนจากวิถีโคจรเป็นเส้นตรงเพราะ

1) นิวเคลียสของอะตอมมีประจุบวก

2) อิเล็กตรอนมีประจุลบ

3) นิวเคลียสของอะตอมมีขนาดเล็ก (เมื่อเทียบกับอะตอม) ขนาด

4) อนุภาค α มีมวลมาก (เมื่อเทียบกับนิวเคลียสของอะตอม)

154. ข้อความใดที่สอดคล้องกับแบบจำลองดาวเคราะห์ของอะตอม

1) นิวเคลียสอยู่ตรงกลางอะตอม ประจุของนิวเคลียสเป็นบวก อิเล็กตรอนอยู่ในวงโคจรรอบนิวเคลียส

2) นิวเคลียสอยู่ตรงกลางอะตอม ประจุของนิวเคลียสเป็นลบ อิเล็กตรอนอยู่ในวงโคจรรอบนิวเคลียส

3) อิเล็กตรอน - ในใจกลางของอะตอม นิวเคลียสหมุนรอบอิเล็กตรอน ประจุของนิวเคลียสเป็นบวก

4) อิเล็กตรอน - ในใจกลางของอะตอม นิวเคลียสหมุนรอบอิเล็กตรอน ประจุของนิวเคลียสเป็นลบ

225. การทดลองของ E. Rutherford เกี่ยวกับการกระเจิงของอนุภาค α พบว่า

ก. มวลเกือบทั้งหมดของอะตอมกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส ข. นิวเคลียสมีประจุบวก

ข้อความใดถูกต้อง

1) เฉพาะ A 2) เฉพาะ B 3) ทั้ง A และ B 4) ไม่ใช่ A หรือ B

259. โครงสร้างของอะตอมมีแนวคิดอย่างไรที่สอดคล้องกับแบบจำลองอะตอมของรัทเธอร์ฟอร์ด

1) นิวเคลียสอยู่ตรงกลางอะตอม อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียส ประจุของอิเล็กตรอนเป็นบวก

2) นิวเคลียสอยู่ตรงกลางอะตอม อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียส ประจุของอิเล็กตรอนเป็นลบ

3) ประจุบวกจะกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วอะตอม อิเล็กตรอนในอะตอมจะสั่น

4) ประจุบวกจะกระจายอย่างสม่ำเสมอทั่วอะตอม และอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ในอะตอมในวงโคจรที่ต่างกัน

266. แนวคิดใดเกี่ยวกับโครงสร้างของอะตอมที่ถูกต้อง มวลส่วนใหญ่ของอะตอมมีความเข้มข้น

1) ในนิวเคลียส ประจุของอิเล็กตรอนเป็นบวก 2) ในนิวเคลียส ประจุของนิวเคลียสเป็นลบ

3) ในอิเล็กตรอนประจุของอิเล็กตรอนเป็นลบ 4) ในนิวเคลียสประจุของอิเล็กตรอนเป็นลบ

254. โครงสร้างของอะตอมมีแนวคิดอย่างไรที่สอดคล้องกับแบบจำลองอะตอมของรัทเธอร์ฟอร์ด

1) นิวเคลียสอยู่ในศูนย์กลางของอะตอม ประจุของนิวเคลียสเป็นบวก มวลส่วนใหญ่ของอะตอมมีความเข้มข้นในอิเล็กตรอน

2) นิวเคลียสอยู่ที่ศูนย์กลางของอะตอม ประจุของนิวเคลียสเป็นลบ มวลส่วนใหญ่ของอะตอมจะกระจุกตัวอยู่ในเปลือกอิเล็กตรอน

3) นิวเคลียสอยู่ในศูนย์กลางของอะตอม ประจุของนิวเคลียสเป็นบวก มวลส่วนใหญ่ของอะตอมจะกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส

4) นิวเคลียสอยู่ในศูนย์กลางของอะตอม ประจุของนิวเคลียสเป็นลบ มวลส่วนใหญ่ของอะตอมจะกระจุกตัวอยู่ในนิวเคลียส

