Визначення потенціалів збудження
Дослідження випромінювання абсолютно чорного тіла та збуджених атомів показало, що вони випромінюють світло окремими квантами. Вивчення законів фотоефекту показало, що світло поглинається окремими квантами. Виникає питання, чи завжди атоми поглинають окремі кванти енергії, тобто чи існують у ньому дискретні рівні енергії, чи в атомі переважають неперервні рівні енергії. На це важливе питання повинен дати відповідь експеримент. Відповідні експерименти були виконані німецькими фізиками, лауреатами Нобелівської премії 1925р із фізики Джемсом Франком (1887-1964) і Густавом Герцем(1887-1975).
Вони вимірювали енергетичні втрати електронів (непружне розсіяння) після проходження їх крізь розріджені гази.
Експериментальна система (рис.3.7), як і в інших дослідах із розсіювання частинок, складалась із трьох частин: 1 - електронної гармати, 2 - камери зіткнень і 3 - електронного спектрометра з детектором електронів. Вона наведена на схематичному рис.3.7. В 1-й і 2-й частинах приладу диференціальною відкачкою підтримувався високий вакуум. У камеру зіткнень 3 можна напускати газ. Його тиск
вибирається таким, щоб довжина вільного пробігу була меншою за довжину камери зіткнень L[8] .
Спектрометр на рис.3.7 має конструкцію запропоновану Юзом і Рожанським. Це циліндричний конденсатор, який пропускає електрони з певною енергією 
залежно від напруги 
на його обкладинках. Зв’язок між 
та 
можна знайти з умови рівності електростатичної та відцентрової сил.
|
|
|
|
Рис.3.7. Схема дослідів Франка й Герца (сучасний варіант). |
. (3.23)
Після розділення змінних і інтегрування (3.23), отримаємо
або 
(3.24)
де використано співвідношення між швидкістю електронів та їх енергією 
Таким чином, кожному значенню 
буде відповідати певна енергія електронів Е, котрі пройшли крізь циліндричний конденсатор. Зауважимо також, що в циліндричному конденсаторі має місце фокусування за напрямками. Воно полягає в тому, що електрони, котрі влітають до циліндричного конденсатора під кутами 
до оптичної осі, при куті розкриття конденсатора 
знову збираються в точку (рис.3.7).
Розглянемо результати досліду, які графічно наведені на схематичному рис.3.8. Видно, що спектр енергетичних втрат електронів дискретний. Збільшення тиску газу р, атоми якого непружно розсіюють електрони, призводить до появи кратних втрат
Одночасно з появою дискретних втрат енергії електронами з’являються відповідні спектральні лінії в спектрі випромінювання збуджених атомів газу. Енергії квантів 
, що випромінюють збуджені електронами атоми, дорівнює енергії, яку електрони втрачають, передаючи її атомам, 
, 
... Значення енергій, що передаються атомам 
, 
, 
... тощо називаються потенціалами збудження атомів.
|
|
|
Досліди Франка й Герца дозволяють дійти до таких висновків:
· (1) спектри енергетичних втрат електронів дискретні, тобто електронні стани ізольованих атомів мають певний, притаманних цьому типу атома, дискретний набір рівнів енергії, який характеризується відповідною послідовністю дискретних потенціалів збудження
;
· (2) збуджені атоми випромінюють кванти
;
· (3) характерний набір потенціалів збудження для кожного типу атома дозволяє розрізняти атоми і є базою для практичного застосування в електронній спектроскопії характеристичних втрат енергії електронів (ЕСХВЕЕ).
|
Рис.3.8. Спектри характеристичних втрат енергії електронів.
 Мы поможем в написании ваших работ! |
