Atoma uzbūve (fizika 12.kl.)

1. Atoma uzbūve.
Enerģijas emisija un
absorbcija.
P. Puķītis. Fizika 12. klasei: 98.-112. lpp.

2. Sasniedzamie rezultāti
• Izskaidro atoma un atoma kodola uzbūvi. Izskaidro atoma
kodola īpašības, izmantojot protonu– neitronu modeli.
• Skaidro emisijas un absorbcijas spektru atšķirības, rašanās
veidus un izmantošanu.
• Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina: fotona
enerģiju, fotoefekta sarkano robežu, starojuma viļņa
garumu un frekvenci.
• Lieto fizikālo lielumu apzīmējumus, SI mērvienības un tās
saista ar ārpussistēmas mērvienībām. Lieto skaitļa
normālformu un decimālos daudzkārtņus.

3. Atoma uzbūve
• Negatīvi lādēts elektronu
apvalks
• Pozitīvi lādēts kodols, kura
lādiņš q = Ze
Z – ķīmiskā elementa atomnumurs
e – elementārlādiņš (1,6·10-19
C)
http://www.uzdevumi.lv/p/k

4. Elektroni atomā
• Kodols lādēts pozitīvi, apvalks – negatīvi; Kulona
spēks notur elektronus apvalkā, piešķirot tiem
potenciālo enerģiju Wp.
• Elektronam apvalkā piemīt konkrētas (diskrētas)
potenciālās enerģijas Wpvērtības – enerģijas līmeņi
un apakšlīmeņi (kvantu īpašība)
• Atomam difrakcijas rezultātā nav konkrētas
trajektorijas (viļņu īpašība)

5. Elektronu mākonis
• Elektronu stāvokli raksturo ar
“elektronu mākoņa” modeli:
– tā kā elektrona lādiņš nav
dalāms, nav dalāms mākonis,
– mainoties elektrona stāvoklim
atomā, mainās mākonis
– neviendabīgs blīvums; lielākais
blīvums norāda lielāku
elektrona atrašanās varbūtību.
http://makeagif.com/P04a4V

6. Elektronu orbitāle
• Elektrona orbitāle – atoma
telpas daļa, kurā ar 90%
varbūtību atrodas elektrons
• Virzienos, kuros elektronu
mākoņa blīvums pieaug, ir
lielāka varbūtība veidoties
ķīmiskajai saitei starp atomiem
http://giphy.com/gifs/che

7. Atoma enerģijas līmeņi
• Elektronu potenciālās
enerģijas diskrētās vērtības
sauc par enerģijas līmeņiem
• Līmeņus sanumurē, lietojot
galveno kvantu skaitli n
• Enerģijas vērtība, kas atbilst
galvenajam kvantu skaitlim
n = 1, ir mazākā iespējamā, tad
atoms ir pamatstāvoklī
Ūdeņraža atoma
elektronu līmeņu
diagramma

8. Atoma enerģijas līmeņi
• Atoma stāvokļi, kas atbilst
kvantu skaitļiem n = 2; 3; 4...,
ir atoma ierosinātie stāvokļi
(lai tajos nonāktu, atomam
jāsaņem enerģija)
• Ierosinātais stāvoklis ir
nestabils, elektrons ātri
atgriežas zemākos līmeņos
Ūdeņraža atoma
elektronu līmeņu
diagramma

9. Elektrona pāreja no viena enerģijas
līmeņa uz citu (kvantu pāreja)
• Ja elektrons pāriet no
augstāka līmeņa uz
zemāku, tas enerģijas
starpību ΔW = W4 – W2
izstaro jeb emitē kā
gaismas porciju jeb kvantu
(redzamajai gaismai –
foronu)
http://giphy.com/gifs/refraction-r6

10. Gaismas kvantu (fotonu) raksturo
enerģija E, kas ir atkarīga no
– Planka konstantes h = 6,63∙10-34
J∙s
– gaismas frekvences ν [nī]
• gaismas frekvenci var izteikt kā ν = c/λ, kur c = 3∙108
m/s,
bet λ – viļņa garums (nosakot viļņa garumu, var noteikt
izstarotās gaismas krāsu
http://www.dzm.lu.lv/fiz/f_www/F_formulas.pdf

11. Elektrona pāreja no viena enerģijas
līmeņa uz citu (kvantu pāreja)
• Lai elektrons pārietu no zemāka
līmeņa uz augstāku (ierosinātā
stāvoklī), tam jāsaņem no
ārpuses (jāabsorbē) enerģijas
porciju ΔW
• Ja saņemtā enerģija atbilst n = 1,
atoms nonāk stāvoklī n = ∞; tad
atoms ir jonizēts (kodols
neiedarbojas uz elektronu)
http://giphy.com/gifs/refraction-r6

12. Spontānais un inducētais starojums
• Ja atoms atrodas ierosinātā stāvoklī ar
enerģiju W2, tas var spontāni pāriet
pamatstāvoklī ar enerģiju W1, izstarojot fotonu
ar enerģiju hν=W2-W1
– notiek nesaskaņoti,
– emitēto viļņu fāzes nesakrīt,
– gaismas polarizācijas virzieni nesakrīt,
– starojums nav koherents

13. Spontānais un inducētais starojums
• Ja uz atomu notiek ārēja iedarbība, piemēram,
vielai cauri iet gaismas fotons ar enerģiju hν=W2-
W1, atoms tiek piespiests no ierosināta stāvokļa
W2pāriet pamatstāvoklī, radot papildus fotonu ar
enerģiju hν=W2-W1
– visiem fotoniem vienāda enerģija (starojums
monohromatisks),
– emitēto viļņu fāzes sakrīt,
– gaismas polarizācijas virzieni sakrīt,
– starojums ir koherents (piem., lāzers)http://how-does-things-work.blogspot.com/2010/02/working-of-hologram.html

14. Ārējais fotoefekts
• Ārējais fotoefekts ir
brīvo elektronu emisija
no materiāla, ja tas
absorbē gaismas
kvantus
• Ja fotona enerģija hv ir
lielāka vai vienāda ar
elektrona izejas darbu,
tad elektrons var iziet
no katoda hv ≥ A
http://makeagif.com/FU7Kz5

15. Elektrona izejas darba mērvienības
• Darba SI mērvienība ir džouls (J) – jālieto
uzdevumos.
• Elektrona darbu var izteikt elektronvoltos:

16. Vakuuma fotoelements
• Ja elektronam pēc
izlidošanas no katoda ir
pietiekami liels ātrums,
tad bez ārēja
sprieguma tas var
nonākt līdz anodam –
caur miliampērmetru
plūst strāva.
https://en.wikipedia.org/wiki/Phototube

17. Fotoefekta sarkanā robeža
• Minimālo gaismas frekvenci ν0 vai maksimālo
viļņa garumu λ0, kura var izraisīt fotoefektu,
sauc par fotoefekta sarkano robežu
hν0= A h = A
• Kvantu iznākums – attiecība starp absorbēto
un iznākušo elektronu skaitu
(0,2 – absorbēti 5 elektroni, iznācis 1).
c
λ0

18. Enerģijas saglabāšanās likums
• Einšteina vienādojums fotoefektam: Ja brīvais
elektrons absorbē lielāku enerģiju hv nekā ir izejas
darbs A, no metāla virsmas iznākošajam
elektronam atliek kinētiskā enerģija Wk (Ek)
• Jo tuvāk virsmai elektrons, jo lielāka ir tā kinētiskā
enerģija
http://www.dzm.lu.lv/fiz/f_www/F_formulas.pdf

19. Fotoelementa voltampērraksturlīkne
• UA – aiztures spriegums
(izstarotie elektroni tiek
bremzēti)
• Ja U = 0, elektroni rada strāvu
• Sātstrāva I0 (pie sprieguma U0 visi
no katoda emitētie fotoelektroni
nonāk līdz anodam)
• I0 nemainās, palielinot
spriegumu, ir atkarīga no gaismas
plūsmas

20. P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 108. lpp.
A = 2 eV =
W = ?
U = 1,5 V
Uz fotoelementa katodu, kura elektrona izejas darbs ir 2 eV, krīt
starojums. Starojuma izsistos elektronus, kuriem ir maksimālā
kinētiskā enerģija, var nobremzēt ar 1,5 V spriegumu.
A. Noteikt uz katodu krītošā starojuma fotonu enerģiju W.
W = WkA +
= 3,2 ∙ 10-19
J
W = 3,2∙10-19
+ 1,6∙10-19
∙1,5=
Wk = eU
e = 1,6∙10-19
J
=5,6∙10-19
J

21. P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 108. lpp.
A = 2 eV =
λ = ? ν = ?
U = 1,5 V
Uz fotoelementa katodu, kura elektrona izejas darbs ir 2 eV, krīt
starojums. Starojuma izsistos elektronus, kuriem ir maksimālā
kinētiskā enerģija, var nobremzēt ar 1,5 V spriegumu.
B. Noteikt uz katodu krītošā starojuma viļņu garumu λ un
frekvenci ν.
W =hν
= 3,2 ∙ 10-19
J
e = 1,6∙10-19
J
ν =
5,6∙10-19
6,63 ∙ 10-34
=
W = 5,6∙10-19
J
W
ν =
h 8,4∙1014
Hz=
c
λ =
ν λ =
3∙108
8,4 ∙ 1014 =
3,57∙10-7
m=

22. P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 108. lpp.
Uz fotoelementa katodu, kura elektrona izejas darbs ir 2 eV, krīt
starojums. Starojuma izsistos elektronus, kuriem ir maksimālā
kinētiskā enerģija, var nobremzēt ar 1,5 V spriegumu.
C. Noteikt uz katodu krītošā starojuma veidu.
λ = 3,57∙10-7
m Ultravioletais starojums

23. P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 108. lpp.
A = 2 eV =
λ0 = ?
Uz fotoelementa katodu, kura elektrona izejas darbs ir 2 eV, krīt
starojums. Starojuma izsistos elektronus, kuriem ir maksimālā
kinētiskā enerģija, var nobremzēt ar 1,5 V spriegumu.
D. Noteikt katoda fotoefekta sarkanajai robežai atbilstošo
viļņu garumu λ0.
= 3,2 ∙ 10-19
J
hc
λ0=
A
6,2∙10-7
m=
λ0 =
6,6∙10-34
∙ 3∙108
3,2 ∙ 10-19
=

24. P.Puķītis. Fizika 12. klasei. 108. lpp.
Uz fotoelementa katodu, kura elektrona izejas darbs ir 2 eV, krīt
starojums. Starojuma izsistos elektronus, kuriem ir maksimālā
kinētiskā enerģija, var nobremzēt ar 1,5 V spriegumu.
E. Noskaidrot, vai redzamā gaisma var izraisīt fotoefektu
fotoelementa kodolā.
λ0 =6,2∙10-7
m
Var!
= 620∙10-9
m = 620 nm

25. Emisijas spektri
• Ja sakarsēta ķermeņa izstarotā (emitētā) gaisma
iet caur spektrālaparātu, iegūst starojuma
sadalījumu pa viļņu garumiem – emisijas spektru.

26. Ūdeņraža emisijas spektrs
• Katram ierosināta atoma
enerģijas līmenim atbilst noteikta
izstaroto fotonu enerģija, kas
atbilst konkrētai gaismai.
• Cik redzamās gaismas diapazonos
tiek izstaroti fotoni, tik līnijas
redzamas emisijas spektrā.
• Katram elementam ir savs
raksturīgs spektrs

27. Absorbcijas spektrs
• Absorbcijas spektru novēro, kad gaisma iet
cauri vielai
• Elementam raksturīgie gaismas fotoni tiek
absorbēti, redzamas tumšas joslas uz
nepārtrauktā spektra fona.
• Spektrālanalīze – var noteikt, no kādiem
elementiem sastāv paraugs, kāda ir vielu
koncentrācija

28. Uzdevums (MG 1./112.) : uzzīmēt emisijas
līnijspektram atbilstošo absorbcijas spektru.

29. Sasniedzamie rezultāti
• Izskaidro atoma un atoma kodola uzbūvi. Izskaidro atoma
kodola īpašības, izmantojot protonu– neitronu modeli.
• Skaidro emisijas un absorbcijas spektru atšķirības, rašanās
veidus un izmantošanu.
• Izmantojot funkcionālās sakarības, aprēķina: fotona
enerģiju, fotoefekta sarkano robežu, starojuma viļņa
garumu un frekvenci.
• Lieto fizikālo lielumu apzīmējumus, SI mērvienības un tās
saista ar ārpussistēmas mērvienībām. Lieto skaitļa
normālformu un decimālos daudzkārtņus.

30. Papildus informācijas avoti:
• Video (lāzeri) :
http://profizgl.lu.lv/pluginfile.php/32413/mod_resource/content/0/jharja/videofaili/abreviatura2.mp4
• https://www.fizmix.lv/fiztemas/atoms-un-atoma-kodols-10/atoma-uzbuve
• http://www.dzm.lu.lv/fiz/IT/F_12/default.aspx@tabid=3&id=410.html#navtop%20%20%20
• https://www.fizmix.lv/fiztemas/atoms-un-atoma-kodols-10/energijas-emisija-un-absorbcija
• http://www.uzdevumi.lv/p/fizika/12-klase/atoms-un-atoma-kodols-3335
• Атомная физика https://interneturok.ru/physics/11-klass
Materiāli krievu valodā:

31. JAUTĀJUMI?