Η διέγερση και ο ιονισμός ενός ατόμου.

Στο σχήμα    φαίνονται  οι   3 πρώτες ενεργειακές στάθμες, καθώς και η κατάσταση με Ε=0, ενός υποθετικού ατόμου (σε eV), το οποίο έχει ένα ηλεκτρόνιο στη θεμελιώδη κατάσταση.

i) Με απορρόφηση ενός φωτονίου το ηλεκτρόνιο έρχεται στη στάθμη  -1eV. Πόση ενέργεια είχε το φωτόνιο που απορροφήθηκε;       

ii) Ένα φωτόνιο με ενέργεια 13,5eV προσπίπτει στο άτομο. Εξηγήστε τι μπορεί να συμβεί.

iii) Τι μπορεί να συμβεί όταν ένα ηλεκτρόνιο με κινητική ενέργεια 10eV συγκρουστεί με το άτομο.

iv) Ένα ηλεκτρόνιο (Α) επιταχύνεται από τάση V=13,5V και με κρούση με το ηλεκτρόνιο του ατόμου, το διεγείρει. Να υπολογίσετε την κινητική ενέργεια (σε eV) του κινούμενου ηλεκτρονίου (Α) μετά την κρούση και το μήκος κύματος του φωτονίου ή των φωτονίων που μπορεί να εκπέμψει το άτομο.

v) Το άτομο αυτό απορροφά ένα φωτόνιο συχνότητας  10¹⁶Ηz. Να εξηγήστε γιατί το άτομο ιονίζεται και να βρείτε την τελική κινητική ενέργεια του ηλεκτρονίου.
Δίνονται h=6^.10^-34Js και c=3^.10⁸ m/s, e=-1,6^.10^-19C,  ενώ κατά τις παραπάνω αλληλεπιδράσεις ο πυρήνας του ατόμου παραμένει ακίνητος.

Απάντηση:

ή

Η διέγερση και ο ιονισμός ενός ατόμου.

Το πρότυπο του Bohr. Φ.Ε.

4)  Στο άτομο προσπίπτει ένα φωτόνιο με ενέργεια 11eV. Τι θα συμβεί στο άτομο:

α) μπορεί να διεγερθεί,        β) δεν θα διεγερθεί.

5)  Στο άτομο προσπίπτει ένα φωτόνιο Γ με ενέργεια 12,09eV. Τι θα συμβεί στο άτομο:

α) μπορεί να διεγερθεί,        β) δεν θα διεγερθεί.

6) Υπολογίστε το μήκος κύματος του φωτονίου Γ.

Δείτε όλο το Φ.Ε.:

	Το πρότυπο του Bohr. Φ.Ε.  Εκφώνηση, Απάντηση.
	Το πρότυπο του Bohr. Φ.Ε.  Εκφώνηση,  Απάντηση.
	Το πρότυπο του Bohr. Φ.Ε.  Εκφώνηση, Απάντηση.
	Το πρότυπο του Bohr. Φ.Ε.  Εκφώνηση,  Απάντηση.

Βιβλίο Φυσικής Γ΄ Λυκείου Γενικής Παιδείας

Περιεχόμενα

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 1
ΤΟ  ΦΩΣ

1.1 Η ΦΥΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ………………………………………………………………………1
1.2 Η ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ……………………….........................................7
1.3 ΜΗΚΟΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΚΑΙ ΣΥΧΝΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΟΥ………………………………………………………………………………. 21
1.4 ΑΝΑΛΥΣΗ ΛΕΥΚΟΥ ΦΩΤΟΣ ΚΑΙ ΧΡΩΜΑ…………………………….47
1.5 ΠΟΛΩΣΗ ΤΟΥ ΦΩΤΟΣ…………………………………………………………………..71

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 2
ΑΤΟΜΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

2.1 ΕΝΕΡΓΕΙΑ ΤΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΟΥ ΣΤΟ ΑΤΟΜΟ ΤΟΥ ΥΔΡΟΓΟΝΟΥ…………………………………………………………………………………………..99
2.2 ΔΙΑΚΡΙΤΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΕΣ ΣΤΑΘΜΕΣ………………………………….124
2.3 ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟΡΡΟΦΗΣΗΣ ΦΩΤΟΝΙΩΝ…………………………………………………………………………………………….128
2.4 ΑΚΤΙΝΕΣ  Χ……………………………………………………………………………………157

