Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика
§ 204. Энергетические уровни атомов
жүктеу/скачать 6,71 Mb. Pdf көрінісі
|
| § 204. Энергетические уровни атомов. Опыты по рассеянию
α-частиц обнаружили существование в атомах тяжелого поло- жительного ядра и электронной оболочки. Дальнейшие сведения о свойствах атомов дало изучение таких атомных процессов, которые сопровождаются изменением в н у т р е н н е й э н е р- г и и атома. Сюда относятся столкновения атомов с электронами, испускание и поглощение света атомами и др. Исследуя эти процессы, удалось установить своеобразные и очень важные за- кономерности, которым подчиняется внутренняя энергия атомов.
условия для изучения передачи энергии от электронов к ато- мам могут быть осуществлены в устройстве, изображенном на рис. 359. Из трубки 1 выкачан воздух, и в нее введено н е б о л ь ш о е количество одноатомных паров какого-нибудь ве- щества, например ртути 1 ). Электроны, испускаемые накаленным 1 ) Опыты можно вести не только с атомами, но и с молекулами. Однако при этом явления сильно усложняются. Поэтому мы ограничимся случаем одноатомных веществ. 480 Гл. XXII. Строение атома катодом 2, ускоряются разностью потенциалов U 1 , действующей между катодом 2 и металлической сеткой 4. Благодаря очень малой концентрации атомов электроны пролетают короткий путь между катодом и первой сеткой без столкновений и приобретают энергию eU 1 .
движении в парах ртути: 1 — стеклянная трубка, заполненная парами ртути (давление — тысячные доли мм рт. ст.), 2 — накаленный катод (нагреватель на чертеже не указан), 3 — анод, 4 и 5 — редкие ме- таллические сетки, соединенные между собой, U 1
U 2 — ускоряющая и тормозящая разность потенциалов За первой сеткой 4 на пути между нею и второй сеткой 5 электрическое поле равно нулю, так как сетки находятся при одинаковом потенциале, и энергия электрона может измениться только за счет соударения с атомом. Путь между сетками вы- бирается достаточно длинным, так что каждый электрон испы- тывает хотя бы одно соударение. Далее, на пути между второй сеткой и анодом действует разность потенциалов U 2 , т о р м о- з я щ а я электроны; ввиду этого до анода могут дойти только те электроны, энергия которых больше eU 2 .
2 , определим з а п и р а ю щ у ю разность
потенциалов, т. е.
то н а и м е н ь ш е е з н а ч е- н и е U 2 , при котором электроны не доходят до анода и ток через гальванометр прекращается. Измерив запирающую разность потенциалов, можно установить, теряют ли электроны энергию при столкновениях с атомами. В самом деле, если на пути между сетками электроны не теряют энергии, то запирающая разность потенциалов будет равна ускоряющей; в противном случае она будет меньше. При этом, если каждый электрон отдает энергию W , то превышение ускоряющего напряжения над тормозящим составит W/e. Опыты такого рода, проведенные с парами ртути, дали заме- чательный результат. Оказалось, что передача энергии от элек- Гл. XXII. Строение атома 481
тронов к атомам существенно зависит от энергии электрона. По- ка энергия электронов меньше, чем 4,9 эВ (т. е. U 1
троны вовсе не теряют энергии при соударениях с атомами (т. е. U 2
1 ). Но когда энергия электронов достигает (или немного превышает) 4,9 эВ (U 1 4,9 В), потеря энергии при соударениях сразу становится большой (т. е. U 2 U 1 ). При этом при столк- новении электрон отдает, а значит, атом ртути воспринимает всегда о д н у и т у ж е порцию энергии, равную 4,9 эВ 1 ).
энергия его может меняться только на конечную величину, рав- ную 4,9 эВ. Меньшую энергию атом ртути не воспринимает. При изучении механики, теплоты, электричества мы не встре- чались с подобным явлением: энергия любого тела или системы тел в принципе могла изменяться непрерывно, т. е. сколь угодно малыми порциями. В случае же атома ртути непрерывное изме- нение энергии невозможно — энергия ртутного атома меняется только п р е р ы в н о, т. е. на к о н е ч н у ю величину 2 ).
приходим к тому же заключению о п р е р ы в н о с т и (дискрет- ности) э н е р г е т и ч е с к и х с о с т о я н и й атомов. жүктеу/скачать 6,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|