Wróć do informacji o e-podręczniku Wydrukuj Pobierz materiał do PDF Pobierz materiał do EPUB Pobierz materiał do MOBI Zaloguj się, aby dodać do ulubionych Zaloguj się, aby skopiować i edytować materiał Zaloguj się, aby udostępnić materiał Zaloguj się, aby dodać całą stronę do teczki

Na czym polega stan podstawowy atomu?

Polecenie 1

Obejrzyj animację, która wyjaśnia czym jest stan podstawowy atomu. Zwróć uwagę, w jaki sposób obliczyć energię fotonu emitowanego przez atom podczas przejścia elektronu do niższego poziomu energetycznego.

R3XWosPYPiYRL
Opis animacji.
Na ciemnym polu pojawia się wiele trójwymiarowych szarych i półprzezroczystych sześcianów, w których widoczne są dwa kolejne nieco jaśniejsze, przy czym najbardziej środkowe są prawie białe. Zbiegają się one i po chwili tworzą jeden biały mały, jasny sześcian na czarnym tle, po prawej stornie ekranu w połowie jego wysokości. Obok, po prawej stronie, pojawia się biały napis na czym polega stan podstawowy atomu? Na czarnym ekranie po lewej stronie widoczna jest pionowa oś narysowana w postaci białej strzałki skierowanej ku górze. Oś podpisana jest jako energia wyrażona w elektronowoltach i oznaczona jako wielka litera E i w nawiasie kwadratowym mała litera e i wielka litera V. W górnej części osi tuż pod grotem strzałki widoczna jest pozioma , biała, ciągła linia zaczynająca się na osi i biegnąca w prawą stronę, która z lewej stronie oznaczona jest jako zero. Nieco poniżej widoczne są dwie poziome, białe, przerywane linie, które zaczynają się na osi i również biegną w prawą stronę. Poniżej przerywanych linii widoczne są kolejne białe i ciągłe linie zaczynające się na osi i biegnące w prawą stronę. Linie rozmieszczone są w pionie proporcjonalnie do wartości na osi. Oznaczone są one z lewej strony wartościami na osi kolejno od góry: minus zero i pięćdziesiąt cztery setne, minus zero i osiemdziesiąt pięć setnych, minus jeden i pół, minus trzy i cztery dziesiąte, minus trzynaście i sześć dziesiątych. Z prawej strony białe ciągłe linie opisane są od tej, przy której widoczna jest cyfra minus zero i pięćdziesiąt cztery setne począwszy i w dół, jako mała litera n równa się pięć, mała litera n równa się cztery, mała litera n równa się trzy, mała litera n równa się dwa i najniższa jako mała litera n równa się jeden. Oznaczenia małymi literami n oznaczają poziomy wzbudzenia atomu wodoru. Po prawej stronie ekranu widoczny jest biały napis atom wodoru w stanie podstawowym. Temu stanowi odpowiada atom, którego energia elektronu poruszającego się po orbicie jądra jest równa minus trzynaście i sześć dziesiątych elektronowolta. W pewnej chwili na ekranie z prawej strony osi, nieco poniżej połowy jego wysokości pojawia się pozioma, żółta, pofalowana linia z grotem skierowanym w lewą stronę ku osi. Symbolizuje ona foton padający na elektron krążący po orbicie wokół jądra atomu wodoru. Po prawej strony falki pojawia się wzór opisujący energię padającego fotonu wielka litera E z indeksem dolnym mała litera f, jako różnicę pomiędzy energią stanu wzbudzonego mała litera n równą minus jeden i pół elektronowolta i energią stanu podstawowego mała litera n równe minus trzynaście i sześć dziesiątych elektronowolta. Energia fotonu padającego na elektron jest równa dwanaście i jedna dziesiąta elektronowolta. Jednocześnie na po prawej strony osi energii pojawia się niebieska, pionowa strzałka skierowana ku górze, która zaczyna się na białej linii opisanej jako stan podstawowy i kończąca na białej, poziomej linii odzwierciedlającej stan wzbudzenia atomu mała litera n równe trzy. Obrazuje to zmianę energii elektronu w atomie wodoru i wzbudzenie go z poziomu podstawowego do trzeciego poziomu stanu wzbudzenia. Po chwili niebieska strzałka znika wraz z falką obrazującą foton i wzorem opisującym jego