Giải Câu hỏi trang 62 Chuyên đề Vật lí 12

Lời giải

Cơ chế bức xạ năng lượng của nguyên tử

Theo mẫu nguyên tử Bohr, nguyên tử chỉ tồn tại trong những trạng thái dừng có năng lượng xác định và gián đoạn $E_1, E_2, E_3, \dots$ (các mức năng lượng được lượng tử hoá). Ở trạng thái dừng, electron chuyển động trên các quỹ đạo dừng mà không bức xạ năng lượng.

Khi nguyên tử nhận năng lượng (do bị nung nóng, phóng điện qua chất khí…), electron chuyển từ mức năng lượng thấp lên mức năng lượng cao hơn — nguyên tử ở trạng thái kích thích. Trạng thái kích thích không bền, chỉ tồn tại trong thời gian rất ngắn (cỡ $10^{-8}\,\text{s}$).

Sự tạo thành quang phổ vạch phát xạ

Khi electron chuyển từ trạng thái dừng có năng lượng cao $E_{cao}$ về trạng thái dừng có năng lượng thấp $E_{thap}$, nguyên tử phát ra một photon mang năng lượng đúng bằng hiệu hai mức năng lượng đó (theo tiên đề về sự bức xạ và hấp thụ năng lượng của Bohr):

$$\varepsilon = hf = E_{cao} - E_{thap}$$

trong đó $h$ là hằng số Planck, $f$ là tần số của ánh sáng phát ra.

Vì các mức năng lượng của nguyên tử là gián đoạn nên hiệu $E_{cao} - E_{thap}$ chỉ nhận những giá trị xác định, do đó mỗi photon phát ra có một tần số $f$ (hay bước sóng $\lambda = \dfrac{c}{f}$) hoàn toàn xác định. Mỗi bước sóng này ứng với một vạch màu riêng rẽ trên quang phổ.

Do số cách chuyển mức là hữu hạn và rời rạc nên nguyên tử chỉ phát ra một số bức xạ có bước sóng xác định, tách biệt nhau. Tập hợp các bức xạ đó tạo thành một hệ thống các vạch màu riêng lẻ nằm trên một nền tối — đó chính là quang phổ vạch phát xạ đặc trưng cho nguyên tử (ví dụ nguyên tử hydrogen cho các vạch trong dãy Lyman, Balmer, Paschen…).

Như vậy, chính sự lượng tử hoá (gián đoạn) của các mức năng lượng trong nguyên tử là nguyên nhân làm cho quang phổ phát xạ của nguyên tử là quang phổ vạch chứ không phải quang phổ liên tục.

Đáp số