Спектр атома водорода

Ю. Д. Воробьёв

ФИЗИКА АТОМА И

ФИЗИКА ТВЁРДОГО ТЕЛА

Учебное пособие

Рекомендовано научно-методическим советом

морского государственного университета

в качестве учебного пособия для курсантов и студентов

всех специальностей

Владивосток

УДК 53 (075.8)

Воробьёв, Ю. Д. Физика атома и физика твёрдого тела. [Текст]: учеб. пособие / Ю. Д. Воробьёв. – Владивосток: Мор. гос. ун-т, 2010. – 101 с.

Учебное пособие написано в соответствии с действующей программой курса физики для инженерно-технических специальностей высших ученых заведений.

В пособие включены краткая теория и лабораторные работы из двух раздела программы - физики атома и физики твёрдого тела. В конце каждого раздела приведены описания используемых лабораторных комплексов и приборов.

Рецензент

В. Э. Осуховский, д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой физики и ОТД Филиала ВУНЦ ВМФ «ВМА»

© Воробьев Ю. Д., 2010

© Морской государственный университет

им. адм. Г. И. Невельского, 2010

ОГЛАВЛЕНИЕ

ФИЗИКА АТОМА. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.. 4

1. Спектр атома водорода.. 7

2. Постулаты Бора.. 7

3. Опыт Франка и Герца.. 9

4. Теория спектра атома водорода по Бору.. 11

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.. 14

1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.49. ОПЫТ ФРАНКА И ГЕРЦА.. 14

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3.17. ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА АТОМА ВОДОРОДА 17

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.18. ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРА ИЗЛУЧЕНИЯ АТОМОВ.. 20

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.19. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ. 22

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.20М. МОДЕЛИРОВАНИЕ СПЕКТРА АТОМА ВОДОРОДА.. 33

Приложение №1. Спектры некоторых элементов.. 35

Приложение № 2. Модульный учебный комплекс МУК-ОК «Квантовая оптика». 36

Приложение № 3. Монохроматор УМ-2. 37

ФИЗИКА ТВЁРДОГО ТЕЛА.. 41

1. ЭЛЕКТРОПРОВОЛНОСТЬ ТВЕРДЫХ ТЕЛ.. 41

1.1. Зонная структура твёрдых тел. 41

1.2. Электропроводность. 43

1.3. Концентрация носителей тока. 44

1.3.1. Металлы.. 44

1.3.2. Равновесные носители тока в полупроводнике. 44

1.3.3. Неравновесные носители тока в полупроводнике. 46

1.4. Движение носителей тока. 48

2. Контакт двух металлов по зонной теории.. 49

2.1. Термоэлектрические явления и их применение. 51

1. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. 10М. ТЕРМОМЕТРЕТИЯ.. 55

2. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. 11М. ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ МЕТАЛЛА И ПОЛУПРОВОДНИКОВ.. 64

3. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.03. ФОТОПРОВОДИМоСТЬ ПОЛУПРОВОДНИКОВ.. 69

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3. 11. ИЗУЧЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКА 76

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.12. ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРАЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОТОРЕЗИСТОРА.. 78

6. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 46 а. ТЕРМОЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ И КОНТАКТНАЯ РАЗНОСТЬ ПОТЕНЦИАЛОВ.. 81

7. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.47. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ ПО СКОРОСТЯМ ПРИ ТЕРМОЭЛЕКТРОННОЙ ЭМИССИИ.. 88

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Модульный учебный комплекс МУК-ОК «КВАНТОВАЯ ОПТИКА». 93

ПРИЛОЖЕНИЕ к лаб. работам № 46^а, 47. 94

ЛИТЕРАТУРА.. 99

ФИЗИКА АТОМА. КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Спектр атома водорода

Экспериментальное исследование спектров излучения разрежённых газов (отдельных атомов), т.е. газов для которых взаимодействием между атомами можно пренебречь, показали, что характерный линейчатый спектр каждого элемента представляет собой серии линий, положение которых может быть описано простыми эмпирическими формулами. Так, например, положение линий излучения атома водорода в видимой области спектра для длин волн описываютсяформулой Бальмера:

, (1.1)

или используя соотношение для частот

= 3, 4, 5,…..

где = 1,1∙10⁷ м^-1, =3,29∙10¹⁵ c^-1 - постоянная Ридберга

Позднее, в ультрафиолетовой области была обнаружена:

серия Лаймана = 2, 3, 4, 5,… (1.2)

и в инфракрасной области

серия Пашена: = 4, 5, 6,… (1.3)

серия Брэкета: = 5, 6, 7,… (1.4)

серия Пфунда: = 6, 7, 10,… (1.5)

серия Хемфри: = 7, 10, 9,… (1.6)

Все эти серии могут быть описаны обобщенной формулой Бальмера:

(1.7)

где = 1,2,3,4,5,6 определяет серию,а = + 1, +2, определяет отдельные линии этой серии. С увеличением линии серии сближаются; значение = ∞ определяетграницу серии, к которой со стороны больших частот примыкает сплошной спектр. Аналогичные серии были выделены в линейчатых спектрах других атомов.