สัจธรรมของบอร์

267 โครงร่างระดับพลังงานต่ำสุดของอะตอมของก๊าซอะตอมมิกแบบแรร์มีรูปแบบที่แสดงในรูป ในช่วงเวลาเริ่มต้น อะตอมอยู่ในสถานะที่มีพลังงาน E (2) ตามสมมติฐานของบอร์ ก๊าซนี้สามารถปล่อยโฟตอนด้วยพลังงาน

1) 0.3 eV, 0.5 eV และ 1.5 eV 2) 0.3 eV เท่านั้น 3) 1.5 eV เท่านั้น 4) ใดๆ ระหว่าง 0 ถึง 0.5 eV

273. รูปภาพแสดงไดอะแกรมของระดับพลังงานต่ำสุดของอะตอม ในช่วงเวลาเริ่มต้น อะตอมอยู่ในสถานะที่มีพลังงาน E (2) . ตามสมมติฐานของบอร์ อะตอมที่กำหนดสามารถปล่อยโฟตอนด้วยพลังงาน

1) 1 ∙ 10 -19 J 2) 3 ∙ 10 -19 J 3) 5 ∙ 10 -19 J 4) 6 ∙ 10 -19 J

279. อะไรเป็นตัวกำหนดความถี่ของโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากอะตอมตามแบบจำลองอะตอมของบอร์

1) ความแตกต่างของพลังงานของสถานะนิ่ง 2) ความถี่ของการปฏิวัติอิเล็กตรอนรอบนิวเคลียส

3) ความยาวคลื่นเดอ Broglie สำหรับอิเล็กตรอน 4) แบบจำลอง Bohr ไม่อนุญาตให้กำหนด

15. อะตอมอยู่ในสถานะที่มีพลังงาน E 1< 0. Минимальная энергия, необходимая для отрыва электрона от атома, равна

1) 0 2) E 1 3) - E 1 4) - E 1 /2

16. โฟตอนที่มีความถี่ต่างกันสามารถปล่อยอะตอมไฮโดรเจนในสถานะตื่นเต้นที่สองได้กี่โฟตอน?

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

25. สมมติว่าพลังงานของอะตอมของก๊าซสามารถรับได้เฉพาะค่าที่ระบุในแผนภาพเท่านั้น อะตอมอยู่ในสถานะที่มีพลังงาน e (3) โฟตอนของก๊าซนี้สามารถดูดซับพลังงานอะไรได้บ้าง?

1) ใดๆ ภายในช่วงตั้งแต่ 2 ∙ 10 -18 J ถึง 8 ∙ 10 -18 J 2) ใดๆ แต่น้อยกว่า 2 ∙ 10 -18 J

3) เพียง 2 ∙10 -18 J 4) ใดๆ มากกว่าหรือเท่ากับ 2 ∙ 10 -18 J

29. เมื่อปล่อยโฟตอนด้วยพลังงาน 6 eV ประจุของอะตอม

1) ไม่เปลี่ยนแปลง 2) เพิ่มขึ้น 9.6 ∙ 10 -19 C

3) เพิ่มขึ้น 1.6 ∙ 10 -19 C 4) ลดลง 9.6 ∙10 -19 C

30. แสงที่มีความถี่ 4 ∙ 10 15 Hz ประกอบด้วยโฟตอนที่มีประจุไฟฟ้าเท่ากับ

1) 1.6 ∙ 10 -19 C 2) 6.4 ∙ 10 -19 C 3) 0 C 4) 6.4 ∙ 10 -4 C

78. อิเล็กตรอนในเปลือกนอกของอะตอมแรกผ่านจากสถานะนิ่งที่มีพลังงาน E 1 ไปยังสถานะนิ่งที่มีพลังงาน E 2 ดูดซับโฟตอนด้วยความถี่ วีหนึ่ง . จากนั้นมันก็จะผ่านจากสถานะ E 2 ไปยังสถานะนิ่งที่มีพลังงาน E s ดูดซับโฟตอนด้วยความถี่ วี 2 > วีหนึ่ง . จะเกิดอะไรขึ้นระหว่างการเปลี่ยนสถานะอิเล็กตรอนจากสถานะ E 2 เป็นสถานะ E 1

