دانلود تحقیق طیف اتم

آزمایش ریدبرگ: گزیده ای از ریدبرگ: متولد:8 نوامبر 1854 در هالمشتد سوئد وفات:28 دسامبر 1919 در لوند سوئد پدرژوهانس رید برگ اس ون ریدبرگ،و مادرش ماریا اندرسون بود.ژوهانس مدرسه را در ساحل شرقی کاتگات واقع درجنوب غربی سوئد در نیسان،در هالشتد، شروع کرد.

او در سال 1873 دوران راهنمایی و دبیرستان را در ژیمناسیوم واقع در هالشتتد کامل کرد و در همان سال وارد دانشگاه لوند شد.دانشگاه لوند در شهر لوند در قسمت جنوبی سوئد و در شمال شرقی مالمو،دومین دانشگاه قدیمی در سوئد است که در 1666 تاسیس شده است.

ریدبرگ مدرک لیسانسش را در 1875 از دانشگاه لوند دریافت نمود.او در ریاضیات ادامه تحصیل داد و مقاله اش را که روی بخش های مخروطی بود برای دکترایش در ریاضیات،انجام داد که در سال 1879 به آن جایزه دادند.سال بعد او به عنوان مقام دانشیار ریاضیات در لوند انتخاب شد اما اکنون علایق او تمایل به ریاضیات فیزیکی داشت تا ریاضیات محض.

او طی دو سال که به عنوتن دانشیار ریاضیات بود،روی مسائل مربوط به الکتریسیته کار کرد.ریدبرگ در 1882 از مقام دانشیاری ریاضی به دانشیاری فیزیک در لوند تغییر سمت داد.

ده سال بعد او به عنوان مدیر تولید انیستیتو فیزیک ارتقا مقام یافت.او در 1879 به مقام پرفسوری در فیزیک نائل شد اما به صورت موقت تا زمانیکه در مارچ 1901 به صورت مدرک دائمی تثبیت شد.از این زمان تا زمان باز نشستگی وی در سال 1919 اوکرسی دار فیزیک بود.گرچه در این زمان سلامتی اش رو به زوال بود،و در سال 1914 به طور جدی بیمار شد.

اما نهایتا او کار را در سال 1914 بدرود گفت و آن مقام را ترک کرد و ازآن به بعد به دانشگاه نیامد.

بازنشستگی آخر وی 5 سال بعد که توان کار کردن را ئاشت بود که دست از کار کشید و این تنها چند هفته قبل از مرگ وی بود که می آمد.

مانه زی بان،کسی که از 1906 تا 1911 دانش آموز ریدبرگ بود،سپس مدیر ریدبرگ از 1911تا 1914 ،مسئولیت تدریسی وی در 1914 به عهده گرفت و این ها را تا 1919 که به طور رسمی بازنشسته شد انجام داد.سپس نزدیکی 1920 وی عهده دار کرسی فیزیک ریدبرگ گردید.او زندگی نامه رید برگ را نیز نوشت.

مهم ترین کار رید برگ روی طیف نمایی است که در سال 1890 به وسیله خط های طیف عناصر مختلف یک رابطه ساده نسبتا مرتبطی را کشف کرد.او امیدوار بود که ساختار اتم را تعیین کند،اگرچه کار وی منجر به تهیه ی پایه ی نظریه ساختاری گردید،اما خودش نتوانست به این مهم نائل شود.

طیف اتمی طیف نور گسیل شده از بخار هر عنصر را طیف اتمی آن عنصر می‌نامند.

پس می‌توان گفت که طیف اتمی عنصرهای مختلف با هم تفاوت دارد.

دیدکلی همانطور که می‌دانیم نیوتون برای نخستین بار با گذراندن نور خورشید از منشور ، طیف نور سفید را تشکیل داد.

نیوتون نشان داد که نور سفید آمیزه‌ای از رنگهای مختلف است و گسترده طول موجی این رنگها از 0.4 میکرومتر (بنفش) تا 0.7 میکرومتر (قرمز) است.

