Квантовые постулаты Бора

Слайд 1. Квантовые постулаты Бора

Модель атома водорода и переход к новой физике микромира

Слайд 2. Кризис классической физики

В начале XX века планетарная модель атома столкнулась с проблемой: по законам классической электродинамики электрон, двигаясь с ускорением, должен непрерывно излучать энергию и упасть на ядро за миллиардные доли секунды. Однако атомы стабильны. В 1913 году Нильс Бор предложил выход из этого тупика, введя квантовые условия.

Слайд 3. Первый постулат Бора

— Атом может находиться только в особых стационарных состояниях.

— Каждому состоянию соответствует определённая энергия $E_n$.

— Находясь в стационарном состоянии, атом НЕ излучает и НЕ поглощает энергию.

— Электроны движутся по «разрешённым» орбитам без потери энергии.

Слайд 4. Второй постулат: Правило частот

Излучение или поглощение энергии происходит только при переходе атома из одного стационарного состояния в другое. Энергия излученного или поглощенного фотона равна разности энергий уровней: $h\nu =|E_k-E_n|$, где $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота излучения.

Слайд 5. Поглощение и излучение

Происходит при переходе электрона с ВЫСШЕГО энергетического уровня ($E_k$) на НИЗШИЙ ($E_n$). Лишняя энергия уходит в виде кванта света.

Происходит при переходе с НИЗШЕГО уровня на ВЫСШИЙ. Атом поглощает энергию внешнего кванта, и электрон «перепрыгивает» выше.

Слайд 6. Энергетические уровни атома водорода

Энергия электрона в атоме считается отрицательной ($E_n<0$), так как за ноль принята энергия свободного покоящегося электрона. Чтобы «вырвать» его из атома, нужно совершить работу против сил притяжения ядра.

• **Основное состояние ($n=1$):** Самый низкий уровень с минимальной энергией. Атом здесь максимально стабилен.

• **Возбужденные состояния ($n>1$):** Электрон переходит на них, поглощая энергию.

• Пример перехода: При переходе с $n=3$ на $n=2$ излучается фотон с энергией $h\nu =E_3-E_2$. В спектре водорода это соответствует красной линии Бальмера.

Вопрос для обсуждения: Почему с ростом номера орбиты $n$ энергетические уровни располагаются всё теснее друг к другу, стремясь к пределу $E=0$?

Слайд 7. Успех модели: Спектр водорода

Теория Бора блестяще объяснила линейчатые спектры:

— Серия Лаймана: переходы на уровень $n=1$ (ультрафиолет).

— Серия Бальмера: переходы на уровень $n=2$ (видимый свет).

— Серия Пашена: переходы на уровень $n=3$ (инфракрасное излучение).

Слайд 8. Значение модели Бора

Впервые была введена идея дискретности (порционности) энергии внутри атома.

Дала точное математическое описание спектральных линий простейшего атома.

Не смогла описать спектры сложных атомов (гелия и далее) и интенсивность линий.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Почему постулаты Бора называют «полуклассическими»?

Что произойдёт с электроном, если сообщить ему энергию больше $13.6$ эВ?

Почему мы не видим квантовых скачков у макроскопических объектов (например, у мяча)?

В чём главное противоречие между первым постулатом и классической физикой?

Слайд 10. Итоги темы

Атом может находиться только в стационарных состояниях с энергией $E_n$.

В стационарных состояниях энергия не излучается.

Излучение и поглощение света происходит только при квантовых переходах между уровнями.

Энергия фотона равна разности энергий уровней: $\Delta E=h\nu$.

Модель Бора стала фундаментом для современной квантовой механики.