Atoma uzbūve

Atoma uzbūve.Enerģijas emisija un

absorbcija.P. Puķītis. Fizika 12. klasei: 98.-112. lpp.

Sasniedzamie rezultāti• Izskaidro atoma un atoma kodola uzbūvi. Izskaidro atoma

kodola īpašības, izmantojot protonu– neitronu modeli.

• Skaidro emisijas un absorbcijas spektru atšķirības, rašanās veidus un izmantošanu.

• Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina: fotona enerģiju, fotoefekta sarkano robežu, starojuma viļņa garumu un frekvenci.

• Lieto fizikālo lielumu apzīmējumus, SI mērvienības un tās saista ar ārpussistēmas mērvienībām. Lieto skaitļa normālformu un decimālos daudzkārtņus.

Atoma uzbūve

• Negatīvi lādēts elektronu apvalks

• Pozitīvi lādēts kodols, kura lādiņš q = Ze

Z – ķīmiskā elementa atomnumurse – elementārlādiņš (1,6·10-19 C)

http://www.uzdevumi.lv/p/kimija/8-klase/atoma-uzbuve-10174/re-45043604-9940-43ad-ac84-90a3538e9fa3






Elektroni atomā

• Kodols lādēts pozitīvi, apvalks – negatīvi; Kulona spēks notur elektronus apvalkā, piešķirot tiem potenciālo enerģiju Wp.

• Elektronam apvalkā piemīt konkrētas (diskrētas) potenciālās enerģijas Wp vērtības – enerģijas līmeņi un apakšlīmeņi (kvantu īpašība)

• Atomam difrakcijas rezultātā nav konkrētas trajektorijas (viļņu īpašība)

Elektronu mākonis

• Elektronu stāvokli raksturo ar “elektronu mākoņa” modeli:– tā kā elektrona lādiņš nav

dalāms, nav dalāms mākonis,– mainoties elektrona stāvoklim

atomā, mainās mākonis– neviendabīgs blīvums; lielākais

blīvums norāda lielāku elektrona atrašanās varbūtību.

http://makeagif.com/P04a4V

http://makeagif.com/P04a4V

Elektronu orbitāle

• Elektrona orbitāle – atoma telpas daļa, kurā ar 90% varbūtību atrodas elektrons

• Virzienos, kuros elektronu mākoņa blīvums pieaug, ir lielāka varbūtība veidoties ķīmiskajai saitei starp atomiem

http://giphy.com/gifs/chemistry-GveJ4OXmbZVT2




Atoma enerģijas līmeņi

• Elektronu potenciālās enerģijas diskrētās vērtības sauc par enerģijas līmeņiem

• Līmeņus sanumurē, lietojot galveno kvantu skaitli n

• Enerģijas vērtība, kas atbilst galvenajam kvantu skaitlim n = 1, ir mazākā iespējamā, tad atoms ir pamatstāvoklī

Ūdeņraža atoma elektronu līmeņu diagramma

Atoma enerģijas līmeņi

• Atoma stāvokļi, kas atbilst kvantu skaitļiem n = 2; 3; 4..., ir atoma ierosinātie stāvokļi (lai tajos nonāktu, atomam jāsaņem enerģija)

• Ierosinātais stāvoklis ir nestabils, elektrons ātri atgriežas zemākos līmeņos

Ūdeņraža atoma elektronu līmeņu diagramma

Elektrona pāreja no viena enerģijas līmeņa uz citu (kvantu pāreja)

• Ja elektrons pāriet no augstāka līmeņa uz zemāku, tas enerģijas starpību ΔW = W4 – W2 izstaro jeb emitē kā gaismas porciju jeb kvantu (redzamajai gaismai – foronu)

http://giphy.com/gifs/refraction-r6dKxhQXY9EIw



Gaismas kvantu (fotonu) raksturoenerģija E, kas ir atkarīga no

– Planka konstantes h = 6,63 10∙ -34 J s∙– gaismas frekvences ν [nī]

• gaismas frekvenci var izteikt kā ν = c/λ, kur c = 3 10∙ 8 m/s, bet λ – viļņa garums (nosakot viļņa garumu, var noteikt izstarotās gaismas krāsu

http://www.dzm.lu.lv/fiz/f_www/F_formulas.pdf


Elektrona pāreja no viena enerģijas līmeņa uz citu (kvantu pāreja)

• Lai elektrons pārietu no zemāka līmeņa uz augstāku (ierosinātā stāvoklī), tam jāsaņem no ārpuses (jāabsorbē) enerģijas porciju ΔW

• Ja saņemtā enerģija atbilst n = 1, atoms nonāk stāvoklī n = ∞; tad atoms ir jonizēts (kodols neiedarbojas uz elektronu)




Spontānais un inducētais starojums

• Ja atoms atrodas ierosinātā stāvoklī ar enerģiju W2, tas var spontāni pāriet pamatstāvoklī ar enerģiju W1, izstarojot fotonu ar enerģiju hν=W2-W1 – notiek nesaskaņoti,– emitēto viļņu fāzes nesakrīt,– gaismas polarizācijas virzieni nesakrīt,– starojums nav koherents

Spontānais un inducētais starojums• Ja uz atomu notiek ārēja iedarbība, piemēram, vielai

cauri iet gaismas fotons ar enerģiju hν=W2-W1, atoms tiek piespiests no ierosināta stāvokļa W2 pāriet pamatstāvoklī, radot papildus fotonu ar enerģiju hν=W2-W1

– visiem fotoniem vienāda enerģija (starojums monohromatisks),– emitēto viļņu fāzes sakrīt,– gaismas polarizācijas virzieni sakrīt,– starojums ir koherents (piem., lāzers)

http://how-does-things-work.blogspot.com/2010/02/working-of-hologram.html



Ārējais fotoefekts• Ārējais fotoefekts ir

brīvo elektronu emisija no materiāla, ja tas absorbē gaismas kvantus

• Ja fotona enerģija hv ir lielāka vai vienāda ar elektrona izejas darbu, tad elektrons var iziet no katoda hv ≥ A

http://makeagif.com/FU7Kz5

http://makeagif.com/FU7Kz5

Elektrona izejas darba mērvienības

• Darba SI mērvienība ir džouls (J) – jālieto uzdevumos.

• Elektrona darbu var izteikt elektronvoltos:

Vakuuma fotoelements

• Ja elektronam pēc izlidošanas no katoda ir pietiekami liels ātrums, tad bez ārēja sprieguma tas var nonākt līdz anodam – caur miliampērmetru plūst strāva.

https://en.wikipedia.org/wiki/Phototube

https://en.wikipedia.org/wiki/Phototube

Fotoefekta sarkanā robeža

• Minimālo gaismas frekvenci ν0 vai maksimālo viļņa garumu λ0, kura var izraisīt fotoefektu, sauc par fotoefekta sarkano robežu

hν0 = A h = A

• Kvantu iznākums – attiecība starp absorbēto un iznākušo elektronu skaitu

(0,2 – absorbēti 5 elektroni, iznācis 1).

cλ0

Enerģijas saglabāšanās likums• Einšteina vienādojums fotoefektam: Ja brīvais

elektrons absorbē lielāku enerģiju hv nekā ir izejas darbs A, no metāla virsmas iznākošajam elektronam atliek kinētiskā enerģija Wk (Ek)

• Jo tuvāk virsmai elektrons, jo lielāka ir tā kinētiskā enerģija


Fotoelementa voltampērraksturlīkne• UA – aiztures spriegums (izstarotie

elektroni tiek bremzēti)• Ja U = 0, elektroni rada strāvu• Sātstrāva I0 (pie sprieguma U0 visi

no katoda emitētie fotoelektroni nonāk līdz anodam)

• I0 nemainās, palielinot spriegumu, ir atkarīga no gaismas plūsmas

P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 108. lpp.

A = 2 eV =

W = ?

U = 1,5 V

Uz fotoelementa katodu, kura elektrona izejas darbs ir 2 eV, krīt starojums. Starojuma izsistos elektronus, kuriem ir maksimālā kinētiskā enerģija, var nobremzēt ar 1,5 V spriegumu.A. Noteikt uz katodu krītošā starojuma fotonu enerģiju W.

W = WkA + = 3,2 ∙ 10-19 J

W = 3,2∙10-19 + 1,6∙10-19∙1,5=

Wk = eU

e = 1,6·10-19 J

=5,6∙10-19 J


A = 2 eV =

λ = ? ν = ?

U = 1,5 V

Uz fotoelementa katodu, kura elektrona izejas darbs ir 2 eV, krīt starojums. Starojuma izsistos elektronus, kuriem ir maksimālā kinētiskā enerģija, var nobremzēt ar 1,5 V spriegumu.B. Noteikt uz katodu krītošā starojuma viļņu garumu λ un frekvenci ν.

W =hν= 3,2 ∙ 10-19 J

e = 1,6·10-19 J

ν =5,6∙10-19

6,63 ∙ 10-34 =

W = 5,6·10-19 J

Wν = h 8,4∙1014 Hz =

cλ = ν λ = 3∙108

8,4 ∙ 1014 =

3,57∙10-7 m =


Uz fotoelementa katodu, kura elektrona izejas darbs ir 2 eV, krīt starojums. Starojuma izsistos elektronus, kuriem ir maksimālā kinētiskā enerģija, var nobremzēt ar 1,5 V spriegumu.C. Noteikt uz katodu krītošā starojuma veidu.

λ = 3,57∙10-7 m Ultravioletais starojums


A = 2 eV =

λ0 = ?

Uz fotoelementa katodu, kura elektrona izejas darbs ir 2 eV, krīt starojums. Starojuma izsistos elektronus, kuriem ir maksimālā kinētiskā enerģija, var nobremzēt ar 1,5 V spriegumu.D. Noteikt katoda fotoefekta sarkanajai robežai atbilstošo viļņu garumu λ0.

= 3,2 ∙ 10-19 Jhcλ0= A

6,2∙10-7 m =

λ0 =6,6∙10-34 ∙ 3∙108

3,2 ∙ 10-19 =


Uz fotoelementa katodu, kura elektrona izejas darbs ir 2 eV, krīt starojums. Starojuma izsistos elektronus, kuriem ir maksimālā kinētiskā enerģija, var nobremzēt ar 1,5 V spriegumu.E. Noskaidrot, vai redzamā gaisma var izraisīt fotoefektu fotoelementa kodolā.

λ0 =6,2∙10-7 m

Var!

= 620∙10-9 m = 620 nm

Emisijas spektri• Ja sakarsēta ķermeņa izstarotā (emitētā) gaisma

iet caur spektrālaparātu, iegūst starojuma sadalījumu pa viļņu garumiem – emisijas spektru.

Ūdeņraža emisijas spektrs• Katram ierosināta atoma

enerģijas līmenim atbilst noteikta izstaroto fotonu enerģija, kas atbilst konkrētai gaismai.

• Cik redzamās gaismas diapazonos tiek izstaroti fotoni, tik līnijas redzamas emisijas spektrā.

• Katram elementam ir savs raksturīgs spektrs

Absorbcijas spektrs

• Absorbcijas spektru novēro, kad gaisma iet cauri vielai

• Elementam raksturīgie gaismas fotoni tiek absorbēti, redzamas tumšas joslas uz nepārtrauktā spektra fona.

• Spektrālanalīze – var noteikt, no kādiem elementiem sastāv paraugs, kāda ir vielu koncentrācija

Uzdevums (MG 1./112.) : uzzīmēt emisijas līnijspektram atbilstošo absorbcijas spektru.

Sasniedzamie rezultāti• Izskaidro atoma un atoma kodola uzbūvi. Izskaidro atoma

kodola īpašības, izmantojot protonu– neitronu modeli.

• Skaidro emisijas un absorbcijas spektru atšķirības, rašanās veidus un izmantošanu.

• Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina: fotona enerģiju, fotoefekta sarkano robežu, starojuma viļņa garumu un frekvenci.

• Lieto fizikālo lielumu apzīmējumus, SI mērvienības un tās saista ar ārpussistēmas mērvienībām. Lieto skaitļa normālformu un decimālos daudzkārtņus.

Papildus informācijas avoti:• Video (lāzeri) : http://profizgl.lu.lv/pluginfile.php/32413/mod_resource/content/0/jharja/videofaili/

abreviatura2.mp4 • https://www.fizmix.lv/fiztemas/atoms-un-atoma-kodols-10/atoma-uzbuve• http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_12/default.aspx@tabid=3&id=410.html#navtop%20%20%20• https://www.fizmix.lv/fiztemas/atoms-un-atoma-kodols-10/energijas-emisija-un-absorbcija• http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/12-klase/atoms-un-atoma-kodols-3335

• Атомная физика https://interneturok.ru/physics/11-klass

Materiāli krievu valodā:

JAUTĀJUMI?

Education

Atoma uzbūve