طیف نور سفید یک طیف پیوسته است.

به همین ترتیب می‌توان طیف هر نوری را توسط پاشندگی در منشور شناسایی کرد.

اما علت اینکه در طیف اتمی خطوط مختلفی دیده می‌شود، چیست؟

خطوط طیفی طیف اتمی مستقیما به ترازهای انرژی اتم نسبت داده می‌شود.

هر خط طیفی متناظر یک گذار خاص بین دو تراز انرژی یک اتم است.

پس آنچه در طیف نمایی دارای اهمیت است، تعیین تراز های انرژی یک اتم به کمک اندازه گیری طول موجهای طیف خطی گسیل شده از اتمها است.

پایین ترین تراز انرژی ، حالت پایه و همه ترازهای بالاتر حالتهای برانگیخته نامیده می‌شوند.

موقعی که یک اتم از حالت بر انگیخته بالاتر به یک حالت برانگیخته پایین تر گذاری را انجام می‌دهد.

یک فوتون متناظر به یک خط طیفی گسیل می‌شود.

طیف نشری اگر جسمی بتواند نور تولید کند و نور تولید شده را از منشوری عبور دهیم، طیفی بدست می‌آید که طیف نشری نامیده می‌شود.

اگر رنگهای طیف حاصل بهم متصل باشند، طیف نشری اتصالی و اگر فاصله‌ای بین آنها باشد، طیف نشری انفصالی یا خطی می‌نامند.

به عنوان مثال لامپ حاوی بخار بسیار رقیق را در نظر بگیرید.

این لامپ بصورت لوله باریک شیشه‌ای است که درون آن یک گاز رقیق در فشار کم وجود دارد.

دو الکترود به نامهای کاتد و آند در دو انتهای لوله قرار دارند.

اگر بین این دو الکترود ، ولتاژ بالایی برقرار شود، اتمهای گاز درون لامپ شروع به گسیل نور می‌کنند.

اگر این بخار مربوط به بخار جیوه باشد، این گسیل به رنگ نیلی - آبی است.

اگر این نور را از منشور بگذرانیم و طیف آن را تشکیل دهیم می‌ینیم که این طیف پیوسته نیست.

بلکه تنها از چند خط رنگی جدا از هم با طول موجهای معین تشکیل شده است.

طیف جذبی در سال 1814 میلادی فرانهوفر فیزیکدان آلمانی کشف کرد که اگر به دقت به طیف خورشید بنگریم، خطهای تاریکی در طیف پیوسته آن مشاهده خواهیم کرد.

این مطلب نشان می‌دهد که بعضی از طول موجها در نوری که از خورشید به زمین می‌رسد، وجود ندارد و به جای آنها ، در طیف پیوسته نور خورشید خطهای تاریک (سیاه) دیده می‌شود.

اکنون می‌دانیم که گازهای عنصرهای موجود در جو خورشید ، بعضی از طول موجهای گسیل شده از خورشید را جذب می‌کنند و نبود آنها در طیف پیوسته خورشید به صورت خطهای تاریک ظاهر می‌شود.

در اواسط سده نوزدهم معلوم شد که اگر نور سفید از داخل بخار عنصری عبور کند و سپس طیف آن تشکیل شود، در طیف حاصل خطوط تاریکی ظاهر می‌شود.

این خطوط توسط اتمهای بخار جذب شده‌اند.

طیف اتمی از دیدگاه فیزیک کلاسیک درک ساز و کار جذب و گسیل نور بوسیله اتمها از دیدگاه فیزیک کلاسیک آسان است.

زیرا بنابر نظریه‌های کلاسیکی یک اتم در صورتی نور گسیل می‌کند که به طریقی مانند برخورد با سایر اتمها یا توسط میدان الکتریکی به الکترونهای آن انرژی داده شود، در نتیجه الکترونها با به دست آوردن انرژی ارتعاش می‌کنند و امواج الکترومغناطیس بوجود می‌آورند، یعنی نور گسیل می‌کنند.

