Решение задачи: Критический потенциал и основное состояние

Ниже представлены ответы на вопросы из раздела Теоретические сведения, сформулированные на основе предоставленного текста и общепринятых физических определений, в удобном для переписывания виде. Теоретические сведения 1. Дайте определение критического потенциала. Критический потенциал — это минимальная разность потенциалов \( U \), которую должен пройти электрон в ускоряющем поле, чтобы приобрести кинетическую энергию, достаточную для перевода атома из основного состояния в первое возбужденное при неупругом столкновении. Согласно опыту Франка и Герца, для паров ртути первый критический потенциал составляет примерно \( 4,9 \) В. Энергия, передаваемая атому, определяется формулой: \[ \varepsilon = e \cdot U \] где \( e \) — заряд электрона, \( U \) — ускоряющее напряжение. 2. Основное состояние атома. Основное состояние атома — это стационарное состояние с минимально возможной внутренней энергией. В этом состоянии атом может находиться неограниченно долго, если нет внешних воздействий. Согласно теории Бора, электроны в этом состоянии движутся по наиболее близким к ядру орбитам, не излучая энергию. 3. Возбужденное состояние атома. Возбужденное состояние атома — это любое стационарное состояние с энергией выше, чем в основном состоянии. Атом переходит в это состояние, поглощая порцию энергии (квант света или энергию при столкновении с электроном). Возбужденное состояние неустойчиво: через короткое время (порядка \( 10^{-8} \) с) атом возвращается в состояние с меньшей энергией, излучая фотон с энергией: \[ h\nu = E_{n2} - E_{n1} \] где \( E_{n2} \) — энергия возбужденного состояния, \( E_{n1} \) — энергия более низкого уровня. 4. Потенциал ионизации для ртути. Потенциал ионизации — это минимальное ускоряющее напряжение, при котором кинетическая энергия электрона становится достаточной для того, чтобы полностью оторвать электрон от атома (удалить его на бесконечность), превратив атом в положительный ион. Для атома ртути потенциал ионизации составляет примерно \( 10,43 \) В. Это соответствует переходу электрона с основного уровня на уровень с энергией \( E = 0 \) (граница ионизации).