energię. Zamiast tego na wysokości pomiędzy białymi liniami obrazującymi drugi i trzeci stan wzbudzenia pojawia się taka sama pofalowana linia, ale tym razem jej grot skierowany jest w prawą stronę i odzwierciedla foton wyemitowany przez atom. Foton emitowany jest przy przejściu elektronu ze stany oznaczonego jako wyższy do niższego. Po prawej stronie falki pojawia się wzór opisujący energię wyemitowanego fotony jako różnicę energii pomiędzy poziomami wzbudzenia trzecim i drugim. Energi wyemitowanego fotonu wielka litera E z indeksem dolnym mała litera f jest równa minus jeden i pół elektronowolta odjąć minus trzy i cztery dziesiąte elektronowolta, co jest równe jeden i dziewięć dziesiątych elektronowolta. Obok osi energii, po prawej stronie od niej ponownie pojawia się niebieska, pionowa strzałka tym razem skierowana w dół. Początek strzałki znajduje się na białej linii opisanej, jako trzeci stan wzbudzenia i kończąca na białej, poziomej linii odzwierciedlającej stan wzbudzenia atomu mała litera n równe dwa. Obrazuje to utratę energii elektronu. Po chwili niebieska linia znika wraz z falką ilustrującą wyemitowany foton i worem opisującym jego energię. Pojawia się kolejna taka sama pofalowana linia, skierowana w prawo ale tym razem nieco niżej. Obok niej widoczny jest nowy wzór opisujący energię wyemitowaną przez atom przy przejściu elektronu ze stanu wzbudzenia mała litera n równe dwa do poziomu podstawowego mała litera n równe jeden. Energia tego fotonu wielka litera E z indeksem dolnym mała litera f jest równa, jest równa minus trzy i cztery dziesiąte elektronowolta odjąć minus trzynaście i sześć dziesiątych elektronowolta, co jest równe dziesięć i dwie dziesiąte elektronowolta. Obok osi energii, po prawej stronie od niej ponownie pojawia się niebieska, pionowa strzałka skierowana w dół. Początek strzałki znajduje się na białej linii opisanej, jako drugi poziom stanu wzbudzenia i kończąca na białej, poziomej linii odzwierciedlającej stan podstawowy atomu mała litera n równe jeden Obrazuje to utratę energii elektronu, przy przejściu do podstawowego poziomu energetycznego. Pamiętajmy, że jedynie stan podstawowy atomu jest stanem stabilnym. W każdym innym stanie atom dąży do utraty energii elektronu i powrotu do stanu podstawowego. Wynika to z zasady minimalizacji energii. Po chwili ekran staje się czarny. Pojawia się na nim centralnie umiejscowione zielone drzewo z widocznym jednym czerwonym jabłkiem wiszącym na jednej z gałęzi. Jabłko powoli zaczyna spadać zatrzymując się na kolejnych gałęziach. Obrazuje to stopniową utratę jego energii potencjalnej. Po chwili jabłko spada na ziemię pod drzewem i ma energię potencjalną najmniejszą z możliwych. Odzwierciedla to stan podstawowy elektronu na orbicie jądra atomowego. Na białym tle widoczny jest niebieski i umieszczony centralnie napis Fizyka dziewięćset pięćdziesiąt kapsułek. Poniżej widoczne są trzy loga. W lewym dolnym rogu ekranu logo wydziału fizyki politechniki warszawskiej zawierające czarny kontur falistego kształtu otoczony czarnym prostokątem oraz czarny napis Wydział Fizyki Politechnika Warszawska. Na środku ekranu na dole znajduje się logo zawierające niebieski trapez o pionowych podstawach na tle którego widać trzy gwiazdki: białą, żółta i czerwoną. Obok znajduje sina Czarny napis Fundusze Europejskie Wiedza Edukacja Rozwój. W prawym dolnym rogu znajduje się Czarny napis Unia Europejska po której prawej stronie widoczna jest flaga Unii Europejskiej.
Polecenie 2

Atom może też bezpośrednio przejść ze stanu wzbudzonego o głównej liczbie kwantowej n = 3 do stanu podstawowego. Oblicz energię fotonu emitowanego podczas takiego przejścia. Jaki jest związek tej energii z energiami fotonów emitowanych podczas przejść ze stanu n = 3 do stanu n = 2 i dalej do stanu podstawowego.