|
Êâàíòîâàÿ Ìàãèÿ, òîì 10, âûï. 1, ñòð. 1182-1186, 2013
Íîâîå î ñïåêòðàëüíîì àíàëèçå Ñ.Ï. Êàðàâàåâ, Â.Â. Ôîêèí (Ïîëó÷åíà 28 îêòÿáðÿ 2012; îïóáëèêîâàíà 15 ÿíâàðÿ
2013) Â äàííîé ñòàòüå àâòîðàìè ðàññìîòðåí âîïðîñ î
ñïåêòðàëüíûõ ëèíèÿõ âîäîðîäà, âûðàæåííûõ â öåëûõ ÷èñëàõ. Íàéäåíà îðèãèíàëüíàÿ
ôîðìóëà äëÿ ðàñ÷åòà äëèí âîëí âîäîðîäíîé ñåðèè. Ñäåëàí âûâîä, ÷òî âñå äëèíû
âîëí ñïåêòðà âîäîðîäà ïðåäñòàâëÿþò ñîáîé ëèáî öåëûå ÷èñëà, ëèáî îòíîøåíèå öåëûõ
÷èñåë ê öåëûì, ÷òî ïîäòâåðæäàåò òåîðèþ Ëóè äå Áðîéëÿ î «Çàêîíå ôàçîâîé
ãàðìîíèè». Íàðîäíàÿ ìóäðîñòü ãëàñèò «Íîâîå – ýòî õîðîøî çàáûòîå ñòàðîå». ×òîáû ïîíÿòü áîëåå ãëóáîêî ôîðìèðîâàíèå ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé àòîìîâ ýëåìåíòîâ, âñïîìíèì, êàê çàðîæäàëèñü ïðèíöèïû àíàëèçà ñïåêòðîâ àòîìîâ. Âïåðâûå
ëèíèè â ñïåêòðå âîäîðîäà íàáëþäàë è ïîäðîáíî îïèñàë íåìåöêèé ôèçèê È. Ôðàóíãîôåð.
Âíà÷àëå Ôðàóíãîôåð îáíàðóæèë âñåãî 4 ëèíèè, êîòîðûå âïîñëåäñòâèè ñòàëè
íàçûâàòüñÿ ôðàóíãîôåðîâûìè òåìíûìè ëèíèÿìè ïîãëîùåíèÿ â ñîëíå÷íîì ñïåêòðå Â
1885 ãîäó È. Áàëüìåð âíèìàòåëüíî ïðîàíàëèçèðîâàë ñíèìêè, ïîëó÷åííûå
Ôðàóíãîôåðîì, è çàìåòèë ñëåäóþùåå. Åñëè ââåñòè íåêîòîðîå (êàê åãî íàçâàë Áàëüìåð – îñíîâíîå) ÷èñëî k = 3645 Å, òî äëèíû âîëí ëèíèé Óìíîæèâ íà
4 ÷èñëèòåëè è çíàìåíàòåëè â äðîáÿõ 4/3 è 9/8, Áàëüìåð ïîëó÷èë çàêîíîìåðíîñòü: ÷èñëèòåëè â âûðàæåíèÿõ äëèí âîëí âñåõ ëèíèé ìîæíî ïðåäñòàâèòü êàê ïîñëåäîâàòåëüíîñòü êâàäðàòîâ ÷èñåë – 32, 42, 52, 62, à çíàìåíàòåëè – êàê ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ðàçíîñòåé êâàäðàòîâ – 32-22, 42-22, 52-22, 62-22. Äàëåå Áàëüìåðó
óäàëîñü çàïèñàòü îäíó ôîðìóëó äëÿ äëèí âîëí ÷åòûðåõ ëèíèé: ãäå n = 3, 4, 5 è 6
ñîîòâåòñòâåííî äëÿ ëèíèé Â
1890 ãîäó øâåäñêèé ôèçèê-ñïåêòðîñêîïèñò
Ðèäáåðã çàïèñàë ôîðìóëó Áàëüìåðà â «ïåðåâåðíóòîì âèäå» äëÿ âåëè÷èíû N = 1/ ãäå âåëè÷èíà 4/k âîøëà â ôèçèêó óæå êàê «ïîñòîÿííàÿ Ðèäáåðãà» è îáîçíà÷àåòñÿ áóêâîé R. Ôîðìóëà Áàëüìåðà (1) îêàçàëàñü çàáûòà. [1] Â
íàñòîÿùåå âðåìÿ ñïåêòðîñêîïèÿ óøëà äàëåêî âïåðåä. Òîëüêî ñïåêòðàëüíûõ
ëèíèé âîäîðîäà îáíàðóæåíî áîëåå ñîòíè. Òàê æå çà ýòî âðåìÿ âîçðîñëî êà÷åñòâî è
òî÷íîñòü ñïåêòðîìåòðîâ, è ðàñ÷åòíûå âåëè÷èíû äëèí âîëí ãäå Íî ýòîãî íå
