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 Величиниk=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*с3) 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