Почему атомы светятся?
Свет рождается в веществе. Таково происхождение и видимого света, и инфракрасного, и ультрафиолетового, и рентгеновских излучений, и гамма-излучений. Естественно, что, изучая свойства света, можно в конечном счете узнать, при каких условиях атомы излучают свет, и таким путем проникнуть в тайну строения атомов. Недаром Д. И. Менделеев говорил, что свет «обещает многое выяснить в области атомов и частиц».
В конце XIX века физикам казалось, что они знают, как образуется свет в атомах: в результате колебания электрических зарядов. Ведь именно так образуются радиоволны. Чтобы получить радиоволны, мы создаем электрические колебания, например, при искровом разряде. А ведь атомы тоже излучают электромагнитные волны, только частота (длина волны) этих волн не такая, как у радиоволн. Можно предположить, что и в атомах есть электрические заряды, и когда заряды колеблются, атомы испускают свет.
Физики, конечно, стремились убедиться в этом опытным путем. Идея опыта была очень проста. Она опирается на аналогию со звуком. Известно, что если зажать (укоротить) звучащую струну, она изменит характер колебания и благодаря этому изменит тон, т. е. частоту колебаний. Этот прием применяется при игре на струнных инструментах.
Возникает вопрос: а что, если повлиять на характер движения зарядов в атоме? Если и в самом деле свет есть результат движения зарядов, то это должно сказаться на частоте излучаемого света.
Читайте также
Глава III. Атомы и частицы
Глава III. Атомы и частицы 1. Атомная структура материи Хорошо известно, что древние мыслители неоднократно высказывали предположение о дискретной природе материи. Они пришли к этому, исходя из философской идеи о том, что невозможно осознать бесконечную делимость материи
Глава 1 АТОМЫ В ДВИЖЕНИИ
Глава 1 АТОМЫ В ДВИЖЕНИИ § 1. Введение§ 2. Вещество состоит из атомов§ 3. Атомные процессы§ 4. Химические реакции§ 1. ВведениеЭтот двухгодичный курс физики рассчитан на то, что вы, читатель, собираетесь стать физиком. Положим, это не так уж обязательно, но какой преподаватель
III. Откуда берутся атомы?
III. Откуда берутся атомы? Рождение элементов (t = 1 секунда — 3 минуты)Мы уже очень далеко уклонились от первоначального вопроса крошки Билли «Откуда я взялся?»[115], зато теперь готовы дать на него ответ получше.Сначала надо рассказать малышу, из чего он на самом деле сделан.
Свет и атомы
Свет и атомы Почему атомы светятся? Свет рождается в веществе. Таково происхождение и видимого света, и инфракрасного, и ультрафиолетового, и рентгеновских излучений, и гамма-излучений. Естественно, что, изучая свойства света, можно в конечном счете узнать, при каких
Почему атомы устойчивы?
Почему атомы устойчивы? По законам механики электрон в атоме необходимо должен обращаться вокруг ядра. Иначе он упадет на ядро, с атомом произойдет какая-то катастрофа. В самом деле, массивное положительно заряженное ядро притягивает отрицательно заряженный электрон,
Как атомы обмениваются энергией?
Как атомы обмениваются энергией? В первом опыте были взяты пары ртути. Энергия снарядов-электронов увеличивалась постепенно. Оказалось, что при малых энергиях электронов никакого возбуждения атомов ртути не наступало. Электроны ударяли в них, но отскакивали с той же
10. Одни и те же атомы, но разные кристаллы
10. Одни и те же атомы, но разные кристаллы Чёрный матовый мягкий графит, которым мы пишем, и блестящий прозрачный твёрдый, режущий стекло алмаз построены из одних и тех же атомов, а именно, атомов углерода. Почему так резко различны свойства этих двух сходных по составу
Атомы, физика и этика
Атомы, физика и этика Самая первая перестройка фундамента физики произошла после двух веков царствования порядка, открытого Ньютоном. Главную роль в той перестройке сыграл Джеймс Максвелл, и эту роль трудно переоценить именно потому, что он ввел первое новое
Глава вторая. Атомы
Глава вторая. Атомы Физические явления, происходящие в окружающем нас мире, представляют бесконечную цепь загадок. Вода, охлаждаясь, превращается в твердый, бесцветный лед, нагреваясь же, становится невидимым водяным паром. Если ее слегка подкислить серной кислотой и
Атомы
Атомы Около 2000 лет назад в Древнем Риме была написана оригинальная поэма. Ее автором был римский поэт Лукреций Кар. «О природе вещей» – так называлась поэма Лукреция.Звучными стихами рассказал Лукреций в своем поэтическом произведении о взглядах древнегреческого
Одни и те же атомы, но разные кристаллы
Одни и те же атомы, но разные кристаллы Черный матовый мягкий графит, которым мы пишем, и блестящий прозрачный, твердый, режущий стекло алмаз построены из одних и тех же атомов – атомов углерода. Почему же так различны свойства этих двух одинаковых по составу
2. Почему атомы повсюду танцуют рок-н-ролл
2. Почему атомы повсюду танцуют рок-н-ролл Тот факт, что вы не проваливаетесь сквозь пол, говорит вам: есть что-то такое, что не дает микроскопическим составляющим материи развалиться на еще более мелкие части С классической точки зрения атомы попросту невозможны. Ричард
Атомы
Атомы Уже Демокрит и Лесипс в V в. до н.э. говорили об атомах. Римский поэт Лукреций (98—55 до н.э.) в De rerum natura, объясняя теорию Демокрита, говорил, что воздух, земля и все другие вещи мира сделаны из набора частиц или корпускул — атомов, находящихся в безостановочном и очень
