Реферат: Кванты излучения и переходы. Уровни энергии и спектральные переходы в атоме водорода - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Кванты излучения и переходы. Уровни энергии и спектральные переходы в атоме водорода

Банк рефератов / Химия

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 225 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Кванты излучения и перехо ды. Уровни энергии и спектральные переходы в атоме водорода Содержание: Спектральные характеристики света. Уровни и спектральные переходы в атоме водорода. Спектры уровней и матрицы переходов. Квантовая механика изучает объекты с размерами от 10 -7 ё 10 -8 см до 10 -16 см. Её разделы, посвящённые строению вещества: Квантовая химия, изучает электронное строение атомно-молекулярных, в то м числе и полимерных систем, таких, как кристаллы и макромолекулы, в том чи сле и биологических макромолекул. Её традиционные интересы обычно лежа т в нерелятивистской области, хотя по необходимости и всё чаще она прибе гает и к релятивистским уточнениям. Ядерная (субатомная) физика изучает объекты с размерами от размера атомного ядра и менее, т.е. 10 -13 д о 10 -16 см. До расстояний порядка 10 -16 см удаётся экспериментально наблюдать призна ки сложной структуры многих субатомных частиц, но на меньших расстояния х признаки сложной структуры частиц в настоящее время не установлены. В последние годы возникал наноэлектроника. Она занимае тся объектами, размеры которых порядка 10 -7 см (10 -9 м). На рубеже 20-21 веков это обл асть новейших фундаментально-научных и инженерно-технологических изыс каний. К её пределам вплотную подошло направленное конструирование мик роэлементов вычислительной техники (чипов). Основные типы взаимодействий в природе В исследованной области энергий, которая соответствует предельному пространственному разрешению порядка от 10 -15 до 10 -16 см прояв ляются четыре типа взаимодействий: - сильное проявляется на расстояниях порядка размера яд ра от 10 -13 см и менее. Причиной сильного вза имодействия являются ядерные силы, которые в ядре действуют между нейтр оном и протоном и обеспечивает стабильность ядра. В нём участвует больши нство известных в настоящее время частиц, - электромагнитное, в котором участвуют все электриче ски заряженные (и некоторые нейтральные) частицы; на расстояниях порядка размера ядра оно слабее сильного взаимодействия. Именно с электромагни тными взаимодействиями связано и существование, и физические свойства атомно-молекулярных систем, - слабое проявляется на расстояниях, не превышающих 10 -16 см; оно является причиной распада некотор ых видов субатомных частиц, (в настоящее время установлено, что на расстояниях менее 10 -16 см проявляется единое электрослабо е взаимодействие), - гравитационное, которое действует на всех расстояни ях, но по сравнению с прочими на соответствующих им расстояниях оно исче зающе мало. Так его величина на 36 десятичных порядков меньше, чем у электр остатического взаимодействия, скажем, двух протонов. Его роль важна в ма кромире, особенно в космических масштабах. Частицы и волны в классической механике Классической механикой принято называть раздел физики, изучающий зако ны движения макроскопических тел. В классической механике принято разл ичать: · движения локализованных м асс. Их принято называть корпускулярными системами. Поступательное дви жение отдельной корпускулы с очень большой точностью можно описать на о снове механики материальной точки, расположенной в центре масс. · движения сплошных сред воз никают при возмущении пространственно непрерывно распределённой сред ы. Такие движения имеют периодический волновой характер. Таким образом, корпускула э то пространственно локализованная масса (в пределе доходящая до матери альной точки), а волна это движение непрерывной среды с признаками перио дичности в пространстве и во времени. Корпускулярно-волновая природа излучения Волновые свойства света были экспериментально установлены ещё в 17-м сто летии. О волновой природе света неопровержимо свидетельствуют чисто во лновые явления дифракции - огибания небольших пространственных препят ствий световой волной, а далее интерференции – возникновения простран ственно чередующихся областей взаимного усиления (в фазе) и взаимного ос лабления (в противофазе) налагающихся когерентных волн, исходящих из дву х или нескольких точек пространства (кольца Ньютона, зоны