Градуировка спектроскопа. Определение длин волн излучения ртутной лампы (лабораторная работа), страница 3

Подставляя это выражение в уравнение (3), получаем:

                                       ,

Откуда находим частоту обращения электрона вокруг ядра:

                                                   .                                         (7)

Подставляя в это выражение r (полученное выше), е и т для электрона, легко найти, что . Это значение также совпадает со значениями f, найденными с помощью других методов.

Несмотря на определенные успехи в объяснении  строения атома, достигнутые в рамках планетарной модели и классической теории, перед физиками встал ряд непреодолимых противоречий. Так, согласно законам классической электродинамики:

1) заряженная частица, движущаяся с ускорением, должна непрерывно излучать электромагнитную энергию;

2) частота этого излучения должна быть равна частоте обращения частицы вокруг ядра.

Следовательно, в соответствии с этой моделью полная энергия атома должна уменьшаться (становясь все более отрицательной), тогда как частота обращения (формула 7) должна непрерывно возрастать. Простой расчет показывает, что при этих условиях за ничтожное время (≈ 10^-8 с) электрон упадет на ядро и атом прекратит свое существование (рис.2). Кроме того, если данная модель верна, то оптический спектр водорода (как и спектры других элементов) должен быть непрерывным, а это означает, что все атомы за очень короткое время будут разрушены. Оба заключения находятся в полном противоречии с экспериментальными данными: атом является очень устойчивой системой, а оптические спектры газов имеют вовсе не непрерывное распределение по частоте, а характеризуются набором дискретных частот, т.е. имеют линейчатую структуру. Все  эти факты привели к тому, что планетарная модель в классическом изложении вскоре была признана несостоятельной.

2. Атомные спектры

Электрический разряд в трубке, содержащей одноатомный газ под низким давлением, является источником света, анализ которого с помощью призменного спектрографа позволяет обнаружить серию очень отчетливых линий. Эти линии, характеризующие используемый в разрядной трубке газ, называются линейчатым спектром данного газа. Видимая часть спектра водорода называется серией Бальмера, по имени швейцарского физика И. Бальмера, обнаружившего ее в 1885 г. Если в разрядной трубке используется азот, то получается так называемый полосатый спектр, представляющий собой дискретные группы тесно расположенных линий. Этот полосатый спектр характеризует двухатомные молекулы N₂ и имеет другое происхождение по сравнению с линейчатыми спектрами. Белый свет от источника излучения с нитью накала, например, от лампы накаливания, характеризуется сплошным спектром и содержит непрерывный набор длин волн. Если такой свет пропустить через одноатомный газ, например, водород, то возникает спектр поглощения. При этом на спектрограмме получается спектр с темными линиями на светлом фоне. Положение этих линий соответствует длинам волн ярких спектральных линий водорода, т.е. газ поглощает падающее излучение именно с этими длинами волн.

Шведский физик-спектроскопист Ю.Р. Ридберг (1854-1919) получил эмпирическую формулу

                                        ,     ,                   (8)

по которой можно рассчитывать длины волн спектральных линий в серии Бальмера. Здесь R – так называемая постоянная Ридберга (Å^-1). Для   Å (красная линия Н_α), для   Å (голубая линия Н_β); по мере увеличения n длины волн все больше сближаются, а интенсивности линий ослабевают. Наконец, при  мы получаем границу серии, когда Å.