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 3
ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΦΑΙΝΟΜΕΝΑ

3.1 ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΠΥΡΗΝΩΝ…..…………………………………………………190
3.2 ΤΑ ΣΤΟΙΧΕΙΩΔΗ ΣΩΜΑΤΙΔΙΑ ………………………………………………..222
3.3 Η ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑ ………………………………………………………………………..242
3.4 ΠΥΡΗΝΙΚΕΣ ΑΝΤΙΔΡΑΣΕΙΣ………………………………………………………280
3.5 ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΚΑΙ ΚΙΝΔΥΝΟΙ ΤΗΣ ΡΑΔΙΕΝΕΡΓΕΙΑΣ……… 309

 

ΚΕΦΑΛΑΙΟ 4

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ

4.1 ΕΙΔΗ ΛΑΜΠΤΗΡΩΝ……………………………………………………………………..321

ΟΙ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ
ΤΟΥ ΣΧΟΛΙΚΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ…………………………………………………………….. 335

ΟΙ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΤΩΝ ΕΡΩΤΗΣΕΩΝ ΚΑΙ ΤΩΝ ΑΣΚΗΣΕΩΝ
ΤΟΥ ΒΙΒΛΙΟΥ………………………………………………………………………………………386

Το βιβλίο Εδώ

Τι να προσέξουμε στο κεφάλαιο για το άτομο

Τώρα που τελείωσε το δεύτερο κεφάλαιο της γενικής παιδείας, ας δούμε κάποιες παρατηρήσεις και κάποια σημεία που πρέπει να προσέξουμε ιδιαίτερα:

συνέχεια...

Ακτίνες Χ ή ακτίνες Röntgen

Οι ακτίνες Χ, που απαιτούνται για τη λήψη μιας ακτινογραφίας, παράγονται σε σωλήνα Coolidge παραγωγής ακτίνων Χ με απόδοση 0,4%.

Τα ηλεκτρόνια, που βγαίνουν από την κάθοδο του σωλήνα με μηδενική ταχύτητα, φτάνουν στην άνοδο με ταχύτητα 20/3 ×10⁷m/s. Αν στη άνοδο παράγεται θερμότητα με ρυθμό 996J/s, ο δε χρόνος λήψης της ακτινογραφίας είναι 0,1s, να βρείτε:

α. την τάση που επικρατεί μεταξύ ανόδου και καθόδου και το ελάχιστο μήκος κύματος των παραγομένων ακτίνων Χ.

β. την ενέργεια, που μεταφέρει η ηλεκτρονική δέσμη στην άνοδο στο χρόνο λειτουργίας του σωλήνα.

γ. το ρυθμό με τον οποίο εκπέμπονται τα ηλεκτρόνια από την κάθοδο

δ. Αν η τάση λειτουργίας του σωλήνα μειωθεί κατά 75%, να βρείτε την % μεταβολή της ταχύτητας με την οποία τα ηλεκτρόνια φτάνουν στην άνοδο και του ελάχιστου μήκους κύματος του συνεχούς φάσματος των ακτίνων Χ.

Δίνονται e=16×10^-20 C, m_e=9×10^-31kg, h=20/3 ×10^-34J×s, c_o=3×10⁸m/s.

Απάντηση:

Διεγέρσεις και αποδιεγέρσεις ατόμων

Ηλεκτρόνιο-βλήμα επιταχύνεται από την ηρεμία μεταξύ δύο σημείων Α και Β, σε χώρο όπου επικρατεί ομογενές ηλεκτρικό πεδίο με ένταση Ε=260V/m. Μετά την κρούση του με άτομο υδρογόνου, που βρίσκεται στη θ.κ., το μεν άτομο διεγείρεται, το δε ηλεκτρόνιο-βλήμα σκεδάζεται με ταχύτητα

Το ηλεκτρόνιο του ατόμου στη διεγερμένη κατάσταση έχει ταχύτητα ίση με υ_n=5,5×10⁵m/s και αποδιεγειρόμενο εκπέμπει δύο φωτόνια, από τα οποία το ένα ανήκει στην ορατή περιοχή του φάσματος.

i) Να υπολογίσετε την απόσταση των σημείων Α και Β μεταξύ των οποίων επιταχύνθηκε το βλήμα πριν την κρούση του με το άτομο.