Френеля и т. д.). М еханические волны распространяются в сплошной среде, и для световой вол ны по аналогии также постулировали гипотетическую сплошную среду, кото рую назвали эфиром. Во 2-й половине 19 века открыли электромагнитное поле, и ста ло ясно, что световая волна представляет его колебания, а эфир - не более, ч ем гипотетическая модель непрерывной среды. Ожидаемые свойства эфира н е подтвердились. Оказалось, что оптический видимый диапазон длин волн ох ватывает лишь очень малую часть огромной шкалы электромагнитного спек тра, он в длинноволновой области переходит в радиочастотный диапазон, а в коротковолновой – в рентгеновское, а далее в g -излучение. Волновая теория, вытекающая из электродинамики, до ме льчайших особенностей объяснила все геометрические закономерности ра спространения излучения в пространстве, и в терминах механики это означ ает, что кинематика света подчиняется волновым законам. На рубеже 19-20 веков были экспериментально открыты факты, которые не уклад ывались в волновую концепцию света. Все такие явления затрагивают взаим одействие излучения и вещества – законы поглощения и испускания (абсор бции и эмиссии) света. Рентгеновское излучение, имеет ту же природу, что и видимый свет. Это обычное электромагнитное поле, но отличается от оптиче ского диапазона очень малыми длинами волн, наименьшими из известных в то время. При описании свойств коротковолнового излучения не удалось огра ничиться лишь волновыми законами, и пришлось ввести корпускулярные пре дставления о структуре электромагнитного поля. Среди первичных явлений, необъяснимых без корпускулярной модели оказа лись фотоэффект, термодинамика равновесного излучения абсолютно чёрны м телом, и рассеяние рентгеновского излучения веществом (эффект Комптон а). Для количественного описания экспериментальных фактов потребовало сь ввести представления об элементарных частицах электромагнитного из лучения – фотонах, а переносимые ими порции энергии были названы кванта ми. Особенность фотонов состоит в том, что их масса покоя нулевая. Возникла, как показалось на первый взгляд, противоречивая ситуация. С одной стороны движущееся электромагнитное поле - непрерывная среда, а с другой структурно-дискретное образование – поток частиц-фотонов. Этот раздел предназначен для вводных упражнений в студенческой аудито рии. Его цель – простейшее обсуждение комбинационного принципа, связыв ающего энергетические уровни простейшего атома с частотами, волновыми числами, энергиями спектральных переходов. Здесь приведены элементарные сведения о характеристик ах электромагнитного излучения, таких как длина волны, волновое число, ч астота и энергия спектрального перехода, области электромагнитного из лучения и диапазоны спектральных методов, используя формулу Планка-Эйн штейна ( De =h n ). Полезно отметить, что в течение первых десятилетий 20-г о века поглощение и эмиссия и рассеяние излучения наблюдались в виде одн офотонных процессов. Позднее с открытием нелинейной оптики и созданием мощных лазерных источников излучения были открыты многофотонные проце ссы. 3.1. Энергия e поглощаемог о или испускаемого фотона - кванта электромагнитного поля прямо пропорц иональна частоте излучения n , обратно пр опорциональна длине волны l , прямо пропо рциональна волновому числу 1/l и опреде ляется известной формулой Планка: (3.1) Это соотношение позволяет для отсчёта энергии использо вать и единицы измерения частоты (1 герц = с-1 или кратные ему величины 1 кило герц =103 герц, или1ме-гагерц =106 герц, или 1 гигагагерц =109 герц и т.д.), и единицы изм ерения волнового числа (чаще всего обратные сантиметры [ 1/l ] = см-1). Эти разные шкал ы отсчёта энергии используются в различных областях экспериментальной спектроскопии. Так, например, в оптической спектроскопии, изучающей э лектронные переходы в атомах и молекулах, используются обратные сантим етры (см-1), в радиоспектроскопии, изучающей процессы переориентации вект оров магнитных моментов электронов или ядер (спиновых векторов ядер или электронов), обычно применяет единицы частоты - мегагерцы или гигагерцы ( мГц, гГц,). В спектроскопии высоких энергий, использующей рентгеновское и ли гамма-излучение, обычной единицей является электроновольт (эВ). 