Изучение спектров излучения и поглощения света

Оптические спектры подразделяются на спектры испускания и спектры поглощения. Спектры испускания света получаются при разложении излученных веществом электромагнитных волн по длинам волн. Спектры поглощения наблюдаются при прохождении света через вещество с последующим разложением по длинам волн. В данной лабораторной работе такое разложение осуществляется призменным спектральным прибором (монохроматором), принцип действия которого основан на явлении дисперсии света. дисперсия кинетический энергия Дисперсией электромагнитных волн называется зависимость скорости распространения волны от частоты или длины волны.

Так как абсолютный показатель См. лабораторную работу № 80 преломления света определяется отношением скорости света в вакууме к скорости света в среде, то он также зависит от длины волны света. С увеличением длины волны показатель преломления уменьшается. При пропускании белого света через призму свет различных длин волн отклоняется на разные углы, образуя спектральную картину.

По внешнему виду спектры подразделяются на линейчатые, полосатые и сплошные.

Линейчатые спектры состоят из отдельных спектральных линий, соответствующих отдельным значениям длин волн. Линейчатые спектры наблюдают в раскаленных газах малой плотности.

Полосатые спектры состоят из отдельных полос, каждая из которых охватывает некоторый интервал значений длин волн. Эти спектры излучают ионизированные газы или газы под давлением, при котором надо учитывать межатомные взаимодействия.

Сплошные спектры состоят из широкого диапазона длин волн. Эти спектры наблюдают в раскаленных твердых и жидких телах, а также в газах очень высокой плотности.

Наиболее простейший спектр излучения имеет атомарный водород. Линейчатый спектр атомарного водорода представляет собой ряд серий и описывается формулой Бльмера.

где R — постоянная Ридберга; с — скорость света в вакууме;

n1 = 1, 2, 3, 4, …; m = n+1, n+2, n+3, …

Эта формула была получена на основе анализа экспериментально полученных спектров излучения атома водорода в видимой части спектра. В то время вопрос о строении атома еще оставался открытым и требовал своего разрешения. После вывода Бльмером своей формулы для n = 2 выяснилось, что число n определяет номер серии. И при n = 1 формула (1) описывает ультрафиолетовую серию Лймана, а при n > 2 — серии линий, расположенных в инфракрасной области спектра.

Природа излучения спектров атомами или молекулами тесно связана с проблемой строения атома. Первая модель атома была предложена В. Томпсоном в 1902 году и разработана Дж. Дж. Томпсоном в 1904 году. По этой модели атом представляет собой положительно заряженный шар, размером 10−12 м и в нём могут двигаться отрицательно заряженные электроны, размеры которых очень малы по сравнению с размерами атома. Число электронов в атоме таково, чтобы компенсировать положительный заряд атома. В целом атом электронейтрален.

Экспериментальные исследования Резерфорда по рассеянию ?-частиц См. лабораторную работу № 94 на тонких пленках золота привели его к планетарной модели атома. Сущность этой модели заключается в том, что атомы состоят из положительно заряженного ядра, в котором сосредоточена практически вся масса атома, и вращающихся по круговым орбитам вокруг ядра электронов. По модели Резерфорда электрон движется вокруг ядра с ускорением и, следовательно, согласно классической электродинамике он должен излучать электромагнитные волны. Этот процесс излучения должен сопровождаться потерей энергии электрона на излучение и, в конце концов, приводить к падению электрона на ядро. Планетарная модель атома оказывается электродинамически неустойчивой. Таким образом, все попытки построения модели атома с позиций классической физики Ньютона оказались безуспешными.