1) ความถี่การปล่อยแสง วี 2 – วี 1 2) ความถี่การดูดกลืนแสง วี 2 – วี 1

3) ความถี่การปล่อยแสง วี 2 + วี 1 4) ความถี่การดูดกลืนแสง วี 2 – วี 1

90. พลังงานของโฟตอนดูดซับโดยอะตอมระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะพื้นดินด้วยพลังงาน E 0 เป็นสถานะตื่นเต้นด้วยพลังงาน E 1 คือ (h - ค่าคงที่ของพลังค์)

95. รูปภาพแสดงระดับพลังงานของอะตอม และระบุความยาวคลื่นของโฟตอนที่ปล่อยออกมาและดูดซับระหว่างการเปลี่ยนผ่านจากระดับหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง ความยาวคลื่นของโฟตอนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนจากระดับ E 4 เป็นระดับ E 1 คืออะไรถ้า λ 13 = 400 นาโนเมตร, λ 24 = 500 นาโนเมตร, λ 32 = 600 นาโนเมตร? แสดงคำตอบของคุณในหน่วย nm และปัดเศษเป็นจำนวนเต็มที่ใกล้ที่สุด

96. รูปภาพแสดงระดับพลังงานหลายระดับของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม และระบุความถี่ของโฟตอนที่ปล่อยออกมาและดูดซับระหว่างการเปลี่ยนผ่านระหว่างระดับเหล่านี้ ความยาวคลื่นต่ำสุดของโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากอะตอมเป็นเท่าใดเมื่อ ใดๆ

การเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ระหว่างระดับ E 1, E 2, e s และ E 4, if วี 13 \u003d 7 ∙ 10 14 Hz, วี 24 = 5 ∙ 10 14 Hz, วี 32 = 3 ∙ 10 14 เฮิรตซ์? แสดงคำตอบของคุณในหน่วย nm และปัดเศษเป็นจำนวนเต็มที่ใกล้ที่สุด

120. รูปภาพแสดงไดอะแกรมของระดับพลังงานของอะตอม การเปลี่ยนแปลงใดระหว่างระดับพลังงานที่ทำเครื่องหมายด้วยลูกศรที่มีการดูดกลืนของควอนตัมความถี่ต่ำสุด

1) จากระดับ 1 ถึงระดับ 5 2) จากระดับ 1 ถึงระดับ 2

124. รูปภาพแสดงระดับพลังงานของอะตอมและระบุความยาวคลื่นของโฟตอนที่ปล่อยออกมาและดูดซับระหว่างการเปลี่ยนผ่านจากระดับหนึ่งไปอีกระดับหนึ่ง ได้มีการทดลองแล้วว่าความยาวคลื่นต่ำสุดสำหรับโฟตอนที่ปล่อยออกมาระหว่างช่วงการเปลี่ยนภาพระหว่างระดับเหล่านี้คือ λ 0 = 250 นาโนเมตร ค่าของ λ 13 เป็นเท่าไหร่ ถ้า λ 32 = 545 nm, λ 24 = 400 nm?

145. รูปภาพแสดงไดอะแกรมของค่าที่เป็นไปได้ของพลังงานของอะตอมของก๊าซที่หายาก ในช่วงเริ่มต้น อะตอมจะอยู่ในสถานะที่มีพลังงาน E (3) . เป็นไปได้ที่ก๊าซจะปล่อยโฟตอนด้วยพลังงาน

1) เพียง 2 ∙ 10 -18 J 2) เพียง 3 ∙ 10 -18 และ 6 ∙ 10 -18 J

3) เพียง 2 ∙ 10 -18 , 5 ∙ 10 -18 และ 8 ∙ 10 -18 J 4) ใดๆ จาก 2 ∙ 10 -18 ถึง 8 ∙ 10 -18 J

162. ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจนถูกกำหนดโดยสูตร Е n = - 13.6/n 2 eV โดยที่ n = 1, 2, 3, ... . ระหว่างการเปลี่ยนอะตอมจากสถานะ E 2 เป็นสถานะ E 1 อะตอมจะปล่อยโฟตอน เมื่ออยู่บนพื้นผิวของโฟโตแคโทด โฟตอนจะกระแทกโฟโตอิเล็กตรอนออกมา ความยาวคลื่นของแสงที่สอดคล้องกับเส้นขอบสีแดงของเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริกสำหรับวัสดุพื้นผิวของโฟโตแคโทด λcr = 300 nm สูงสุดเท่าไหร่ ความเร็วที่เป็นไปได้โฟโตอิเล็กตรอน?

