POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE III

POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE III FOTOELEKTRICKÝ JEV

Hrušovská, SPŠ ST Panská

OBJEV ATOMOVÉHO JÁDRA  1911 Rutherford  některé radioaktivní prvky vyzařují částice 𝛼, jde o kladné částice s nábojem 2e

a hmotností 4 vodíkových jader

 částice použijeme k prozkoumání kladného „pudinku“ (tvoří většinu objemu a

hmotnosti atomu)

 ostřeloval částicemi 𝛼 velmi tenkou zlatou fólii a registroval, jak se mění jejich

dráha po průchodu zlatem


VÝSLEDKY POKUSU  částice se vychylovaly daleko více než předpokládal „pudinkový“ model,

některé se odrážely zpět

 jediné vysvětlení : veškerý náboj a téměř veškerá hmotnost atomu jsou

soustředěny v malé oblasti = jádro atomu

 přesnější analýza ukázala: jádro má řádově 10-15 m (cca stotisícina atomu)  kdyby měl atom průměr 100 m, tak jádro by mělo 1mm


PLANETÁRNÍ MODEL ATOMU  hmotnost a kladný náboj v malém jádře (Slunce)  okolo obíhají záporné elektrony (planety)  elektrony na oběžné dráze udržuje elektrická síla  Proč nemůže být model správný?


BOHRŮV MODEL ATOMU  1913: N. Bohr – částečně vysvětluje stabilitu atomu a spektrální čáry vodíku  Elektrony i jádro jsou klasické částice. Platí tři pravidla: 1.

atom je stabilní soustava složená z kladného jádra a elektronového obalu, ve kterém elektrony obíhají okolo jádra

2.

atom se může nacházet pouze v určitých (stacionárních) stavech s danou hodnotou energie. V takovém stavu atom nevydává ani nepřijímá energii a nemění se ani rozložení elektronů v obalu

3.

při přechodu ze stavu s energií En do stavu s nižší energií Em se vyzáří foton o frekvenci, která splňuje podmínku ℎ𝑓nm = 𝐸n − 𝐸m . Naopak při pohlcení fotonu o frekvenci fnm atom přejde ze stavu s energií Em do stavu s vyšší energií En.


FRANCKŮV-HERTZŮV POKUS  Na obrázku je nakresleno schéma Franck-Hertzova pokusu. Jakým

způsobem se budou v baňce (pokud v ní bude vakuum) pohybovat elektrony uvolněné z katody? Jaký je význam jednotlivých napětí? Co by muselo platit, aby se všechny elektrony uvolněné z katody dostaly k anodě?


FRANCKŮV-HERTZŮV POKUS  elektron uvolněný z katody je urychlován napětím U1 k mřížce  pokud přes mřížku projde je napětím U2 bržděn (musí napětí U2 překonat, aby

se dostal k anodě)

 Už - napětí žhavícího obvodu, rozhoduje o počtu elektronů, které se uvolní z

katody

 U1 - napětí mezi katodou a mřížkou, urychluje elektrony, dodává jim energii  U2 - napětí mezi mřížkou a katodou, zpomaluje elektrony, zmenšuje jejich

energii

 nejpomalejší jsou elektrony, které mají při opuštění katody nulovou energii,

pokud mají dorazit k anodě, musí platit U1 > U2 .


FRANCKŮV-HERTZŮV POKUS  měření energie elektronů uvolněných z katody  ve skutečném pokusu uvnitř baňky odpařené páry rtuti  pokus zkoumal srážky uvolněných elektronů s atomy rtuti


PROČ BYL POKUS UDĚLANÝ TAKTO?  Necháme srazit pingpongový míček:  a) s druhým pingpongovým míčkem,  b) s kuličkou o daleko větší hmotnosti.  Najdi rozdíl v průběhu srážek  od těžké kuličky se pingpongový míček odrazil téměř stejnou rychlostí.  těžší kulička se po srážce pohybuje méně => více pohybové energie zůstane

míčku


CO SE DĚJE S ATOMEM RTUTI?  Jakým způsobem může elektron předat atomu rtuti při srážce energii?  Jak se taková skutečnost projeví?  může atom rtuti rozpohybovat (rtuť je těžší => velmi malý efekt)  může dodat energii některému z elektronů, které obíhají jádro rtuťového atomu

⇒ elektron přejde na vyšší dráhu a po určité době energii vyzáří ve formě EM záření

⇒ elektron musí mít energii, která odpovídá možnému přechodu.


CO SE DĚJE S ATOMEM RTUTI  Proč nebyly ve Franc-Hertzově pokusu použity místo atomů rtuti atomy

vodíku?


PRŮBĚH ANODOVÉHO PROUDU  U1= 0 V , U2 mohou překonat jen elektrony, které vyletí s dostatečnou energií  nastavíme napětí U2 tak, aby byl tento proud v podstatě nulový  S rostoucím napětím U1 získávají elektrony větší energii => více elektronů překoná napětí U2 a

dojde k anodě.

 atomy rtuti elektrony nebrzdí (elektrony se odrážejí se stejnou rychlostí) ⇒ srážky anodový

proud neovlivňují

 jakmile napětí U1 vzroste natolik, aby elektrony získali dostatek energie na excitaci atomů =>

začnou elektrony energii při srážkách ztrácet ⇒ nebudou mít dostatek energie pro překonání napětí U2 ⇒ anodový proud se sníží

 ke stejnému efektu dojde, když napětí U1 vzroste natolik, aby energii dodalo elektronům

dvakrát.


JAK SE PROJEVÍ ENERGIE ATOMU RTUTI?  atom rtuti přijme energii od elektronu => přejde některý z jeho elektronů z

hladiny Em na vyšší hladinu En ⇒ časem přejde zpátky na nižší hladinu a energii vyzáří ve formě fotonu

 ⇒ rtuť by měla zářit na vlnové délce dané vztahem ∆E = hf


VÝZNAM EXPERIMENTU  experimentální potvrzení kvantování energie v atomech  kvantuje se i energie předávaná mechanickými srážkami


POKUSY VEDOUCÍ KE KVANTOVÉ MECHANICE III

Recommend Documents