1. Відображено перетворення даного атома з одного енергетичного стану в інший на діаграмі енергетичних рівнів (рис.1

Milana

26

Задача 1:
На диаграмме энергетических уровней, изображенной на рисунке 1, показано превращение данного атома из одного энергетического состояния в другое. В процессе каких явлений атом излучает фотон и поглощает фотон?

Чтобы понять, какие процессы сопровождаются излучением и поглощением фотона, обратимся к правилу Кирхгофа, которое утверждает, что атом может поглощать и излучать фотоны только в тех случаях, когда энергия фотона соответствует разности энергий между двумя энергетическими состояниями атома.

Из рисунка видно, что атом переходит из более высокого энергетического состояния в более низкое, т.е. энергия атома уменьшается. Поэтому, при переходе атома с более высокого энергетического уровня на более низкий, атом излучает фотон. На диаграмме это изображено стрелкой вниз, обозначающей излучение.

С другой стороны, при переходе атома с более низкого энергетического уровня на более высокий, атом поглощает фотон. Это изображено стрелкой вверх, обозначающей поглощение, на диаграмме.

Итак, на диаграмме энергетических уровней атом излучает фотон при переходе с более высокого уровня на более низкий и поглощает фотон при переходе с более низкого уровня на более высокий.

Задача 2:
Во время какого перехода атома (рис.1) он приобретает наибольшую частоту излученного или поглощенного им фотона? При каком превращении имеет наибольшую длину волны?

Частота связана с энергией фотона, и можно определить ее, используя формулу \(E = h \cdot f\), где \(E\) - энергия фотона, \(h\) - постоянная Планка, \(f\) - частота.

Согласно этой формуле, энергия фотона пропорциональна его частоте. Следовательно, переход, при котором атом приобретает наибольшую частоту фотона, будет соответствовать переходу с наибольшей разностью энергий между энергетическими уровнями.

Согласно рисунку 1, можно заметить, что переход с наибольшей разностью энергий происходит между наиболее удаленными уровнями атома. Таким образом, при переходе между этими уровнями атом будет излучать или поглощать фотон с наибольшей частотой.

В отношении длины волны, можно использовать формулу для определения длины волны фотона: \(\lambda = \frac{c}{f}\), где \(\lambda\) - длина волны, \(c\) - скорость света, \(f\) - частота.

Исходя из этой формулы, переход, при котором атом имеет наибольшую длину волны фотона, будет соответствовать переходу с наименьшей разностью энергий между энергетическими уровнями.

Следовательно, на диаграмме 1 переход между энергетическими уровнями с наибольшей разностью энергий соответствует наибольшей частоте фотона и наименьшей длине волны.

Задача 3:
При превращении атомов ртути в основное состояние излучаются фотоны с энергией 4,5 эВ. Какова длина волны этого излучения?

Для определения длины волны фотона с известной энергией, можно использовать формулу, которая связывает энергию фотона с его частотой: \(E = h \cdot f\), где \(E\) - энергия фотона, \(h\) - постоянная Планка, \(f\) - частота.

Также можно использовать формулу, связывающую частоту и длину волны фотона: \(f = \frac{c}{\lambda}\), где \(f\) - частота, \(c\) - скорость света, \(\lambda\) - длина волны.

Объединяя эти две формулы, можно определить длину волны фотона:

\[\lambda = \frac{c}{f} = \frac{c}{\frac{E}{h}} = \frac{c \cdot h}{E}\]

В данном случае, известно, что энергия фотона равна 4,5 эВ. Необходимо перевести эту энергию в джоули, так как формула требует использования единиц измерения СИ:

1 эВ = 1,6 \times 10^{-19} Дж

Теперь можно вычислить значение длины волны:

\[\lambda = \frac{3 \times 10^8\, м/с \cdot 6,63 \times 10^{-34}\, Дж \cdot с}{4,5 \times 1,6 \times 10^{-19}\, Дж} = \frac{1,989}{4,5} \times 10^{-7}\, м = 4,42 \times 10^{-7}\, м\]

Таким образом, длина волны излучения в процессе превращения атомов ртути в основное состояние составляет 4,42 \times 10^{-7} м, или 442 нм.