3.2. Уровни квантовых систем являются элементами одномерн ых массивов - энергетических спектров и могут быть пронумерованы каким-либо дискретным числовым множе ством, чаще всего , где квантор V означает «или» . (3.2) Числа-номера уровней называются квантовыми числами. Он и образуют массивы. Дис-танции между уровнями образуют уже двумерные упорядоченные массивы - матрицы: . (3.3) Каждой паре уровней соответствует два перехода. Энерги и поглощаемого и испускаемого квантов (поглощаемого или испускаемого ф отона) почти одинаковы, и эту пару переходов удобно изобразить символом или можно просто парой индексов, которые в зависимости от направ ления перехода чередуются как nm (переход n ® m) или как mn (переход m ® n). 3.3. Поглощение или испускание фотона системой по закону сохранения энерг ии связано с её переходами вдоль лесенки дискретных уровней энергии, и п оэтому каждому из возможных переходов отвечает своя частота или своё во лновое число. Частоты, волновые числа и длины волн, порождаемые этими ква нтовыми переходами, характеризуют электромагнитный спектр системы. Он и также образуют матрицы и могут быть пронумерованы индексами: .(3.4) Упорядоченная сводка характеристик системы, которые зависят от пар уровней, всегда представляет собой двумерную матрицу. Её структура проста и совпадает с принципом нумерации её элементов : По такой схеме получается спектр частот электронных переходов в атомарном водороде . 3.4 Атом водорода, уровни и переходы, частоты и спектр альные серии (Упражнения для практического занятия.) 3.4.1. Уровни энергии. Выше была выведена формула Бора для уровней энергии водородоподобного иона. Это электронные уровни. Состояния одной частицы принято называть о рбиталями, поэтому эти уровни называют также орбитальными: (3.5) Z -порядковый номер элемента. m – приведённая масса ( m » m e) . Орбитальные уровни дискретны, и это выражается в том, ч то в формулу входит переменная, у которой просто не бывает нецелочисленн ых значений. Это квантовое число n. 3.4.2. Универсальные мировые постоянные равны: 3.4.3. Формула Бора может быть записана в очень простом виде . (Z=1). Для этого универсальные константы объединяются в оди н множитель, получая: Спектр энергетических уровней приобретает вид : Упорядочим размерности , а именно : , поскольку Используя приведённую массу, находим A=2.1787221 эрг Ч см. 3.4.4. Спектральные переходы характеризуются волновыми числами (или частот ами): .(3.6) Наиболее просто это выглядит как (3.7) 3.4.5. Постоянная Ридберга это коэффициент R. Её значение: В спектре атомарного водорода ( рис .) возникают следующие серии Формуле (3.7) можно придать очень простой матричный вид , где , (3.8) 3.4.6. Диагональные матричные элементы нулевые и не имеют смысла. Переходам отвечают лишь недиагональные матричные элементы ; все они содержатся в одной из двух треугольных субматриц, лежащих одна - над-, а вторая - под нулевой диагональю, и . Элементы положительной матрицы представляют собой р ациональные дроби, равные: n 1 2 3 4 5 ... серия m Умножением этих матричных элементов на константу Ридберга , получается матрица волновых чисел переходов в единицах волнового числа ( см -1): 3.4.7. Спектральные серии представляют собою строки в этой матрице . Далее можно рассчитать и матрицу длин волн в нанометр ах, учитывая, что 1см =107 нм: 3.4.8. Область цветного зрения человека охватывает лишь очень малый диапазон шкалы электромагнитного спектра (~ 400-7 00 нм ). Из пяти приведенных серий спектральных линий в видимый интервал длин волн попадают лишь линии серии Бальмера . Полезно сравнить результаты теоретического расчёта с экспериментальным и данными : У водородоподобного иона (катиона с зарядом, равным Z-1) у ровни энергии расположены в Z2 раз реже, чем у атома H и, соответственно, вели чины сдвигов между его уровнями во столько же раз больше. Эксперимент ( l, нм) Теория ( l, нм) Серия Спектральных линий 1-я линия 2-я линия Начало контину-ума n Уровни АО, см-1 (Термы) (ионизация ) Лаймана 121.567 102.58 91.17 1 109677.6 91.176 Бальмера 656.274 486.13 364.79 2 27419.4 364.768 Пашена 1875.077 1281.81 820.58 3 12186.4 820.587 Брэккета 4050.000 2630.00 1459.0 4 6854.8 1458.821 Пфунда 7400.000 4600.00 2280.0 5 4387.1 2279.408
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Угнетенные народы мечтают не о независимости, а о том, чтобы угнетать другие народы.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по химии "Кванты излучения и переходы. Уровни энергии и спектральные переходы в атоме водорода", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru