Вопрос школьника
При облучении атом водорода перешел из первого энергетического состояния в третье. При возвращении в исходное состояние он сначала перешел из третьего во второе, а затем из второго в первое. Сравнить энергии фотонов, поглощенных и излученных атомом
Ответ от учителя
При переходе атома водорода из первого энергетического состояния в третье, он поглощает фотон с определенной энергией, которая соответствует разнице энергий между этими состояниями. Энергия фотона, поглощенного атомом, равна разности энергий между первым и третьим состояниями атома водорода.
При возвращении атома водорода в исходное состояние он излучает два фотона. Сначала атом переходит из третьего состояния во второе, излучая фотон с энергией, равной разности энергий между третьим и вторым состояниями. Затем атом переходит из второго состояния в первое, излучая фотон с энергией, равной разности энергий между вторым и первым состояниями.
Таким образом, энергия первого фотона, поглощенного атомом, равна разности энергий между первым и третьим состояниями атома, а энергии двух фотонов, излученных атомом, равны разностям энергий между третьим и вторым, и между вторым и первым состояниями атома.
Из закона сохранения энергии следует, что энергия поглощенного фотона должна быть равна сумме энергий излученных фотонов. Таким образом, энергия первого фотона, поглощенного атомом, должна быть равна сумме энергий двух фотонов, излученных атомом при возвращении в исходное состояние.
Можно выразить энергии фотонов через частоты света, используя формулу Эйнштейна E = hν, где E — энергия фотона, h — постоянная Планка, ν — частота света.
Таким образом, энергия первого фотона, поглощенного атомом, равна hν13, где ν13 — частота света, соответствующая разности энергий между первым и третьим состояниями атома.
Энергия первого излученного фотона равна hν32, где ν32 — частота света, соответствующая разности энергий между третьим и вторым состояниями атома.
Энергия второго излученного фотона равна hν21, где ν21 — частота света, соответствующая разности энергий между вторым и первым состояниями атома.
Из закона сохранения энергии следует, что hν13 = hν32 + hν21. Таким образом, энергия поглощенного фотона равна сумме энергий излученных фотонов:
hν13 = hν32 + hν21
Или, выражая частоты света через энергии:
E13 = E32 + E21
Таким образом, энергия поглощенного фотона равна сумме энергий излученных фотонов, что соответствует закону сохранения энергии.
