بخشی از مقاله
گزیده ای از ریدبرگ:
متولد:8 نوامبر 1854 در هالمشتد سوئد
وفات:28 دسامبر 1919 در لوند سوئد
پدرژوهانس رید برگ اس ون ریدبرگ،و مادرش ماریا اندرسون بود.ژوهانس مدرسه را در ساحل شرقی کاتگات واقع درجنوب غربی سوئد در نیسان،در هالشتد، شروع کرد. او در سال 1873 دوران راهنمایی و دبیرستان را در ژیمناسیوم واقع در هالشتتد کامل کرد و در همان سال وارد دانشگاه لوند شد.دانشگاه لوند در شهر لوند در قسمت جنوبی سوئد و در شمال شرقی مالمو،دومین دانشگاه قدیمی در سوئد است که در 1666 تاسیس شده است.
ریدبرگ مدرک لیسانسش را در 1875 از دانشگاه لوند دریافت نمود.او در ریاضیات ادامه تحصیل داد و مقاله اش را که روی بخش های مخروطی بود برای دکترایش در ریاضیات،انجام داد که در سال 1879 به آن جایزه دادند.سال بعد او به عنوان مقام دانشیار ریاضیات در لوند انتخاب شد اما اکنون علایق او تمایل به ریاضیات فیزیکی داشت تا ریاضیات محض.
او طی دو سال که به عنوتن دانشیار ریاضیات بود،روی مسائل مربوط به الکتریسیته کار کرد.ریدبرگ در 1882 از مقام دانشیاری ریاضی به دانشیاری فیزیک در لوند تغییر سمت داد.
ده سال بعد او به عنوان مدیر تولید انیستیتو فیزیک ارتقا مقام یافت.او در 1879 به مقام پرفسوری در فیزیک نائل شد اما به صورت موقت تا زمانیکه در مارچ 1901 به صورت مدرک دائمی تثبیت شد.از این زمان تا زمان باز نشستگی وی در سال 1919 اوکرسی دار فیزیک بود.گرچه در این زمان سلامتی اش رو به زوال بود،و در سال 1914 به طور جدی بیمار شد.
اما نهایتا او کار را در سال 1914 بدرود گفت و آن مقام را ترک کرد و ازآن به بعد به دانشگاه نیامد.
بازنشستگی آخر وی 5 سال بعد که توان کار کردن را ئاشت بود که دست از کار کشید و این تنها چند هفته قبل از مرگ وی بود که می آمد.
مانه زی بان،کسی که از 1906 تا 1911 دانش آموز ریدبرگ بود،سپس مدیر ریدبرگ از 1911تا 1914 ،مسئولیت تدریسی وی در 1914 به عهده گرفت و این ها را تا 1919 که به طور رسمی بازنشسته شد انجام داد.سپس نزدیکی 1920 وی عهده دار کرسی فیزیک ریدبرگ گردید.او زندگی نامه رید برگ را نیز نوشت.
مهم ترین کار رید برگ روی طیف نمایی است که در سال 1890 به وسیله خط های طیف عناصر مختلف یک رابطه ساده نسبتا مرتبطی را کشف کرد.او امیدوار بود که ساختار اتم را تعیین کند،اگرچه کار وی منجر به تهیه ی پایه ی نظریه ساختاری گردید،اما خودش نتوانست به این مهم نائل شود.
طیف اتمی
طيف نور گسيل شده از بخار هر عنصر را طيف اتمي آن عنصر مي‌نامند. پس مي‌توان گفت كه طيف اتمي عنصرهاي مختلف با هم تفاوت دارد.
ديدكلي
همانطور كه مي‌دانيم نيوتون براي نخستين بار با گذراندن نور خورشيد از منشور ، طيف نور سفيد را تشكيل داد. نيوتون نشان داد كه نور سفيد آميزه‌اي از رنگهاي مختلف است و گسترده طول موجي اين رنگها از 0.4 ميكرومتر (بنفش) تا 0.7 ميكرومتر (قرمز) است. طيف نور سفيد يك طيف پيوسته است. به همين ترتيب مي‌توان طيف هر نوري را توسط پاشندگي در منشور شناسايي كرد. اما علت اينكه در طيف اتمي خطوط مختلفي ديده مي‌شود، چيست؟
خطوط طيفي
طيف اتمي مستقيما به ترازهاي انرژي اتم نسبت داده مي‌شود. هر خط طيفي متناظر يك گذار خاص بين دو تراز انرژي يك اتم است. پس آنچه در طيف نمايي داراي اهميت است، تعيين ترازهاي انرژي يك اتم به كمك اندازه گيري طول موجهاي طيف خطي گسيل شده از اتمها است. پايين ترين تراز انرژي ، حالت پايه و همه ترازهاي بالاتر حالتهاي برانگيخته ناميده مي‌شوند. موقعي كه يك اتم از حالت بر انگيخته بالاتر به يك حالت برانگيخته پايين تر گذاري را انجام مي‌دهد. يك فوتون متناظر به يك خط طيفي گسيل مي‌شود.
