Лабораторна робота №5 Визначення потенціалів збудження та іонізації атомів

Мета роботи: Переконатися в існуванні дискретних енергетичних станів і непружного розсіювання електронів на атомах. Експериментально визначити потенціали збудження і іонізації досліджуваних газів.

Прилади: Лабораторний макет з декількома тіратронами, які мають заповненнярізними газами; вимірювальні прилади (вольтметри, мікроампертметр);джерела живлення; регулюючі потенціометри; під’єднувальні проводи.

І. Теоретична частина

Вивчити та написати в лабораторний зошит основні відомості.

1. Атом водню. Енергетична схема атома водню.

2. Кінетична енергія електрона в атомі водню.

3. Потенціальна енергія електрона в атомі водню.

4. Схема Франка-Герца. Вольт-амперна характеристика та розсіювання електронів.

5. Енергія збудження та енергія іонізації атома.

6. Постулати Бора.

1.1. Експериментальне підтвердження постулатів Бора

У відповідності з постулатами Бора у атомів і атомних систем стійкими є тільки стани з певними значення енергії – стаціонарні стани. Поглинання і випромінювання енергії атомами супроводжується переходом з одного стаціонарного стану в інший. Таким чином, поглинання і випромінювання енергії атомами можливе лише певними порціями (квантами електромагнітного випромінювання), які дорівнюють різниці енергій між відповідними стаціонарними станами. Частота випромінювання кванта зв’язана з різницею енергії двох станівіумовою частот Бора:

(1)

де – постійна Планка;– довжина хвилі випромінюваної спектральної лінії;м/с – швидкість світла у вакуумі; ().

Передача атому додаткової енергії і його перехід з основного стаціонарного стану в інший, з більшою енергією, називається збудженням атома. Енергію збудження характеризуютьпотенціалом збудження, який представляє собою вказану енергію в електронвольтах.

Одним з експериментальних методів виявлення дискретних енергетичних станів і визначення відповідних енергетичних рівнів атомів є метод електронного удару, який полягає в зіткненні атомів з електронними пучками відомої енергії. Електронні пучки отримують шляхом термоелектронної емісії, а енергію електронів можна змінити, варіюючи прискорюючу різницю потенціалів, яку проходять електрони. Оскільки в цьому випадку початкові швидкості електронів не дуже великі, то після прискорення в електричному полі всі електрони будуть мати приблизно однакові швидкості, які визначаються величиною прискорюючої напруги.

При малих енергіях електронівзіткнення їх з атомами маютьпружний характер, тобто міняється лише напрям швидкості електрона, а не її значення. В цьому випадку електрони при зіткненні передають атомам дуже невелику кількість енергії, оскільки маса атома набагато більша маси електрона. Але, при досягненні певного значення енергії («порції»), зіткнення стаютьнепружними: електрони починають передавати атомам всю свою енергію. З підвищенням енергії електронів, величина енергії, яка передається атомам при зіткненні, не змінюється. Подібні досліди підтверджують існування певних стаціонарних станів атомів і той факт, що перехід з одного стану в інший може проходити тільки стрибками.

Якщо енергія електронів, які бомбардують атоми досить велика, може мати місце не тільки збудження, але й іонізація атомів. У цьому випадку електрон повністю вибивається з атома, який внаслідок цього перетворюється в позитивно заряджений іон. Ця величина енергії є енергією іонізації, апотенціал іонізації – це така величина напруги, яка забезпечує енергію іонізації.