ii) Να κάνετε το διάγραμμα των ενεργειακών σταθμών του υδρογόνου, στο οποίο να φαίνεται η παραπάνω αποδιέγερση.
iii) Αναφερόμενοι στο εκπεμπόμενο φωτόνιο με το μικρότερο μήκος κύματος: να υπολογίσετε πόση περισσότερη ενέργεια θα έπρεπε να έχει ώστε να μπορεί να προκαλέσει ιονισμό από τη θεμελιώδη κατάσταση υποθετικού ατόμου με ένα ηλεκτρόνιο, το ενεργειακό διάγραμμα του οποίου φαίνεται στο σχήμα

Aν το φωτόνιο είχε ενέργεια ίση με την ενέργεια του αρχικού ηλεκτρονίου–βλήματος, ποια η διαφορά του να προκληθεί ιονισμός του παραπάνω υποθετικού ατόμου με απορρόφηση του φωτονίου από το να προκαλούνταν ο ιονισμός με κρούση με το αρχικό ηλεκτρόνιο βλήμα;
Δίνονται m_e=9×10^-31kg, E_1,Η=–13,6eV, 1eV=1,6×10^-19J.

Απάντηση:

Διέγερση υποθετικού ατόμου με κρούση με σωμάτιο–βλήμα

Το ενεργειακό διάγραμμα ενός υποθετικού ατόμου (A) με ένα ηλεκτρόνιο φαίνεται το σχήμα.

Σωμάτιο α επιταχύνεται από την ηρεμία μέσα σε χώρο όπου επικρατεί ομογενές ηλεκτρικό πεδίο, κινούμενο μεταξύ δύο σημείων που παρουσιάζουν διαφορά δυναμικού V=4V, και συγκρούεται με το παραπάνω άτομο.

Το μεν άτομο διεγείρεται και το ηλεκτρόνιό του μεταβαίνει στη δεύτερη διεγερμένη κατάσταση, το δε σωμάτιο α σκεδάζεται με ταχύτητα υ=12000m/s.

Α… Πόση ενέργεια σε eV έχει το ηλεκτρόνιο του ατόμου, όταν βρίσκεται στη δεύτερη διεγερμένη κατάσταση;

Β… Το ηλεκτρόνιο του ατόμου επανέρχεται στη θεμελιώδη κατάσταση με δύο άλματα. Στο ένα από αυτά εκπέμπεται φωτόνιο με συχνότητα f=0,48×10¹⁵Hz. Πόση ενέργεια έχει το φωτόνιο που εκπέμπεται στο άλλο, καθώς και πόση είναι η ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου στην πρώτη διεγερμένη κατάσταση;

Γ. Μπορεί κάποιο από τα εκπεμπόμενα φωτόνια να προκαλέσει τον ιονισμό υποθετικού ατόμου (Β) με ένα ηλεκτρόνιο επίσης, του οποίου η ενέργεια ιονισμού είναι ίση με 2,8eV; Αν ναι, να αιτιολογήσετε ποιο, και στη συνέχεια να βρείτε την ταχύτητα του ηλεκτρονίου του υποθετικού ατόμου (Β) μετά την απομάκρυνσή του από το πεδίο του πυρήνα.

Δίνονται 1eV=1,6×10^-19J, h=20/3 ×10^-34J×s, m_α=20/3 ×10^-27kg, m_e=9×10^-31kg.

Απάντηση:

Διέγερση και ιονισμός ατόμου υδρογόνου με κρούση με σωμάτιο ΙΙ

Ένα ηλεκτρόνιο-βλήμα κινείται με ταχύτητα υ_ο και συγκρούεται με άτομο υδρογόνου, που βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση. Αν με την κρούση δίνει στο άτομο το 1/3 της ενέργειάς του, να βρείτε

α. την κινητική ενέργεια, που είχε το βλήμα πριν την κρούση, και την κινητική ενέργεια, με την οποία σκεδάζεται μετά την κρούση, μετρημένες σε eV.

β. τη διεγερμένη κατάσταση, στην οποία μεταβαίνει το ηλεκτρόνιο του ατόμου.

γ. το μήκος κύματος του φωτονίου, που εκπέμπει κατά την απευθείας αποδιέγερσή του στη θεμελιώδη κατάσταση.