طيف نشري
اگر جسمي بتواند نور توليد كند و نور توليد شده را از منشوري عبور دهيم، طيفي بدست مي‌آيد كه طيف نشري ناميده مي‌شود. اگر رنگهاي طيف حاصل بهم متصل باشند، طيف نشري اتصالي و اگر فاصله‌اي بين آنها باشد، طيف نشري انفصالي يا خطي مي‌نامند. به عنوان مثال لامپ حاوي بخار بسيار رقيق را در نظر بگيريد. اين لامپ بصورت لوله باريك شيشه‌اي است كه درون آن يك گاز رقيق در فشار كم وجود دارد.
دو الكترود به نامهاي كاتد و آند در دو انتهاي لوله قرار دارند. اگر بين اين دو الكترود ، ولتاژ بالايي برقرار شود، اتمهاي گاز درون لامپ شروع به گسيل نور مي‌كنند. اگر اين بخار مربوط به بخار جيوه باشد، اين گسيل به رنگ نيلي - آبي است. اگر اين نور را از منشور بگذرانيم و طيف آن را تشكيل دهيم مي‌ينيم كه اين طيف پيوسته نيست. بلكه تنها از چند خط رنگي جدا از هم با طول موجهاي معين تشكيل شده است.
طيف جذبي
در سال 1814 ميلادي فرانهوفر فيزيكدان آلماني كشف كرد كه اگر به دقت به طيف خورشيد بنگريم، خطهاي تاريكي در طيف پيوسته آن مشاهده خواهيم كرد. اين مطلب نشان مي‌دهد كه بعضي از طول موجها در نوري كه از خورشيد به زمين مي‌رسد، وجود ندارد و به جاي آنها ، در طيف پيوسته نور خورشيد خطهاي تاريك (سياه) ديده مي‌شود. اكنون مي‌دانيم كه گازهاي عنصرهاي موجود در جو خورشيد ، بعضي از طول موجهاي گسيل شده از خورشيد را جذب مي‌كنند و نبود آنها در طيف پيوسته خورشيد به صورت خطهاي تاريك ظاهر مي‌شود. در اواسط سده نوزدهم معلوم شد كه اگر نور سفيد از داخل بخار عنصري عبور كند و سپس طيف آن تشكيل شود، در طيف حاصل خطوط تاريكي ظاهر مي‌شود. اين خطوط توسط اتمهاي بخار جذب شده‌اند.
طيف اتمي از ديدگاه فيزيك كلاسيك
درك ساز و كار جذب و گسيل نور بوسيله اتمها از ديدگاه فيزيك كلاسيك آسان است. زيرا بنابر نظريه‌هاي كلاسيكي يك اتم در صورتي نور گسيل مي‌كند كه به طريقي مانند برخورد با ساير اتمها يا توسط ميدان الكتريكي به الكترونهاي آن انرژي داده شود، در نتيجه الكترونها با به دست آوردن انرژي ارتعاش مي‌كنند و امواج الكترومغناطيس بوجود مي‌آورند، يعني نور گسيل مي‌كنند. اما اين كه چرا اتمهاي همه عنصرها موج الكترومغناطيسي با طول موجهاي يكسان نمي‌كنند و اين كه چرا هر عنصر طول موج خاص خود را دارد، ا ز ديدگاه فيزيك كلاسيك قابل توجيه نيست.
در مورد جذب نور هم ، از ديدگاه فيزيك كلاسيك ، مي‌توان گفت كه وقتي نور به يك اتم مي‌تابد، نوسان ميدان الكتريكي ناشي از نور فروري باعث مي‌شود كه الكترونهاي اتم شروع به ارتعاش كنند و نور فرودي را جذب كنند. ولي باز هم در اين ديدگاه هيچ توجيه قانع كننده‌اي براي اين كه چرا هر عنصر تنها طول موجهاي خاصي را كه مشخصه آن عنصر است جذب مي‌كند و بقيه طول موجها را جذب نمي‌كند؟ وجود ندارد.
رابطه ريدبرگ - بالمر
طيف اتمي هيدروژن ، اولين طيفي بود كه بطور كامل مورد تجزيه و تحليل قرار گرفت. آنگستروم تا سال 1885 ميلادي طول موجهاي چهار خط از طيف اتم هيدروژن را با دقت زياد اندازه گرفت. بالمر كه يك معلم سوئيسي بود، وي اين اندازه گيريها را مطالعه كرد و نشان داد كه طول موج خطهاي اين طيف را مي‌توان با دقت بسيار زياد بدست آورد. توفيق بالمر در خصوص يافتن رابطه‌اي براي خطهاي طيف اتم هيدروژن در ناحيه مرئي موجب شد، كه تلاشهاي بيشتري در جهت يافتن خطوط ديگر طيف اتم هيدروژن صورت گيرد. كار عمده در زمينه جستجو براي طيف كامل اتم هيدروژن توسط ريدبرگ در حدود سال 1850 ميلادي انجام شد.