180. รูปภาพแสดงระดับพลังงานที่ต่ำที่สุดของอะตอมไฮโดรเจนหลายระดับ อะตอมในสถานะ E 1 สามารถดูดซับโฟตอนด้วยพลังงาน 3.4 eV ได้หรือไม่?

1) ใช่ในขณะที่อะตอมเข้าสู่สถานะ E 2

2) ใช่ในขณะที่อะตอมเข้าสู่สถานะ E 3

3) ใช่ ในขณะที่อะตอมแตกตัวเป็นไอออน สลายตัวเป็นโปรตอนและอิเล็กตรอน

4) ไม่ พลังงานโฟตอนไม่เพียงพอสำหรับการเปลี่ยนอะตอมเป็นสถานะตื่นเต้น

218. รูปภาพแสดงไดอะแกรมแบบง่ายของระดับพลังงานของอะตอม ลูกศรที่มีหมายเลขระบุการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้ของอะตอมระหว่างระดับเหล่านี้ สร้างความสัมพันธ์ระหว่างกระบวนการดูดกลืนแสงที่มีความยาวคลื่นมากที่สุดและการเปล่งแสงที่มีความยาวคลื่นมากที่สุดและลูกศรที่บ่งชี้การเปลี่ยนแปลงของพลังงานของอะตอม สำหรับแต่ละตำแหน่งของคอลัมน์แรก ให้เลือกตำแหน่งที่สอดคล้องกันของคอลัมน์ที่สองและจดตัวเลขที่เลือกไว้ในตารางใต้ตัวอักษรที่เกี่ยวข้อง

226. รูปภาพแสดงส่วนของไดอะแกรมของระดับพลังงานของอะตอม การเปลี่ยนแปลงใดระหว่างระดับพลังงานที่มีลูกศรกำกับไว้ด้วยการปล่อยโฟตอนที่มีพลังงานสูงสุด

1) จากระดับ 1 ถึงระดับ 5 2) จากระดับ 5 ถึงระดับ 2

3) จากระดับ 5 ถึงระดับ 1 4) จากระดับ 2 ถึงระดับ 1

228. รูปแสดงระดับพลังงานที่ต่ำกว่าสี่ระดับของอะตอมไฮโดรเจน การเปลี่ยนแปลงใดที่สอดคล้องกับการดูดกลืนโฟตอนด้วยพลังงาน 12.1 eV โดยอะตอม

1) E 3 → E 1 2) E 1 → E 3 3) E 3 → E 2 4) E 1 → E 4

238. อิเล็กตรอนที่มีโมเมนตัม p = 2 ∙ 10 -24 กก. ∙ m/s ชนกับโปรตอนที่อยู่นิ่ง ก่อตัวเป็นอะตอมไฮโดรเจนในสถานะที่มีพลังงาน E n (n = 2) ระหว่างการก่อตัวของอะตอม โฟตอนจะถูกปล่อยออกมา ค้นหาความถี่ วีโฟตอนนี้ละเลยพลังงานจลน์ของอะตอม ระดับพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอมไฮโดรเจนถูกกำหนดโดยสูตร โดยที่ n =1,2, 3, ....

260. โครงร่างระดับพลังงานต่ำสุดของอะตอมมีรูปแบบที่แสดงในรูป ในช่วงเวลาเริ่มต้น อะตอมอยู่ในสถานะที่มีพลังงาน E (2) . ตามสมมติฐานของบอร์ อะตอมสามารถปล่อยโฟตอนด้วยพลังงานได้

1) เพียง 0.5 eV 2) เพียง 1.5 eV 3) น้อยกว่า 0.5 eV 4) ใดๆ ภายใน 0.5 ถึง 2 eV

269. รูปภาพแสดงไดอะแกรมของระดับพลังงานของอะตอม ตัวเลขใดบ่งบอกถึงการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกับ รังสีโฟตอนที่มีพลังงานต่ำสุด?