اما این که چرا اتمهای همه عنصرها موج الکترومغناطیسی با طول موجهای یکسان نمی‌کنند و این که چرا هر عنصر طول موج خاص خود را دارد، ا ز دیدگاه فیزیک کلاسیک قابل توجیه نیست.

در مورد جذب نور هم ، از دیدگاه فیزیک کلاسیک ، می‌توان گفت که وقتی نور به یک اتم می‌تابد، نوسان میدان الکتریکی ناشی از نور فروری باعث می‌شود که الکترونهای اتم شروع به ارتعاش کنند و نور فرودی را جذب کنند.

ولی باز هم در این دیدگاه هیچ توجیه قانع کننده‌ای برای این که چرا هر عنصر تنها طول موجهای خاصی را که مشخصه آن عنصر است جذب می‌کند و بقیه طول موجها را جذب نمی‌کند؟

وجود ندارد.

رابطه ریدبرگ - بالمر طیف اتمی هیدروژن ، اولین طیفی بود که بطور کامل مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت.

آنگستروم تا سال 1885 میلادی طول موجهای چهار خط از طیف اتم هیدروژن را با دقت زیاد اندازه گرفت.

بالمر که یک معلم سوئیسی بود، وی این اندازه گیریها را مطالعه کرد و نشان داد که طول موج خطهای این طیف را می‌توان با دقت بسیار زیاد بدست آورد.

توفیق بالمر در خصوص یافتن رابطه‌ای برای خطهای طیف اتم هیدروژن در ناحیه مرئی موجب شد، که تلاشهای بیشتری در جهت یافتن خطوط دیگر طیف اتم هیدروژن صورت گیرد.

کار عمده در زمینه جستجو برای طیف کامل اتم هیدروژن توسط ریدبرگ در حدود سال 1850 میلادی انجام شد.

نتیجه .1هم در طیف گسیلی و هم در طیف جذبی هر عنصر ، طول موجهای معینی وجود دارد که از ویژگیهای مشخصه آن عنصر است.

یعنی طیفهای گسیلی و جذبی هیچ دو عنصری مثل هم نیست.

2.اتم هر عنصر دقیقا همان طول موجهایی از نور سفید را جذب می‌کند که اگر دمای آن به اندازه کافی بالا رود و یا به هر صورت دیگر بر انگیخته شود، آنها را تابش می‌کند.

حال آزمایش ریدبرگ را بررسی می کنیم: اندازه گیری عدد ثابت ریدبرگ با استفاده از پراش توسط توری (شبکه) هدف: اندازه گیری طول موجهای و همچنین R (ثابت ریدبرگ) لوازم آزمایش: لامپ هیدروژن – میز اپتیکی – توری (شبکه) پراش – صفحه مات-خط کش مقدمه می دانیم اگر باریکه ای از پرتوهای نوری به توری (شبکه) پراش برخورد کند پس از عبور از توری پراشیده می شود و طول موجهای مختلف باریکه نوری از یکدیگر جدا می شوند و میزان انحراف به طول موج بستگی دارد.

طول موج پرتوهای پراشیده شده از رابطه زیر بدست می آید.

که در رابطه فوق n مرتبه پراش، a فاصله بین خطوط توری می باشد.

توریی که در این آزمایش بکار می رود 5700 خط در سانتیمتر دارد بنابراین می شود.

زاویه پراش است که با توجه به شکل برابر است با: طول موج مورد نظر است که بایستی محاسبه گردد.

شرح آزمایش: دستگاه را مطابق شکل زیر سوار کنید سپس لامپ هیدروژن را در محل خود قرار دهید و با بکار بردن یک تراز مطمئن شوید خط کش مدرج کاملاً افقی است سپس با روشن کردن منبع ولتاژ لامپ هیدروژن را روشن کنید دقت کنید که چون این منبع ولتاژ حدود 7000 ولت برق تولید می کند از دست زدن به سیم های لخت و محل اتصال سیم ها با لامپ خودداری نمائید.

