Упрощенная HTML-версия
рассматривают через окуляр L3. В трехтрубном спектроскопе изображение спектра в фокальной
плоскости FF совмещено с изображением измерительной шкалы. В двухтрубном спектроскопе
(монохроматоре) для проведения измерений окуляр снабжен стрелочным указателем для точной
установки на ту или иную линию спектра. Положение каждой цветной линии соответствует
определенному отсчету по шкале микрометрического барабана.
Возникновение спектров невозможно объяснить с помощью электромагнитной теории
Максвелла. Это явление объяснимо только с позиций квантовой механики. Поэтому, прежде чем
приступить к рассмотрению спектров, необходимо рассмотреть некоторые элементы квантовой
механики, без которых нельзя понять строение, энергетические состояния и спектры атомов и
молекул.
По современным представлениям атом состоит из положительно заряженного ядра,
окруженного электронами, движущимися по замкнутым орбитам (модель Резерфорда). Энергия
атома тем больше, чем больше радиус орбиты, по которой движется электрон. Орбит может быть
бесчисленное множество.
Но, исходя из классических представлений, модель Резерфорда обладает рядом противоречий:
во-первых, по модели электрон может находиться на любом расстоянии от ядра, а его энергия может
меняться непрерывно. Тогда спектры всех атомов должны быть сплошными, в действительности же
опыт показывает, что атомы имеют линейчатый спектр. Во-вторых, в модели электрон движется
ускоренно, а согласно классической электродинамике, ускоренно движущиеся электроны должны
излучать электромагнитные волны и вследствие этого непрерывно терять энергию. В результате
электроны будут приближаться к ядру и, в конце концов, упадут на него. Таким образом, атом
Резерфорда оказывается неустойчивой системой, что опять-таки противоречит действительности.
Для устранения вышеуказанных противоречий в свое время, Н. Бор выдвинул следующие
основные положения (постулаты), которые не следуют или даже противоречат классическим
представлениям:
1.
Атом и атомные системы могут длительно пребывать только в некоторых дозволенных
стационарных (не изменяющиеся со временем) состояниях. Этим состояниям соответствуют
дискретные значения энергии. В стационарных состояниях, атом не излучает и не поглощает
энергии.
2.
Любое изменение энергии атома или атомной системы связано со скачкообразным
переходом ее из одного стационарного состояния в другое. При этом излучается или поглощается
один фотон с энергией равной разности энергий соответствующих стационарных состояний:
hv = En - Em,
(10.1)
где En и Em- соответственно энергии стационарных состояний атома до и после излучения
(поглощения), h - постоянная Планка. При Em< En происходит излучение фотона (переход атома из
состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией, т.е. переход электрона с более
удаленной от ядра орбиты на более близлежащую), при Em> En - поглощение фотона (переход атома
в состояние с большей энергией, т.е. переход электрона на более удаленную от ядра орбиту).
Эти постулаты Бор использовал для расчета энергетических состояний атома водорода и его
спектра и получил хорошее согласование с экспериментально наблюдаемым спектром. В случае же
многоэлектронных атомов расчет их энергетических состояний довольно сложен и может быть
произведен лишь приближенно, например, в одноэлектронном приближении.
Наиболее полно атомные явления могут быть описаны основными постулатами и понятиями,
на которых базируется квантовая механика.
1. Принципиальное отличие квантовой механики от классической (описывающей поведение
макротел) состоит в вероятностном подходе ко всем измеряемым величинам. Наглядно это можно
проиллюстрировать на примере гипотетического измерения расстояния между электроном и ядром в
невозбужденном атоме водорода. Если бы имелся точный метод такого измерения, то при
многократном его применении мы получили бы набор различных значений, причем наиболее часто
повторяющейся величиной было бы расстояние 0,53 10-10 м, которое получается из боровской
модели атома, не связанной с вероятностными представлениями.
2. Если в классической механике положение и скорость движущегося тела можно определить
в любой момент времени (т.е. одновременно точно известны его координаты и импульс), то в
61