نتيجه
.1هم در طيف گسيلي و هم در طيف جذبي هر عنصر ، طول موجهاي معيني وجود دارد كه از ويژگيهاي مشخصه آن عنصر است. يعني طيفهاي گسيلي و جذبي هيچ دو عنصري مثل هم نيست.
2.اتم هر عنصر دقيقا همان طول موجهايي از نور سفيد را جذب مي‌كند كه اگر دماي آن به اندازه كافي بالا رود و يا به هر صورت ديگر بر انگيخته شود، آنها را تابش مي‌كند.
حال آزمایش ریدبرگ را بررسی می کنیم:
اندازه گيري عدد ثابت ريدبرگ با استفاده از پراش توسط توري (شبكه)
هدف:
اندازه گيري طول موجهاي و همچنين R (ثابت ريدبرگ)
لوازم آزمايش:
لامپ هيدروژن – ميز اپتيكي – توري (شبكه) پراش – صفحه
مات-خط کش
مقدمه
مي دانيم اگر باريكه اي از پرتوهاي نوري به توري (شبكه) پراش برخورد كند پس از عبور از توري پراشيده مي شود و طول موجهاي مختلف باريكه نوري از يكديگر جدا مي شوند و ميزان انحراف به طول موج بستگي دارد.
طول موج پرتوهاي پراشيده شده از رابطه زير بدست مي آيد.
كه در رابطه فوق n مرتبه پراش، a فاصله بين خطوط توري مي باشد. توريي كه در اين آزمايش بكار مي رود 5700 خط در سانتيمتر دارد بنابراين مي شود.
زاويه پراش است كه با توجه به شكل برابر است با:
طول موج مورد نظر است كه بايستي محاسبه گردد.
شرح آزمايش:
دستگاه را مطابق شكل زير سوار كنيد سپس لامپ هيدروژن را در محل خود قرار دهيد و با بكار بردن يك تراز مطمئن شويد خط كش مدرج كاملاً افقي است سپس با روشن كردن منبع ولتاژ لامپ هيدروژن را روشن كنيد دقت كنيد كه چون اين منبع ولتاژ حدود 7000 ولت برق توليد مي كند از دست زدن به سيم هاي لخت و محل اتصال سيم ها با لامپ خودداري نمائيد. موقعيت توري نسبت به لامپ را طوري تنظيم كنيد كه خطوط طيف را به وضوح ببينيد در اين حال مي بايست لامپ كاملاً قائم قرار گيرد.
با اندازه گیری فاصله توری از لامپ و میزان انحراف هر یک از خطوط طیف و با داشتن ثابت توری می توانید طول موج خطوط را حساب کنید.با داشتن این طول موجهای و با استفاده از رابطه ریدبرگ میتوانید ثابت رید برگ را حساب کنید.
آزمایش فرانک-هرتز:
گزیده ای از جیمز فرانک:
جیمز فرانک متولّد 26 اوت 1882 در هامبورگ به دنیا آمد و در 21مه 1964 در گذشت،وی یک فیزیکدان آمریکایی بود او و همکارش گستاو هرتز در سال 1925 به خاطر کشف قوانین برخورد الکترونها به اتم مفتخر به دریافت جایزه نوبل شدند.
او تحصیلاتش را در رشته شیمی در دانشگاه هاید برگ آغاز کرد اما سپس به فیزیک تغییر رشته داد ودر دانشگاه برلین در سال 1960 از تز دکترایش دفاع کرد و دکترا گرفت.
در خلال جنگ جهانی اول در دلنشگاه گوتینگن کرسی درس فیزیک را در اختیار داشت او سالها بعد در پی سیاست های ضد یهودی نازی ها آلمان را ترک گفت به ایالات متحده مهاجرت کرد او از جمله دانشمندانی بود که در طرح های اتمی آمریکا شرکت داشتند وی به دولت آمریکا پیشنهاد کرد قبل از فروانداختن بمب ها در ژاپن آنها در صحرایی به معرض آزمایش بگذارند این گزارش بعدها گزارش فرانک نامیده شد.
آزمايش فرانك - هرتز :
بر اساس نظريه مكانيك كوانتومي مي‌دانيم كه دستگاههاي اتمي مانند اتم هيدروژن كوانتيده‌اند و انرژي‌هاي مجاز گسسته‌اند بنابراين يك فوتون با انرژي h) hv ثابت پلانك و v فركانس نور است) تنها در صورتي مي تواند توسط اتم جذب شود كه انرژي آن با اختلاف انرژي بين دو حالت مجاز در ساختمان اتم برابر باشد. ممكن است اين سوال در ذهن ايجاد شود كه آيا مي‌توان انرژي يك دستگاه كوانتيده را از طريق برخورد با ذرات ديگر، مانند الكترون نيز تغيير داد. آزمايش فرانك - هرتز در مقام پاسخ گفتن به اين سوال طراحي و اجرا شده است.
