什么叫氩电子的第一激发位

Question

什么叫氩电子的第一激发位

Answer 1

玻尔的原子理论指出：①原子只能处于一些不连续的能量状态E1、E2……,处在这些状态的原子是稳定的,称为定态.原子的能量不论通过什么方式发生改变,只能是使原子从一个定态跃迁到另一个定态；②原子从一个定态跃迁到另一个定态时,它将发射或吸收辐射的频率是一定的.如果用Em和En分别代表原子的两个定态的能量,则发射或吸收辐射的频率由以下关系决定：　　hv＝｜Em－En｜（45—1） 　　式中：h为普朗克常量.　　原子从低能级向高能级跃迁,也可以通过具有一定能量的电子与原子相碰撞进行能量交换来实现.本实验即让电子在真空中与汞蒸气原子相碰撞.设汞原子的基态能量为E1,第一激发态的能量为E2,从基态跃迁到第一激发态所需的能量就是E2－E1.初速度为零的电子在电位差为U的加速电场作用下具有能量eU,若eU小于E2－E1这份能量,则电子与汞原子只能发生弹性碰撞,二者之间几乎没有能量转移.当电子的能量eU≥E2－E1时,电子与汞原子就会发生非弹性碰撞,汞原子将从电子的能量中吸收相当于E2－E1的那一份,使自己从基态跃迁到第一激发态,而多余的部分仍留给电子.设使电子具有E2－E1能量所需加速电场的电位差为U0,则 　　eU0＝E2－E1（45—2） 　　式中：U0为汞原子的第一激发电位（或中肯电位）,是本实验要测的物理量.　　实验方法如图45—1所示,在充汞的F—H管中,电子由热阴极发出,阴极K和第二栅极G2之间的加速电压UG2K使电子加速.第一栅极对电子加速起缓冲作用,避免加速电压过高时将阴极损伤.在板极P和G2间加反向拒斥电压UpG2.当电子通过KG2空间,如果具有较大的能量（≥eUpG2）就能冲过反向拒斥电场而达到板极形成板流,被微电流计pA检测出来.如果电子在KG2空间因与汞原子碰撞,部分能量给了汞原子,使其激发,本身所剩能量太小,以致通过栅极后不足以克服拒斥电场而折回,通过电流计pA的电流就将显著减小.实验时,使栅极电压UG2K由零逐渐增加,观测pA表的板流指示,就会得出如图45—2所示Ip～UG2K关系曲线.它反映了汞原子在KG2空间与电子进行能量交换的情况.当UG2K逐渐增加时,电子在加速过程中能量也逐渐增大,但电压在初升阶段,大部分电子达不到激发汞原子的动能,与汞原子只是发生弹性碰撞,基本上不损失能量,于是穿过栅极到达板极,形成的板流Ip随UG2K的增加而增大,如曲线的oa段.当UG2K接近和达到汞原子的第一激发电位U0时,电子在栅极附近与汞原子相碰撞,使汞原子获得能量后从基态跃迁到第一激发态.碰撞使电子损失了大部分动能,即使穿过栅极,也会因不能克服反向拒斥电场而折回栅极.所以Ip显著减小,如曲线的ab段.当UG2K超过汞原子第一激发电位,电子在到达栅极以前就可能与汞原子发生非弹性碰撞,然后继续获得加速,到达栅极时积累起穿过拒斥电场的能量而到达板极,使电流回升（曲线的bc段）.直到栅压UG2K接近二倍汞原子的第一激发电位（2U0）时,电子在KG2间又会因两次与汞原子碰撞使自身能量降低到不能克服拒斥电场,使板流第二次下降（曲线的cd段）.同理,凡 　　（45—3） 　　处,Ip都会下跌,形成规则起伏变化的Ip～UG2K曲线.而相邻两次板流Ip下降所对应的栅极电压之差,就是汞原子的第一激发电位U0.
在弗兰克赫兹的实验中,由于加速区和碰撞区在一起,那就使得电子的能量难以超过4.9eV,因为一旦电子被加速到4.9eV,就将与汞原子碰撞而失去能量,这样就无法使汞原子受激到更高的能级,以致只能测得汞原子的第一激发电势