ïðîèçîøëî. Â òî æå âðåìÿ áåçðàçìåðíûé êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè Äëÿ îïðåäåëåíèÿ
ôèçè÷åñêîãî ñìûñëà «îñíîâíîãî ÷èñëà» k = 3645Å è
áåçðàçìåðíîãî êîýôôèöèåíòà ïðîïîðöèîíàëüíîñòè Ïðåîáðàçóåì ôîðìóëó Áàëüìåðà (1) â áîëåå îáùóþ ôîðìóëó, îïèñûâàþùóþ ýêñïåðèìåíòàëüíûå çíà÷åíèÿ âñåõ äëèí âîëí â òàáëèöå ¹1 è ïîëó÷àåì: ãäå àòîìîâ âîäîðîäà â àíãñòðåìàõ. LimH – ðàñ÷åòíûé ïðåäåë ñåðèè Ëàéìàíà, ðàâåí n – ïîðÿäêîâûé íîìåð ñåðèè. m – ïîðÿäêîâûé íîìåð ëèíèè â êàæäîé ñåðèè ñïåêòðà. Íàïðèìåð: ñåðèÿ Ïàøåíà (n=3), ëèíèÿ â ýòîé ñåðèè (m=5) è ò. ä. ëþáîå òàáëè÷íîå çíà÷åíèå äëèíû âîëíû. Ïðèâåäåííàÿ âûøå ïðîñòàÿ ôîðìóëà (5) ïðåêðàñíî ðàáîòàåò è ïðîèçâîäèò ðàñ÷åò âñåõ ÷èñëåííûõ çíà÷åíèé äëèí âîëí äàííîé ïåðèîäè÷åñêîé òàáëèöû. Çàòåì âûïîëíèì ïåðèîäè÷åñêóþ òàáëèöó ¹2 ñïåêòðà àòîìîâ âîäîðîäà (ðàñ÷åòíûå äàííûå), íî óæå áåç ó÷åòà êîýôôèöèåíòà ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ΘH ñîãëàñíî ôîðìóëå (6). Àíàëèç ïåðèîäè÷åñêîé òàáëèöû ¹2 íà÷íåì ñî ñòîëáöà LimH. Êàê âèäíî, ðàñ÷åòíûé ïðåäåë ñåðèè Ëàéìàíà ðàâíûé 3645Å/4 âõîäèò âî âñå ïðåäåëû äðóãèõ ñåðèé ñ ìíîæèòåëåì n2.  ñåðèè Áàëüìåðà n2 ðàâåí 22, à ñëåäîâàòåëüíî ïðåäåë ýòîé ñåðèè ðàâåí 3645Å. Òàê æå âèäíî, ÷òî ïîñòîÿííàÿ Ðèäáåðãà äëÿ âîäîðîäà ðàâíà îáðàòíîé âåëè÷èíå ðàñ÷åòíîãî ïðåäåëà ñåðèè Ëàéìàíà óìíîæåííîé íà êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ΘH . (ñì. ôîðìóëó 4) (Åñëè èñïîëüçîâàòü äàííûå òàáëèöû ¹1, òî RH=1/911,75Å=109679,2ñì-1, íî â ýòîì ñëó÷àå ΘH=1,00055). Äàëåå ïðîâåäåì àíàëèç «ãëàâíîé äèàãîíàëè», ãäå n=m. Íà ãëàâíîé äèàãîíàëè ìû âèäèì òó æå êàðòèíó: âåëè÷èíà 1215Å âõîäèò âî âñå äðóãèå çíà÷åíèÿ ýòîé äèàãîíàëè ñ ìíîæèòåëåì n2. Åùå íàäî îòìåòèòü, ÷òî âñå
âåëè÷èíû äëèí âîëí, âûðàæàþòñÿ: ëèáî öåëûìè ÷èñëàìè, ëèáî îòíîøåíèåì öåëûõ
÷èñåë. Åñëè ïðèíÿòü âõîäÿùèå â âåëè÷èíó äëèíû âîëíû öåëûå ÷èñëà êàê íåêèå åå ôàçîâûå êîìïîíåíòû (èìååòñÿ ââèäó ïðîñòûå äðîáè), òî ýòî ïîäòâåðæäàåò òåîðèþ Ëóè äå Áðîéëÿ î «Çàêîíå ôàçîâîé ãàðìîíèè». ×òîáû ïîíÿòü ôèçè÷åñêèé ñìûñë êîýôôèöèåíòà ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ΘH, êîòîðûé ñâÿçûâàåò ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ äëèí âîëí òàáë. ¹1 è òàáë. ¹2 âñïîìíèì èñòîðèþ ñîçäàíèÿ ýòàëîíà ìåòðà.  1792 – 1797