1) 1 2) 2 3) 3 4) 4

282. การปล่อยโฟตอนโดยอะตอมเกิดขึ้นเมื่อ

1) การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนในวงโคจรนิ่ง

2) การเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจากสถานะพื้นดินไปเป็นสถานะตื่นเต้น

3) การเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจากสภาวะตื่นเต้นสู่พื้นดิน

4) กระบวนการที่ระบุไว้ทั้งหมด

13. การปล่อยโฟตอนเกิดขึ้นระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะตื่นเต้นด้วยพลังงาน E 1 > E 2 > E 3 เป็นสถานะพื้นดิน สำหรับความถี่ของโฟตอนที่สอดคล้องกัน v 1 , v 2 , v 3 , ความสัมพันธ์นั้นถูกต้อง

1) วี 1 < วี 2 < วี 3 2) วี 2 < วี 1 < วี 3 3) วี 2 < วี 3 < วี 1 4) วี 1 > วี 2 > วี 3

1) มากกว่าศูนย์ 2) เท่ากับศูนย์ 3) น้อยกว่าศูนย์

4) มากกว่าหรือน้อยกว่าศูนย์ขึ้นอยู่กับสถานะ

98. อะตอมที่อยู่นิ่งดูดซับโฟตอนด้วยพลังงาน 1.2 ∙ 10 -17 J. ในกรณีนี้ โมเมนตัมของอะตอม

1) ไม่เปลี่ยนแปลง 2) มีค่าเท่ากับ 1.2 ∙ 10 -17 กก. ∙ m/s

3) เท่ากับ 4 ∙ 10 -26 กก. ∙ m/s 4) เท่ากับ 3.6 ∙ 10 -9 กก. ∙ m/s

110. สมมติว่าโครงร่างระดับพลังงานของอะตอมของสารบางชนิดมีรูปแบบ

ดังแสดงในรูป และอะตอมอยู่ในสถานะที่มีพลังงาน E (1) . อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่ด้วยพลังงานจลน์ 1.5 eV ชนกับอะตอมเหล่านี้และกระเด็นออกไป เพื่อรับพลังงานเพิ่มเติม กำหนดโมเมนตัมของอิเล็กตรอนหลังจากการชนกัน โดยสมมติว่าอะตอมหยุดนิ่งก่อนการชน ความเป็นไปได้ของการปล่อยแสงโดยอะตอมในการชนกับอิเล็กตรอนนั้นถูกละเลย

111. สมมติว่าระดับพลังงานของอะตอมของสารบางชนิดมีรูปแบบที่แสดงในรูปและอะตอมอยู่ในสถานะที่มีพลังงาน E (1) . อิเล็กตรอนที่ชนกับอะตอมเหล่านี้กระเด็นออกไป และได้รับพลังงานเพิ่มขึ้น โมเมนตัมของอิเล็กตรอนหลังจากการชนกับอะตอมที่อยู่นิ่งกลายเป็นเท่ากับ 1.2 ∙ 10 -24 กก. ∙ m/s กำหนดพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอนก่อนการชนกัน ความเป็นไปได้ของการปล่อยแสงโดยอะตอมในการชนกับอิเล็กตรอนนั้นถูกละเลย

136. π°-เมซอนที่มีมวล 2.4 ∙ 10 -28 กก. สลายตัวเป็น γ-quanta สองตัว ค้นหาโมดูลัสโมเมนตัมของหนึ่งในผลลัพธ์ γ -quanta ในหน้าต่างอ้างอิงโดยที่ meson หลัก π ° หยุดนิ่ง