موقعیت توری نسبت به لامپ را طوری تنظیم کنید که خطوط طیف را به وضوح ببینید در این حال می بایست لامپ کاملاً قائم قرار گیرد.

با اندازه گیری فاصله توری از لامپ و میزان انحراف هر یک از خطوط طیف و با داشتن ثابت توری می توانید طول موج خطوط را حساب کنید.با داشتن این طول موجهای و با استفاده از رابطه ریدبرگ میتوانید ثابت رید برگ را حساب کنید.

آزمایش فرانک-هرتز: گزیده ای از جیمز فرانک: جیمز فرانک متولّد 26 اوت 1882 در هامبورگ به دنیا آمد و در 21مه 1964 در گذشت،وی یک فیزیکدان آمریکایی بود او و همکارش گستاو هرتز در سال 1925 به خاطر کشف قوانین برخورد الکترونها به اتم مفتخر به دریافت جایزه نوبل شدند.

او تحصیلاتش را در رشته شیمی در دانشگاه هاید برگ آغاز کرد اما سپس به فیزیک تغییر رشته داد ودر دانشگاه برلین در سال 1960 از تز دکترایش دفاع کرد و دکترا گرفت.

در خلال جنگ جهانی اول در دلنشگاه گوتینگن کرسی درس فیزیک را در اختیار داشت او سالها بعد در پی سیاست های ضد یهودی نازی ها آلمان را ترک گفت به ایالات متحده مهاجرت کرد او از جمله دانشمندانی بود که در طرح های اتمی آمریکا شرکت داشتند وی به دولت آمریکا پیشنهاد کرد قبل از فروانداختن بمب ها در ژاپن آنها در صحرایی به معرض آزمایش بگذارند این گزارش بعدها گزارش فرانک نامیده شد.

آزمایش فرانک - هرتز : بر اساس نظریه مکانیک کوانتومی می‌دانیم که دستگاههای اتمی مانند اتم هیدروژن کوانتیده‌اند و انرژی‌های مجاز گسسته‌اند بنابراین یک فوتون با انرژی h) hv ثابت پلانک و v فرکانس نور است) تنها در صورتی می تواند توسط اتم جذب شود که انرژی آن با اختلاف انرژی بین دو حالت مجاز در ساختمان اتم برابر باشد.

ممکن است این سوال در ذهن ایجاد شود که آیا می‌توان انرژی یک دستگاه کوانتیده را از طریق برخورد با ذرات دیگر، مانند الکترون نیز تغییر داد.

آزمایش فرانک - هرتز در مقام پاسخ گفتن به این سوال طراحی و اجرا شده است.

تاریخچه برای نخستین بار در سال 1914 آزمایش فرانک و هرتز نشان داد که بر انگیختگی انتها توسط بمباران ذره‌ای امکان‌پذیر است و کوانتش انرژی بر این فرآیند نیز حاکم است.

آزمایش فرانک هرتز در مورد اتم هیدروژن : فرض کنید اتمهای هیدروژن ، در حالت پایه ، توسط یک باریکه انرژی از الکترونهایی که انرژی جنبشی آنها از 10.2 الکترون ولت (انرژی برانگیختگی اولین حالت برانگیخته هیدروژن) کمتر است بمباران شوند.

چون اتم هیدروژن در حالت پایه نمی‌تواند انرژی خود را کمتر از این تعداد افزیش دهد الکترونها با اتمهای هیدروژن بطور کاملا کشسان برخورد می‌کنند (برخورد کشسان) و انرژی جنبشی کل ذرات خروجی در این برخورد، با انرژی جنبشی کل ذرات ورودی کاملا برابر است.

از طرف دیگر، الکترونهای تک انرژی که انرژی جنبشی آنها دقیقا برابر با 10.2 الکترون ولت است با اتمهای هیدروژن در حالت پایه برخورد می‌کنند و این برخورد می‌تواند غیر کشسان باشد.

در این حالت با تبدیل انرژی جنبشی اولیه الکترون به انرژی داخلی اتم هیدروژن ، این اتم یک گذار به ترازهای بالا ، از حالت پایه به اولین حالت برانگیخته ، انجام می‌دهد.