III. Откуда берутся атомы?
III. Откуда берутся атомы? Рождение элементов (t = 1 секунда – 3 минуты)Мы уже очень далеко уклонились от первоначального вопроса крошки Билли «Откуда я взялся?»[116], зато теперь готовы дать на него ответ получше. Сначала надо рассказать малышу, из чего он на самом деле сделан.
VI. Квантовая физика
Спектр — распределение энергии, излучаемой или поглощаемой веществом, по частотам или длинам волн.
Если на пути пучка солнечного света, проникающего через узкую длинную прямоугольную щель, поместить призму, то на экране мы увидим не изображение щели, а растянутую цветную полоску с постепенным переходом цветов от красного к фиолетовому — спектр. Это явление наблюдал еще Ньютон. Это означает, что в состав солнечного света входят электромагнитные волны различных частот. Такой спектр называется сплошным.
Если пропустить через призму свет, который излучается нагретым газом, то спектр будет иметь вид отдельных цветных линий на черном фоне. Такой спектр называется линейчатым спектром испускания. Это означает, что нагретый газ излучает электромагнитные волны с определенным набором частот. При этом каждый химический элемент испускает характерный спектр, отличный от спектров других элементов.
Если свет проходит через газ, то появляются темные линии — линейчатый спектр поглощения.
Спектральный анализ — метод определения качественного и количественного состава вещества, основанный на получении и исследовании его спектров.
Закономерности излучения атомов
Излучение света происходит при переходе электрона в атоме с высшего энергетического уровня Ek на один из низших энергетических уровней En(k > n). Атом в этом случае излучает фотон с энергией
Поглощение света — процесс обратный. Атом поглощает фотон, переходит из низшего состояния k в более высокое n (n > k). Атом в этом случае поглощает фотон с энергией
Энергия электрона
Энергия электрона на n-й орбите
Невозбужденный атом водорода находится на первой орбите, обладает энергией -13,55 эВ. Для ионизации требуется энергия, равная 13,55 эВ.
Энергия излучаемого фотона при переходе электрона с n-oй более дальней от ядра орбиты, на k-ую более близкую орбиту
СВЕТ И АТОМЫ ПОЧЕМУ АТОМЫ СВЕТЯТСЯ?
Вет рождается в веществе. Таково происхождение и видимого света, и инфракрасного, и ультрафиолетового, и рентгеновских излучений, и гамма-излучений. Естественно, что, изучая свойства света, можно в конечном счёте узнать, как
Атомы излучают свет, и таким путём проникнуть в тайну
Строения атомов. Недаром Д. И. Менделеев говорил, что свет «обещает многое выяснить в области атомов и частиц».
В конце XIX столетия физикам казалось, что они знают, как образуется свет в атомах: в результате колебания электрических зарядов. Ведь именно так образуются радиоволны. Чтобы получить радиоволны, мы создаём электрические колебания, например при искровом разряде. А ведь атомы тоже
Излучают электромагнитные волны, только частота (длина волны) этих волн не такая, как у радиоволн. Можно предположить, что и в атомах есть электрические заряды и, когда заряды движутся, атомы испускают свет.
Физики, конечно, стремились убедиться в этом опытным путём. Идея опыта была очень проста. Надо попытаться изменить характер движения зарядов в атоме, а это должно сказаться на частоте излучаемого света.
Изменить характер движения заряда в атоме — дело вполне возможное. Для этого можно, например, поместить излучающее вещество между полюсами очень сильного магнита. Магнит подействует на заряды, движущиеся внутри атомов, и изменит характер их движения. Тогда надо наблюдать, чтб делается с линиями спектра, который испускается данным веществом. Это был трудный опыт. Он дал определённый результат лишь тогда, когда физики научились соз
Рис. 22. Расщепление одной из линий цинка на три под влиянием сильного магнитного поля.
Давать сильные магнитные поля и стали применять диффрак — дионные решётки, широко разбрасывающие спектр лучей. Опыт показал, что магнитное поле действительно изменяет излучение: каждая линия в спектре под действием сильного магнитного поля расщепляется при одних условиях на две, при других — на три
(рис. 22), Тем самым было доказано, что свет рождается в результате движения электрических зарядов в атомах.
Это было в 1896 году. Уже тогда
Расчёты показали, что заряды, движущиеся в атоме,— это электроны, мельчайшие частицы вещества, обладающие от
Рицательным электрическим зарядом[1]).