ãã. ôðàíöóçñêèå ó÷åíûå Äåëàìáð è Ìåøåí çà 6 ëåò èçìåðèëè äóãó Ïàðèæñêîãî
ìåðèäèàíà äëèíîé â 9° 40′ îò Äþíêåðêà äî Áàðñåëîíû ÷åðåç âñþ Ôðàíöèþ è ÷àñòü Èñïàíèè.  1799 ãîäó
èç ïëàòèíû áûë èçãîòîâëåí ýòàëîí ìåòðà, äëèíà êîòîðîãî ñîîòâåòñòâîâàëà îäíîé
ñîðîêàìèëëèîííîé ÷àñòè Ïàðèæñêîãî ìåðèäèàíà. Íî âïîñëåäñòâèè âûÿñíèëîñü, ÷òî
èç-çà íåïðàâèëüíîãî ó÷åòà ïîëþñíîãî ñæàòèÿ Çåìëè èçãîòîâëåííûé ýòàëîí ìåòðà
îêàçàëñÿ êîðî÷å íà 0,2ìì.  ðåçóëüòàòå ìíîãî÷èñëåííûõ ïåðåïðîâåðîê êàæäûé ðàç
ïîëó÷àëè íîâûå çíà÷åíèÿ. Çàòåì áûëî
ïðèíÿòî ðåøåíèå îñòàâèòü ïåðâîíà÷àëüíûé ýòàëîí ìåòðà, õðàíÿùåãîñÿ â àðõèâå. Îí
ïîëó÷èë íàçâàíèå «àðõèâíîãî ìåòðà», è ýòèì ýòàëîíîì ìû ñåé÷àñ ïîëüçóåìñÿ. [4]
Íî åñëè áû ôðàíöóçñêèå ó÷åíûå èçãîòîâèëè â 1799ã. ýòàëîí ìåòðà äëèííåå âñåãî íà
0,56ìì, òî êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ΘH
ñòàë ðàâåí åäèíèöå.  ýòîì ñëó÷àå ôîðìóëà Áàëüìåðà (1), ïîñëå ïðåîáðàçîâàíèÿ,
ïðèíÿëà áû âèä ôîðìóëû (6), à ïåðèîäè÷åñêàÿ òàáëèöà ñïåêòðà àòîìîâ âîäîðîäà
ïðèíÿëà áû âèä òàáëèöû ¹2. Ñëåäîâàòåëüíî,
êîýôôèöèåíò ïðîïîðöèîíàëüíîñòè ΘH ðàâíûé 1,00056 – ýòî
êîýôôèöèåíò îòíîøåíèÿ äâóõ ýòàëîíîâ ìåòðà, îäèí èç êîòîðûõ äëèííåå äðóãîãî íà
0,56ìì. Ê ýòèì æå âûâîäàì ìîæíî ïîäîéòè, èññëåäóÿ «ïîñòîÿííóþ Ðèäáåðãà» R. Êàê ïîêàçàëè ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ, R íåìíîãî ìåíÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò ïðèâåäåííîé ìàññû ÿäðà èññëåäóåìîãî ýëåìåíòà, (ñì. òàáë. ¹3). [3]
 òàáëèöå ¹3 ïðèâîäÿòñÿ ýêñïåðèìåíòàëüíûå çíà÷åíèÿ R äëÿ âîäîðîäà, äåéòåðèÿ, ãåëèÿ, à òàêæå R∞. Ïî
ôîðìóëå, àíàëîãè÷íîé ôîðìóëå (4),
Êàê
âèäíî èç òàáë. ¹3 è òàáë. ¹4 ïðè R→ R∞, êîýôôèöèåíò
ïðîïîðöèîíàëüíîñòè Θ→1, è ìû îïÿòü ïðèõîäèì ê Íàñòàëà ïîðà ñäåëàòü íåêîòîðûå âûâîäû: 1) Âñå çíà÷åíèÿ ïåðèîäè÷åñêîé òàáëèöû ¹1 ñïåêòðà àòîìîâ âîäîðîäà (äàííûå ýêñïåðèìåíòà) ïðåêðàñíî ñîãëàñóþòñÿ ñ ðàñ÷åòíûìè äàííûìè ïðåîáðàçîâàííîé ôîðìóëû Áàëüìåðà (5). 2) Åñëè ïðèíÿòü çà îñíîâó èäåè Ëóè äå Áðîéëÿ î öåëî÷èñëåííîé äëèíå âîëíû, âûðàæåííûå â åãî ðàáîòå î «Çàêîíå ôàçîâîé ãàðìîíèè», òî íàäî áóäåò ïåðåñìîòðåòü âåëè÷èíó ýòàëîíà ìåòðà äëÿ èñïîëüçîâàíèÿ åãî â ñïåêòðîñêîïèè. Ïðèðîäà ñàìà ïîäñêàçûâàåò ôèçèêàì, â êàêèõ åäèíèöàõ åå ëó÷øå èçìåðÿòü. Ëèòåðàòóðà
| ||||||||||||||||||||||||