144. มีอะตอมไฮโดรเจนที่หายากในภาชนะ อะตอมของไฮโดรเจนในสถานะพื้นดิน (E 1 = - 13.6 eV) ดูดซับโฟตอนและแตกตัวเป็นไอออน อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจากอะตอมอันเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออนจะเคลื่อนออกจากนิวเคลียสด้วยความเร็ว v = 1000 km/s ความถี่ของโฟตอนที่ถูกดูดซับคือเท่าใด? ละเลยพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมไฮโดรเจน

197. อะตอมไฮโดรเจนพักอยู่ในสถานะพื้นดิน (E 1 \u003d - 13.6 eV) ดูดซับโฟตอนในสุญญากาศด้วยความยาวคลื่น λ \u003d 80 นาโนเมตร อิเล็กตรอนที่บินออกจากอะตอมอันเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออนจะเคลื่อนออกจากนิวเคลียสด้วยความเร็วเท่าใด ละเลยพลังงานจลน์ของไอออนที่เกิดขึ้น

214. ไพออนอิสระ (π°-เมซอน) ที่มีพลังงานพัก 135 MeV เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว v ซึ่งน้อยกว่าความเร็วแสงมาก เป็นผลมาจากการสลายตัวของมัน γ-quanta สองอันถูกสร้างขึ้น หนึ่งในนั้นแพร่กระจายไปในทิศทางของการเคลื่อนที่ของ pion และอีกอันหนึ่งอยู่ในทิศทางตรงกันข้าม พลังงานของควอนตัมหนึ่งมีค่ามากกว่าอีก 10% พีออนมีความเร็วเท่าไหร่ก่อนสลายตัว?

232. ตารางแสดงค่าพลังงานสำหรับระดับพลังงานที่สองและสี่ของอะตอมไฮโดรเจน

หมายเลขระดับ	พลังงาน 10 -19 J
	-5,45
	-1,36

พลังงานของโฟตอนที่ปล่อยออกมาจากอะตอมระหว่างการเปลี่ยนจากระดับที่สี่เป็นระดับที่สองคืออะไร?

1) 5.45 ∙ 10 -19 J 2) 1.36 ∙ 10 -19 J 3) 6.81 ∙ 10 -19 J 4) 4.09 ∙ 10 -19 J

248. อะตอมที่อยู่นิ่งปล่อยโฟตอนด้วยพลังงาน 16.32 ∙ 10 -19 J อันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจากสถานะตื่นเต้นไปเป็นสถานะพื้น จากการหดตัว อะตอมเริ่มเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในทิศทางตรงกันข้ามด้วยพลังงานจลน์ 8.81 ∙ 10 -27 J. ค้นหามวลของอะตอม ถือว่าความเร็วของอะตอมนั้นเล็กเมื่อเทียบกับความเร็วของแสง

252. ภาชนะหนึ่งบรรจุไฮโดรเจนปรมาณูที่หายาก อะตอมของไฮโดรเจนในสถานะพื้นดิน (E 1 = -13.6 eV) ดูดซับโฟตอนและแตกตัวเป็นไอออน อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจากอะตอมอันเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออนจะเคลื่อนออกจากนิวเคลียสด้วยความเร็ว 1,000 กม./วินาที ความยาวคลื่นของโฟตอนที่ถูกดูดซับคือเท่าไร? ละเลยพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมไฮโดรเจน

1) 46 นาโนเมตร 2) 64 นาโนเมตร 3) 75 นาโนเมตร 4) 91 นาโนเมตร

257. ภาชนะหนึ่งบรรจุไฮโดรเจนปรมาณูที่หายาก อะตอมของไฮโดรเจนในสถานะพื้นดิน (E 1 = -13.6 eV) ดูดซับโฟตอนและแตกตัวเป็นไอออน อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาจากอะตอมอันเป็นผลมาจากการแตกตัวเป็นไอออนจะเคลื่อนออกจากนิวเคลียสด้วยความเร็ว v = 1000 km/s พลังงานของโฟตอนที่ถูกดูดซับคืออะไร? ละเลยพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมไฮโดรเจน

1) 13.6 eV 2) 16.4 eV 3) 19.3 eV 4) 27.2 eV

1 | | | |