Итак, опыты по расщеплению спек
Тральных линий в магнитном поле привели к надёжному выводу: источником излучения является движение электронов в атомах. Но многое оставалось ещё неясным. Неясно было, почему каждый атом даёт свой спектр. Чтобы решить этот вопрос, необходимо
Было проникнуть в недра атомов, узнать, как атомы построены. Это удалось сделать только в начале нашего столетия.
Опыты показали, что внутри каждого атома находится очень маленькое положительно заряженное ядро. В нём сосредоточена почти вся масса атома. Вокруг ядра обращаются электроны. При сильном нагревании, при освещении и в некоторых других случаях атомы могут терять один или
Несколько электронов. Такие атомы называются ионами. Они имеют положительный заряд. Однако в обычном состоянии атомы, как мы знаем, не заряжены, а это значит, что положительный заряд их ядра равен сумме зарядов электронов [2]).
Исследуя атомы различных элементов, физики установили ещё одно важное их свойство: чем тяжелее атом, тем больше заряд его ядра, тем больше у атома и электронов. Заряд ядра у водородного атома равен единице. И вокруг этого ядра обращается один электрон.
Заряд ядра и число электронов у гелия равны 2, у лития 3 и т. д.
Заряд ядра и число электронов у атома каждого элемента в точности совпадают с тем порядковым местом, которое этот элемент занимает в таблице Менделеева.
41. Световые волны. Излучение света атомами.
Свет – это электромагнитные волны с длиной волны 410 -7 -810 -7 м.
Электромагнитные волны излучаются при ускоренном движении
заряженных частиц. Эти заряженные частицы входят в состав атомов,
из которых состоит вещество. атомы рождают свет только после их
возбуждения. Для того чтобы атом начал излучать, ему необходимо
передать определенную энергию. Излучая, атом теряет полученную
энергию, и для непрерывного свечения вещества необходим приток
энергии к его атомам извне.
Тепловое излучение
Наиболее простой и распространенный вид
излучения – это тепловое излучение,
при котором потери атомами энергии на излучение света компенсируются
за счет энергии теплового движения атомов (или молекул)
излучающего тела. Чем выше температура тела, тем быстрее движутся
атомы. При столкновении быстрых атомов (или молекул) друг с другом
часть их кинетической энергии превращается в энергию
возбуждения атомов, которые затем излучают свет.
Тепловым источником излучения является Солнце, а также обычная
лампа накаливания. Лампа очень удобный, но малоэкономичный
источник. Лишь около 12% всей энергии, выделяемой в нити лампы
электрическим током, преобразуется в энергию света. Наконец,
тепловым источником света является пламя. Крупинки сажи (не
успевшие сгореть частицы топлива) раскаляются за счет энергии,
выделяющейся при сгорании топлива, и испускают свет.
под светом понимают не только видимый свет, но и
примыкающие к нему широкие области спектра. Исторически
появился термин «невидимый свет» —ультрафиолетовый свет,
инфракрасный свет, радиоволны. Длины волн видимого света
лежат в диапазоне от 380 до 740 нанометров, что соответствует
частотам от 790 до 405 терагерц, соответственно.
Свет может рассматриваться либо как электромагнитная волна,
скорость распространения в вакууме которой постоянна,
либо как поток фотонов — частиц, обладающих определённой
энергией, импульсом, собственным моментом импульса и
нулевой массой.Одной из характеристик света является его
цвет, который для монохроматического излучения определяется
длиной волны, а для сложного излучения — его спектральным составом.
Свет на границе между средами испытывает преломление и отражение.
среде, свет поглощается веществом и рассеивается. Оптические
свойства среды характеризуются показателем преломления,
действительная часть которого равна отношению скорости света в
вакууме к скорости света в данной среде, мнимая часть описывает
42 Атом в поле световой волны.
Световые волны испускаются атомами, когда электроны в них переходят
с одной орбиты на другую. Если атом получает энергию, например в форме
тепла, света или электрической энергии, электроны удаляются от ядра на
орбиты с большей энергией. Затем они вновь переходят на более близкие
к ядру орбиты с меньшей энергией, излучая при этом энергию в виде
электромагнитных волн. Так возникает свет.
Рассмотрим схему энергетических уровней некоторого атома (рис.1).
Мы знаем, что, если атому, находящемуся на основном уровне W1, сообщить энергию,
то он может перейти на один из возбужденных уровней (рис.2а). Наоборот,
возбужденный атом может самопроизвольно (спонтанно) перейти на один из
нижележащих уровней, излучив при этом определенную порцию энергии в виде кванта
света (рис.2б). Если излучение света происходит при переходе атома с уровня энергии Wm
на уровень энергии Wn, то частота излучаемого (или поглощаемого) света νmn = (Wm — Wn)/h.
Именно такие спонтанные процессы излучения происходят в нагретых телах и светящихся
газах. Нагревание или электрический разряд переводят часть атомов в возбужденное состояние;