δ. Το άτομο, που βρίσκεται πλέον στη θεμελιώδη κατάσταση, συγκρούεται με ένα άλλο ηλεκτρόνιο-βλήμα ενέργειας Ε_{ΚΙΝ,πριν}=30,6eV και ιονίζεται. Πόση είναι η κινητική ενέργεια του ηλεκτρονίου του ατόμου μετά την απομάκρυνσή του από το πεδίο του πυρήνα;

Δίνονται:

c_o=3×10⁸m/s, h=(20/3)×10^-34J×s, 1eV=1,6×10^-19J, m_e=9×10^-31kg, E₁=-13,6eV και

Απάντηση:

Διέγερση και ιονισμός ατόμου υδρογόνου με κρούση με σωμάτιο Ι

Το ηλεκτρόνιο ενός διεγερμένου ατόμου υδρογόνου βρίσκεται στην επιτρεπόμενη τροχιά με δυναμική ενέργεια U_n=-6,8eV.

α. Να βρείτε σε ποια διεγερμένη κατάσταση βρίσκεται το ηλεκτρόνιο του ατόμου.

β. Το άτομο συγκρούεται με σωμάτιο-βλήμα μάζας m=10^-28kg, το οποίο έχει ενέργεια Ε_{ΚΙΝ,πριν}=4,89eV.

i) Αν με την κρούση το άτομο διεγείρεται στην επόμενη επιτρεπτή τροχιά, να βρείτε

· την ενέργεια, που απορρόφησε από το βλήμα με την κρούση, καθώς και την ταχύτητα με την οποία σκεδάζεται το σωμάτιο-βλήμα μετά την κρούση.

· τις ενέργειες των φωτονίων, που είναι δυνατόν να εκπέμψει το άτομο κατά την αποδιέγερσή του.

ii) Αν με την κρούση το άτομο ιονίζεται, να βρείτε την κινητική ενέργεια του ηλεκτρονίου του μετά την απομάκρυνσή του από το πεδίο του πυρήνα.

Δίνονται E₁=-13,6eV, 1eV=1,6×10^-19J.

Απάντηση:

Διέγερση ατόμου υδρογόνου με κρούση με σωμάτιο και ιονισμός με απορρόφηση φωτονίου

Ηλεκτρόνιο-βλήμα, που επιταχύνεται από την ηρεμία από τάση V=12,5V, συγκρούεται με άτομο υδρογόνου, που βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση.

α. Σε ποιες τροχιές είναι δυνατόν να διεγερθεί το άτομο απορροφώντας μέρος της ενέργειας του βλήματος;

β. Ποιες είναι οι δυνατές τιμές κινητικής ενέργειας του βλήματος μετά την κρούση;

Το άτομο διεγείρεται σε μια από τις παραπάνω τροχιές, για την οποία ισχύει r_n=4,77×10^-10m.

γ. Να βρείτε ποια συγκεκριμένα είναι αυτή.

Αν το άτομο, πριν προλάβει να αποδιεγερθεί, απορροφήσει ένα φωτόνιο και ιονιστεί, να βρείτε την ελάχιστη συχνότητα f, που θα έπρεπε να έχει αυτό το φωτόνιο αυτό.

Δίνονται r₁=0,53×10^-10m, E₁=-13,6eV, 1eV=1,6×10^-19J, h=(20/3)×10^-34J×s.

Απάντηση:

Διέγερση και ιονισμός ατόμου υδρογόνου με απορρόφηση φωτονίου

Άτομο υδρογόνου, που βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση, απορροφά ένα φωτόνιο με ενέργεια Ε_φωτ=19,344×10^-19J και διεγείρεται.

α. Να βρείτε τον κύριο κβαντικό αριθμό n της επιτρεπόμενης τροχιάς, στην οποία θα βρεθεί το ηλεκτρόνιο του ατόμου.

β. Πόση είναι η μεταβολή ΔL του μέτρου της στροφορμής του στη μετάβαση αυτή;

γ. Ποιο είναι το μήκος κύματος λ_ο του φωτονίου, που εκπέμπεται κατά την απευθείας αποδιέγερση στη θεμελιώδη κατάσταση;

δ. Το παραπάνω εκπεμπόμενο φωτόνιο απορροφάται από ένα γειτονικό άτομο υδρογόνου, που βρίσκεται στην πρώτη διεγερμένη κατάσταση. Να βρείτε την κινητική ενέργεια, που αποκτά το ηλεκτρόνιο του ατόμου μετά την απορρόφηση του φωτονίου.

Δίνονται c_o=3×10⁸m/s, h=(20/3)×10^-34J×s, E₁=-13,6eV, 1eV=1,6×10^-19J.

Απάντηση: