Градуировка спектроскопа. Определение длин волн излучения ртутной лампы (лабораторная работа), страница 5

2. Из всех возможных орбит являются разрешенными только те, для которых момент импульсов электрона равен целому числу, умноженному на , т.е.                               ,   ,                                                                 (9)

где h – постоянная Планка и .

3. При движении электронов по разрешенной орбите атом не излучает энергию. (Согласно классической электромагнитной теории любая заряженная частица, движущаяся с ускорением, будет излучать электромагнитную энергию.).

4. При переходе электрона с одной орбиты с энергией Е₁ на другую орбиту с энергией  излучается фотон с частотой:

                                                                                                      (10)

Например, (рис. 3), если электрон переходит с орбиты  на орбиту  (переход АВ), то излучается фотон с частотой . (Это объясняет дискретный характер спектра испускания.) С другой стороны, если фотон с энергией  падает на атом, то он может быть поглощен и электрон перейдет с орбиты  на орбиту  (переход CD). Таков механизм образования спектра поглощения.

4. Модель Бора и энергетические состояния

Исходное положение, которое принял Бор при построении своей модели (рис. 3), лежало в основе и модели  Резерфорда. Первый постулат Бора о применимости закона Кулона и второго закона Ньютона позволяет определить полную энергию системы из уравнения (5), полученного для планетарной модели :

                                                 .

Замечательным теоретическим открытием, в окне противоречившим классическим представлениям, явился второй постулат Бора, а также все, что вытекало из его формулировки и уравнения (9):

                                                .

В классической физике спектр значений момента импульса непрерывен, т.е. возможны любые значения L. Но из уравнения (9) следует, что значения момента импульса должны выбираться из дискретного спектра значений. Таким образом, момент импульса квантован, и его «разрешенными» значениями являются 1ħ, 2ħ, 3ħ, … при этом ħ можно рассматривать как единицу момента импульса. Квантование момента импульса аналогично квантованию электрического заряда в классической физике.

Согласно третьему постулату атом, находящийся в одном из квантовых состояний, когда момент импульса удовлетворяет условию (9), не излучает энергию, что противоречит классической электромагнитной теории. Эти состояния, или «неизлучающие» орбиты, называются стационарными состояниями. Состояние с наименьшей энергией, соответствующее значению , называется основным или нормальным состоянием, так как в этом низшем энергетическом состоянии атом пребывает большую часть времени. Состояния, соответствующие значениям …, называются возбужденными состояниями, так как в любом из этих состояний атом имеет энергию большую, чем в основном состоянии. Модель Бора не объясняет, почему в стационарном состоянии атом не излучает энергию. Это просто принято как постулат. Кроме того, невозможно экспериментально показать, что электрон движется по круговой орбите вокруг ядра. Однако эти трудности устраняются, если рассматривать атом водорода в рамках квантовой или волновой механики. Как отмечалось выше, модель Бора имеет определенные пределы применения, однако, она остается удобной механической моделью для введения понятия энергетических состояний и ряда других физических понятий. Из уравнения (9) можно найти линейную скорость электрона V: