Міністерство освіти і науки України Національний університет « Львівська політехніка» Кафедра фізики ЗВІТ Про виконання лабораторної роботи №44: «ВИВЧЕННЯ СЕРІАЛЬНИХ ЗАКОНОМІРНОСТЕЙ В СПЕКТРІ ВИПРОМІНЮВАННЯ ВОДНЮ І ВИЗНАЧЕННЯ СТАЛОЇ ПЛАНКА» Мета роботи Експериментально дослідити видиму частину спектра випромінювання атомів водню, за результатами вимірювань розрахувати сталу Планка Прилади і матеріали Монохроматор типу УМ–2, неонова лампочка, прилад СПЕКТР–1 Теоретичний відомості і опис установки Швейцарський вчений І. Бальмер у 1885 р. встановив, що довжини хвиль відомих на той час дев’яти ліній спектра атома водню можна обчислити за формулою:
, (4.1) де
,
. Спектральні лінії, що відрізняються різними значеннями k, утворюють серію ліній, яка називається серією Бальмера. В спектрі випромінювання водню виявлено 37 ліній серії Бальмера. Із збільшенням k лінії серії зближуються, а значення
визначає границю серії, до якої з боку більших частот прилягає суцільний спектр:
. Крім того, виявляється, що зі збільшенням номера лінії її інтенсивність зменшується. Всі серії у спектрі водню можуть бути описані однією формулою, яка називається узагальненою формулою Бальмера
, (4.4) де n=1, 2, 3,… і визначає серію, а k=n+1, n+2, n+3,… – визначає окремі лінії серії. В основу своєї теорії Бор поклав три постулати. Перший постулат Бора (постулат стаціонарних станів): існують деякі стаціонарні стани атома з відповідними значеннями енергії
перебуваючи в яких, він не випромінює і не поглинає енергії. Цим стаціонарним станам відповідають цілком визначені (стаціонарні) орбіти, по яких рухаються електрони, які, незважаючи на наявність у них прискорення, електромагнітних хвиль не випромінюють. Другий постулат Бора (правило квантування орбіт): в стаціонарному стані атома електрон, рухаючись по коловій орбіті, повинен мати квантові значення моменту імпульсу, які задовольняють умову
,
,
, (4.5) де m – маса електрона,
– його швидкість,
– радіус орбіти електрона. Третій постулат Бора (правило частот): при переході атома з одного стаціонарного стану в інший випромінюється або поглинається один фотон з енергією
, яка дорівнює різниці енергій відповідних стаціонарних станів. Випромінювання фотона відбувається при переході атома зі стану з більшою енергією
у стан з меншою енергією
, тобто при переході електрона з орбіти більш віддаленої від ядра на ближчу до ядра орбіту. Поглинання енергії супроводжується переходом атома в стан з більшою енергією, і електрон переходить на віддаленішу від ядра орбіту. Набір можливих частот
квантових переходів і визначає лінійчатий спектр атома. Задані Величини k=3,4,5,6 Фізичні величини які вимірюються прямим способом n Таблиці результатів вимірювань n 2550 2450 2340 2240 2110 1850 1630 1150 800  λ 703,2 667,8 640,2 594,5 585,2 540 534 513 471   Колір і індекс лінії n, відн.од. λ, нм Квантові числа h·1034, Дж·с Δh·1034, Дж·с δh, 100%     n k     Яскраво−червона, H( 2420 667,8 2 3 1,37 0,03 1,62%  Зелено−голуба, H( 1440 534 2 4 1,4 0,0001   Фіолетово−синя, H(. 1180 513 2 5 1,44 0,04   Фіолетова,
1000 471 2 6 1,42 0,02   Сер. хххх хххх хххх хххх 1,4 0,023    Графік залежності
/ Обчислення Формула визначення сталої Планка: m = 9,11*10^-31 кг e = 1,6*10^-19 Кл c = 3*10^8 м/с ε0 = 8,85*10^-12 Ф/м 1)
= 3 9.11∗ 10 −31 ∗667,8∗10^−9∗ 1.6∗ 10 −19 4 ∗ 0.25−1/9 8∗8.85∗ 10 −12 ∗3∗ 10 8 =1.37*10^-34 Дж*с 2) h = 3 9.11∗ 10 −31 ∗534∗10^−9∗ 1.6∗ 10 −19 4 ∗ 0.25−1/16 8∗8.85∗ 10 −12 ∗3∗ 10 8 =1,4*10^-34 Дж*с 3) h = 3 9.11∗ 10 −31 ∗513∗10^−9∗ 1.6∗ 10 −19 4 ∗ 0.25−1/25 8∗8.85∗ 10 −12 ∗3∗ 10 8 =1.44**10^-34 Дж*с 4) h = 3 9.11∗ 10 −31 ∗471∗ 10 − 9∗ 1.6∗ 10 −19 4 ∗ 0.25−1/36 8∗8.85∗ 10 −12 ∗3∗ 10 8 =1.42*10^-34 Дж*с ℎ сер = 5,63 4 =1.4*10^-34 Дж*с ∆ℎ= ℎ сер − ℎ 1 =0,03*10^-34 Дж*с ∆ℎ= ℎ сер − ℎ 1 =0,0001*10^-34 Дж*с ∆ℎ= ℎ сер − ℎ 1 =0,04*10^-34 Дж*с ∆ℎ= ℎ сер − ℎ 1 =0,02*10^-34 Дж*с ∆ ℎ сер =0,023*10^-34 Дж*с