Номер 4, страница 222 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 8. Элементы квантовой физики. Параграф 44. Модель атома водорода. Вопросы - номер 4, страница 222.

Условие.

4. Почему считают, что процесс поглощения кванта электромагнитного излучения атомом — процесс, обратный его излучению?

Решение.

Решение

Процесс поглощения кванта электромагнитного излучения атомом считается обратным его излучению, основываясь на постулатах Бора, которые описывают поведение атома и его взаимодействие со светом. Эти два процесса являются зеркальным отражением друг друга с точки зрения энергетических переходов электронов в атоме.

1. Излучение кванта (спонтанное излучение):

Согласно второму постулату Бора, атом излучает квант электромагнитной энергии (фотон) при переходе из стационарного состояния с большей энергией $E_m$ в стационарное состояние с меньшей энергией $E_n$. Энергия излучённого фотона $h\nu$ в точности равна разности энергий этих состояний:

$h\nu = E_m - E_n$

В этом процессе атом переходит в более стабильное, низкоэнергетическое состояние, а в окружающее пространство испускается фотон. На спектрограмме это проявляется в виде яркой эмиссионной линии на частоте $\nu$.

2. Поглощение кванта:

При поглощении кванта происходит обратный процесс. Атом, находящийся в состоянии с меньшей энергией $E_n$, поглощает фотон и переходит в возбуждённое состояние с большей энергией $E_m$. Это возможно только в том случае, если энергия поглощаемого фотона $h\nu$ строго равна разности энергий между этими двумя уровнями:

$E_m - E_n = h\nu$

В этом процессе фотон исчезает, а его энергия увеличивает внутреннюю энергию атома. На спектрограмме это проявляется в виде тёмной линии поглощения на той же самой частоте $\nu$.

Таким образом, эти два процесса являются обратными, потому что:

• Они связывают одну и ту же пару энергетических уровней ($E_m$ и $E_n$).

• Направление перехода электрона противоположно: при излучении он переходит с высокого уровня на низкий ($E_m \rightarrow E_n$), а при поглощении — с низкого на высокий ($E_n \rightarrow E_m$).

• Взаимодействие с фотоном противоположно: при излучении фотон создаётся, а при поглощении — исчезает (поглощается).

• Энергия атома изменяется на одну и ту же величину $\Delta E = |E_m - E_n|$, но с противоположным знаком: при излучении уменьшается, при поглощении — увеличивается.

Ответ: Процесс поглощения кванта излучения атомом считается обратным его излучению, так как оба процесса описывают переход электрона между одними и теми же двумя энергетическими уровнями, но в противоположных направлениях. При излучении атом переходит с более высокого энергетического уровня на более низкий, испуская фотон с энергией, равной разности энергий уровней. При поглощении атом переходит с низкого уровня на высокий, поглощая фотон с точно такой же энергией.