Дискретность энергетических уровней в атоме и происхождение линейчатых спектров

Согласно второму постулату Бора при переходе электрона с одной стационарной орбиты с энергией Е_п на другую с энергией Е_т < Е_п водородоподобный атом испускает квант света, частота v_nm которого равна.

Из формулы ясно, что спектры атомов являются линейчатыми (дискретными), а не непрерывными. Эта формула согласуется с полученной ранее эмпирически формулой Ридберга для спектральных серий атома водорода:

где постоянная Ридберга

Таким образом, боровская теория атома водорода и водородоподобных ионов показала хорошее согласие с экспериментом. Почти одновременно с созданием теории Бора было получено прямое экспериментальное доказательство существования стационарных состоянии и квантования энергии у сложных атомов.

Дискретность энергетических состояний была продемонстрирована в 1913 г. в опыте Д. Франка и Г. Герца, в котором исследовалось столкновение электронов с атомами ртути. Оказалось, что если энергия электронов меньше 4,9 эВ, то их столкновение с атомами ртути происходит упруго, практически без потери энергии. А если энергия электронов достигает 4,9 эВ и более, то имеет место неупругое столкновение с атомами ртути и электроны теряют 4,9 эВ. При этом атомы ртути, поглощая энергию, переходят из основного состояния в первое возбужденное состояние, причем.

В соответствии с теорией Бора при обратном самопроизвольном процессе атом должен испускать фотоны с частотой.

Триумфом теории Бора стало то, что спектральная линия с такой частотой была действительно обнаружена в ультрафиолетовой части спектра излучения ртути. Стало понятно, что атомы — это квантовые системы с дискретными энергетическими уровнями.

Однако попытки количественно применить теорию Бора к сложным атомам столкнулись с большими трудностями. И эго неудивительно. Ведь даже атом с двумя электронами требует решения физической задачи взаимодействия трех тел (ядра и двух электронов), что гораздо сложней, чем задача взаимодействия двух тел водородоподобного атома (ядра и электрона). К тому же Бор не смог дать физическое объяснение правилу квантования.

Введение

понятия о дискретных энергетических уровнях противоречит классической физике. Поэтому возникла проблема — не противоречит ли квантовая теория классической физике. Тем не менее впоследствии выяснилось, что квантовая физика не отменила основных классических законов сохранения энергии, импульса, электрического заряда и др.