اتمهایی که به این طریق به یک حالت برانگیخته می‌رسند پس از آن می‌توانند با گسیل یک فوتون با انرژی 10.2 الکترون ولت ، به حالت پایه واپاشیده شوند.

اگر الکترونهای بمباران کننده دارای انرژی جنبشی بیشتر از 10.2 الکترون ولت باشند، نیز برخورد کشسان خواهد بود، فقط مقدار 10.2 الکترون ولت به انرژی داخلی برانگیختگی اتم تبدیل خواهد شد.

انرژی جنبشی باقیمانده به صورت انژی جنبشی الکترون خروجی ظاهر می‌شود.

با افزایش باز هم بیشتر انرژی ذرات بمباران کننده ، اتمها می‌توانند به دومین حالت برانگیخته و به حالتهای بالاتر برسند.

در هر کدام از این برخوردهای غیر کشسان ، اتم فقط آن انرژی را که باعث گذار از یک تراز انرژی کوانتیده به تراز بالاتر خواهد شد، جذب می‌کند و مازاد انرژی بصورت انرژی جنبشی الکترون خروجی خواهد بود.

آزمایش فرانک - هرتز با بخار جیوه : در آزمایش اولیه فرانک - هرتز الکترونها وادار به برخورد با اتمهای بخار جیوه شدند، طول موج تابش متناظر با گذار بین حالت پایه و اولین حالت برانگیخته جیوه برابر 2536 آنگستروم است.

انرژی معادل با آن برابر با 21.88 الکترون ولت است.

فرانک و هرتز دریافتند که الکترونهایی با این حداقل انرژی جنبشی برای تولید برانگیختگی در اتمهای جیوه مورد نیاز هستند.

این مطلب از این حقیقت استنباط شد که وقتی انرژی الکترونها از 4.88 الکترون ولت کمتر بود، برخوردها کاملا کشسان بودند، ولی وقتی که انرژی آنها بیشتر بود تعدادی برخورد غیر کشسان رخ می‌داد.

در همان زمان معلوم شد که اگر ، و فقط اگر ، الکترونهایی با حداقل انرژی برانگیختگی 4.88 الکترون ولت با اتمهای جیوه برخورد کنند، اتمهای جیوه تابش 2536 آنگسترومی گسیل می‌کنند.

اهمیت تاریخی آزمایش فرانک - هرتز : اهمیت تاریخی آزمایش فرانک - هرتز در این است که ، این آزمایش نشان داد که دستگاههای اتمی کوانتیده‌اند و این موضوع ، نه فقط در جذب و گسیل فوتون ، بلکه در بمباران ذره‌ای نیز نمایان شد.

در عمل می‌توان برخوردهای غیر کشسان الکترونها را از طریق اندازه گیری جریان الکتریکی ناشی از حرکت الکترونها در یک گاز مولکولی مشاهده کرد.

روشهای دیگر برای آزمایش فرانک - هرتز : روش ساده‌تر و متداولتری برای انگیختن اتمها توسط فرانک - هرتز پیشنهاد شد.

در این روش از تخلیه الکتریکی توسط یک میدان الکتریکی خارجی استفاده می‌شود که در آن الکترونها و یونها شتاب می‌گیرند و انرژی جنبشی خیلی بالا کسب می‌کنند.

این روش در عمل ، با اعمال یک اختلاف پتانسیل الکتریکی بین دو الکترود واقع در یک اتاقک شیشه‌ای محتوی گاز انجام می‌شود.

از اینرو با برانگیختگی گرمایی و برانگیختگی الکتریکی طیفهای گسیلی تولید می‌شود.

منابع دانشنامه رشد کتاب فیزیک جدید نوشته ریچارد وایدنر ترجمه دکتر بهار کتاب فیزیک پایه نوشته فرانک ج .

بلت ترجمه مهران اخباریفر سایت های: www.hupaa.com www.wiki pedia.com www.auto IR.com