Физика атома

1. ФИЗИКА АТОМА

ЕГЭ. ФИЗИКА
РЕПЕТИЦИЯ ПО ФИЗИКЕ
Владимир Петрович Сафронов
г. Ростов-на-Дону, 2015
звоните: т. 8 928 111 7884
пишите: safron-47@mail.ru
ФИЗИКА АТОМА

2. Планетарная модель атома.

Опыт Резерфорда по рассеиванию альфа частиц.
Резерфорд, обстреливая золотую фольгу альфа-частицами (ядра гелия ), обнаружил,
что очень незначительная часть частиц резко меняют направление
движения вплоть до противоположного.
Следовательно, в центре атома
должно быть массивное компактное
положительно заряженное ядро,
вокруг которого движутся
отрицательные электроны.
Размеры атома водорода
~ 10-10м = 1Ǻ (ангстрем),
ядра ~10-15м = 1Ф (ферми).
Планетарная модель атома.
Атом состоит из ядра и движущихся вокруг него электронов
(как планеты вокруг Солнца).
Ядро — центральная часть атома, в котором сосредоточена практически вся масса атома.
Ядро состоит из положительно заряженных протонов и нейтральных нейтронов.
Размер ядра 10—15 м. Остальная часть атома (размеры атома 10—10 м) занята
движущимися по орбиталям, отрицательными электронами.
Число электронов равно числу протонов в ядре, поэтому атом электрически нейтрален.
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

3. Лорд Резерфорд

Эрнест Резерфорд
Английский физик
родился в Новой Зеландии
1871 г. –1937 г.
Нобелевская премия по химии, 1908 г.
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

4. Боровская модель атома водорода или водородоподобных атомов

Квантовые постулаты Бора описывают поведение электронов в атоме.
1) Существуют стационарные состояния атома (рис.), находясь в которых атом не
излучает энергию.
Стационарным состояниям соответствуют стационарные орбитали электрона и
энергетические уровни En , Em.
Уровни и орбитали нумеруются квантовым числом n,m =1,2,3 …
2) При переходе электрона с верхнего стационарного состояния (уровня) в нижнее
состояние, излучается квант электромагнитной энергии (фотон).
При поглощении фотона атомом, электрон переходит с нижнего состояния (уровня) в
верхнее состояние, атом возбуждается.
По закону сохранения энергии, энергия поглощенного или излученного фотона Eф
равна разности энергий уровней перехода :
Eф h mn hc mn Em En
Eф h mn hc mn
— энергия фотона;
Еm и Еn — энергетические уровни
13, 6 эВ
, n 1, 2, 3, ...
Для энергетических уровней атома водорода En
n2
1
1
Eф h mn hc mn 13, 6 эВ 2 2 .
m
n
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

5. Квантовые переходы. Спектр атома водорода.

1. Если электрону атома водорода сообщить энергию ионизации
E 13, 6 эВ,
то электрон отрывается от атома, атом ионизируется.
(1эВ = 1,6∙10-19 Дж — энергия, приобретаемая электроном
при прохождении разности потенциалов 1 В).
2. Если электрону атома водорода сообщить энергию
E 13, 6
эВ ,
то электрон переходит на более высокий k–ый энергетический уровень.
При этом атом возбуждается.
Возбудить атом можно облучением, а также за счет сообщения ему
тепловой или механической энергии.
3. В возбужденном состоянии атом находится ничтожные доли секунды
t ~ 10 8 c,
затем электрон переходит на более низкий энергетический уровень.
При этом излучается фотон с энергией
1
1
h E m E n 13, 6 2 2
— формула Бальмера – Ридберга,
n
m
Em En — энергия электрона на двух уровнях m и n (m > n).
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

6. Спектр атома водорода

0
E , эВ
Спектр атома водорода
линии спектра
E6
E5
Пашен
E4
E3
Бальмер
E2
Лайман
E1
13,6 эВ
призма
экран
Атом может испускать
фотоны только с
фиксированными
дискретными частотами,
поэтому спектр
испускания атома
является линейчатым.
Переходы на первый
энергетический уровень
образуют серию линий
Лаймана,
а их частоты излучения
соответствуют ультрафиолет.
области спектра.
При этом в формуле Бальмера
n = 1, k = 2,3,4…
Переходы на второй уровень — серия Бальмера (видимый спектр)
n = 2, k = 3,4,5…
Переходы на третий уровень — серия Пашена (инфракрасный спектр )
n = 3, k = 4,5,6…
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

7. Линейчатые спектры атомов

водород, ртуть, неон
Спектр излучения атома (нагретые одноатомные газы) представляет отдельные
линии (линейчатый спектр), так как энергетические уровни атома разделены
энергетическими интервалами.
Спектральный анализ — по спектрам атомов определяют
химический состав вещества.
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

8. Спектр нагретого до свечения тела (тепловое излучение) — непрерывный спектр (солнечный спектр — радуга).

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

9. Спектры поглощения

Спектр поглощения атома: на непрерывном спектре, например
Солнца, темные линии поглощения линейчатого спектра.
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

10. Спектр люминесценции

Люминесценция:
Нетепловое свечение тел за счет поступления нетепловой энергии – электрической
(газовые трубки рекламы), химической (светлячки), механической
(катодолюминесценция), световой энергии (фотолюминесценция — светящиеся краски,
циферблаты часов и т.д.).
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

11. Оптические квантовые генераторы (лазеры)

зеркало
РУБИН
Al2O3+Cr-3
полупрозрачное
зеркало
энергетические
уровни
En3
En2
ксеноновая лампа
накачки
Cz 3
10 8 с
10 2 с
E n1
Оптический квантовый генератор — источник мощного,
узконаправленного, монохроматического, когерентного излучения.
Лазер — опти́ческий ква́нтовый генера́тор — это устройство,
преобразующее энергию накачки (световую, электрическую, тепловую,
химическую и др.) в энергию когерентного, монохроматического,
поляризованного и узконаправленного потока излучения.
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

12. Применение лазеров

Наука
Спектроскопия
Измерение расстояния до Луны
Создание искусственных опорных "звезд"
Фотохимия
Лазерное намагничивание
Лазерное охлаждение
Термоядерный синтез
Оптический (лазерный) пинцет
В связи и информационных технологиях
Хранение информации на оптических носителях
(компакт-диск, DVD и т.д.);
Оптическая связь;
Оптические компьютеры
Голография, Лазерные дисплеи;
Лазерные принтеры, Цифровые минилабы;
Считыватели штрих-кодов;
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

13. Лазерное оружие

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

14. В культуре

Лазерное шоу (представление) на концертах и дискотеках;
Мультимедийные демонстрации и презентации;
В световом дизайне;
Лазерные субтитры на киноэкранах;
ЭМИ «лазерная арфа»
Объемное гравирование прозрачных материалов.
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru

15. Промышленность

Лазерная термообработка
Получение поверхностных покрытий
Лазерная резка
В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru
Лазерное оплавление
Лазерная сварка
Лазерная маркировка и гравировка

16. Конец

В.П. Сафронов 2015 safron-47@mail.ru