Зонная теория электропроводности

Описание установки

Для получения спектра водорода используется газоразрядная трубка, наполненная водородом. Схема включения трубки приведена на рис. 5.8. На газоразрядную трубку 1 подается высокое напряжение от катушки
Румкорфа 2. Катушка присоединяется к выпрямителю 3 на 12 В.

Самое яркое свечение образуется в узкой части трубки. На нее и наводится щель спектроскопа. Спектроскопом называется прибор для пространственного разделения лучей длин волн, причем наблюдение полученного спектра производится визуально.

Оптическая схема простейшего спектроскопа дана на рис. 5.9.

Призма Р разлагает в спектр пучок параллельных лучей немонохроматического света. Для получения параллельных лучей служит коллиматор, состоящий из призмы L, в фокусе которой находится входная щель S спектроскопа. Так как лучи разной длины волны отклоняются призмой на разные углы, то из призмы выходят лучи различных направлений. С помощью второй линзы L₁ лучи собираются в различных точках ее фокальной плоскости Ф. В результате на экран проецируется ряд изображений входной щели в монохроматическом свете (спектральные линии). Если источник света (например, лампочка накаливания) излучает волны всевозможных длин, то все изображения входной щели в различных лучах на экране непосредственно примыкают друг к другу, т. е. получается сплошной спектр. При излучении же источником света (например, газоразрядной трубкой) лишь определенных длин получится линейчатый спектр. В фокальной плоскости линзы L₁ в спектроскопе устанавливается окуляр L₂ для визуального наблюдения, а в спектрографе – фотографическая пластинка. Призма с помощью механического устройства может поворачиваться на большие углы так, что в окуляре можно наблюдать линии спектра разных длин волн. Каждому делению барабана поворота призмы соответствует определенная длина волны, которая наблюдается через окуляр. Зависимость между длиной волны и делением барабана задается графиком, который находится на установке. Пользуясь этим графиком, можно определить длины волн спектральных линий, которые наблюдаются в спектроскопе.

Порядок выполнения работы

1. Установить лампу накаливания напротив щели спектроскопа и, перемещая окуляр, изучить сплошной спектр.

2. Включить источник питания водородной трубки (см. рис. 5.8) и получить газовый разряд.

3. Добиться резкости спектральных линий с помощью окуляра. Поворачивая барабан спектроскопа, совместить красную линию водорода Н_a с указателем спектроскопа и записать деление Z шкалы барабана.

4. Определить деления шкалы барабана, которые соответствуют линиям Н_b и Н_g серии Бальмера, после чего выключить питание трубки.

5. По градуировочному графику определить длины волн l_a, l_b и l_g , которые соответствуют линиям Н_a, Н_b и Н_g серии Бальмера.

6. Для каждой определенной длины волны вычислить постоянную Ридберга по формуле (5.35) и определить ее среднее значение.

7. По формуле (5.36) вычислить длину волны, которая соответствует границе бальмеровской серии.

8. Пользуясь формулой (5.34), вычислить значение постоянной Планка и сравнить полученный результат с табличным значением.

9. Вычислить по формуле (5.29) радиус первой орбиты электрона в атоме водорода (“первый боровский радиус”).

Контрольные вопросы

Вариант 1

1. Почему электрон, который непрерывно излучает, согласно классической электродинамике должен упасть на ядро? Как преодолевает эту трудность теория Бора?

2. Сформулировать постулаты Бора.

3. Спектры каких источников света непрерывные, полосатые, линейные?

4. Задача. Для какого водородоподобного иона разность длин волн между главными линиями серий Бальмера и Лаймана Dl = 59,3 нм?

Ответ: Z= ; Li⁺⁺.

Вариант 2

1. Объясните смысл отрицательного значения энергии электрона в атоме.

2. Выведите выражение для частоты вращения электрона по круговой орбите в атоме водорода.

3. Объясните устройство спектроскопа.

4. Задача. Определить квантовое число n, соответствующее возбужденному состоянию иона Не⁺, если при переходе в основное состояние этот ион излучил последовательно два фотона с длинами волн l₁ = 108 нм, l₂ = 30,4 нм.

Ответ: n =

Вариант 3

1. В чем состоят недостатки теории Бора?

2. Вычислить потенциал ионизации атома водорода.

3. Почему при переходе от одной спектральной линии к другой нужно каждый раз фокусировать окуляр спектроскопа.

4. Задача. Вычислить длину волны l , которую испускает ион гелия Не⁺ при переходе со второго энергетического уровня на первый.

Ответ: l = 30,4 нм.

Зонная теория электропроводности

Твердых тел

По своим электрическим свойствам твердые тела делятся на металлы, диэлектрики, полупроводники. Удельное сопротивление металлов 10^-8…10^-6 Ом×м, полупроводников 10^-6…10⁸ Ом×м, диэлектриков 10⁸…10¹³ Ом×м. По величине электропроводимости полупроводники занимают промежуточное положение между металлами и диэлектриками. Однако характерным для них является не величина проводимости, а то, что их проводимость увеличивается с повышением температуры (для металлов она уменьшается). К полупроводникам относятся селен (Se), кремний (Si), германий (Ge) и др.
Полупроводниками являются также халькогениды металлов: CdS, ZnSe и др., окислы металлов, закись меди Cu₂O, некоторые интерметаллические соединения ZnSb, GaAs и др. Электрические свойства твердых тел можно объяснить лишь с помощью законов квантовой механики. Согласно квантовой теории энергия электронов в квантовой системе, т. е. в атоме или кристалле, не может принимать произвольное значение – возможные энергетические уровни электронов в атоме являются дискретными. На рис. 6.1, а

Поиск по сайту: