doświadczenie doświadczenie Rutherforda (1911)

doświadczenie
Rutherforda ((1911))
ekran
scyntylacyjny
Ernest Rutherford
((1871-1937))
cienka
folia Au
źródło
cząstek α
1908
promień jądra: R ≅ 10 fm!
jądro atomu
cząstka α
cząstka α
E
E
R
model Thomsona
r
R
model Rutherforda
r
pustka materii
p
Xe
π
tylko tu...
_
_
π
_
π
ośrodek ciągły (tu ciekły ksenon) jest prawie pusty!
model Bohra
1 e2
F =
4π ε0 r 2
Niels Bohr (1885 – 1962)
1922
v
F
Fo
mv 2
Fo =
r
model (ad hoc)
1 e 2 mv 2
=
2
4πε 0 r
r
układ związany
E kin
mv 2
1 e2
=
=
2
8πε 0 r
1 e2
V =−
4πε 0 r
E = E kin
1 e2
+V = −
≈ −13.6 eV
8πε 0 r
promień Bohra r = 5.3 10-11 m
1
ν =
2π
e2
15 1
≈
7
⋅
10
s
4πε 0 mr 3
Maxwell: nie!
10-6 s
postulaty
1. elektron krąży wokół jądra w wyniku równoważenia się
siły Coulomba i siły odśrodkowej
2. elektron nie promieniuje energii w sposób ciągły
3 d
3.
dozwolone
l
są orbity
bit o momencie
i pędu
d L = n · h/2π,
n = 1, 2, 3, ...
4 przy zmianie orbity emitowany lub pochłaniany jest
4.
foton o częstotliwości: ν = |E1-E2| / h
lub:
ħω = E 1 − E 2
ħ=
h
≈ 10 − 34 Js
2π
kwantyzacja
v=
nh
2π mrn
ponieważ: L = mvr = n (h / 2π)
2
E kin
1 ⎛ nh ⎞
1 e2
⎟⎟ =
= m ⎜⎜
2 ⎝ 2π mrn ⎠
8πε 0 rn
ε 0n2h2
2
=
r
n
rn =
1
π me 2
me 4 ⎛ 1 ⎞
⎛ 1⎞
13
.
6
eV
=
−
En = −
⎜
⎜
⎟
2 2
2
2 ⎟
16ε 0 h ⎝ n ⎠
⎝n ⎠
orbity
stany stacjonarne:
stan podstawowy
i stany wzbudzone
przejścia
n=∞
E∞ = 0
n=4
n=3
E4 = - .84
84 eV
E3 = - 1.5 eV
n=2
Paschen (IR)
Balmer (widz.)
E2 = - 3.4
3 4 eV
V
1 ⎞⎟
me 4 ⎛⎜ 1
hν =
− 2⎟
2 2 ⎜
2
32π ε 0 ⎝ nk n p ⎠
n=1
E1 = - 13.6 eV
Lyman (UV)
doświadczenie FrankaFranka-Hertza
James Franck
i Gustav Hertz
1925
202 Hg
80
E∞ = 0
E2 = - 5.54 eV
ΔE = 4.88 eV
λ = 253.6 10-9 m
E1 = - 10.42 eV
wzbudzenia
Ee < 4.88 eV → e + Hg = Hg + e
Ee > 4.88 eV → e + Hg = Hg* + e
↓
Hg + hν
efekt
pary rtęci
I
A
4.9 V
V
0
10
20
30
U [V]
widma emisyjne
promieniowanie termiczne
widma pierwiastków
nm
widma absorpcyjne
widmo słoneczne z liniami absorpcyjnymi
ciemne linie w widmie absorpcyjnym odpowiadają
liniom emisyjnym różnych pierwiastków