Rīdberga konstante (R∞): definīcija, nozīme un pielietojums

Rīdberga konstante (R∞): skaidra definīcija, nozīme spektroskopijā, aprēķini, praktiskie pielietojumi un precīzi mērījumi ūdeņraža jonizācijas enerģijā.

Rīdberga konstante spektroskopijā ir fizikāla konstante, kas attiecas uz atoma elektromagnētisko spektru. Tās simbols ir R ∞ {\displaystyle R_{\infty }} (smagajiem atomiem) vai R H {\displaystyle R_{\text{H}}} (ūdeņradim). Konstante ir nosaukta zviedru fiziķa Johannesa Rīdberga vārdā. Tā pirmo reizi parādījās kā empīriskais atbilstības parametrs Rīdberga formulā, kas apraksta ūdeņraža spektrālās līnijas. Vēlāk Nilss Bors parādīja, ka Rīdberga konstanti var izteikt caur fundamentālām konstantēm, izmantojot savu Bora modeli. Kopš 2018. gada ^{[atjauninājums]} R ∞ {\displaystyle R_{\infty }} un elektronu spina g-faktors ir starp visprecīzāk izmērītajām fizikālajām konstantēm.

Kas tieši tiek mērīts

Rīdberga konstante R∞ parasti lietota kā viļņu skaitlis (apgrieztais viļņa garums) un nosaka fotona viļņu skaitļa robežvērtību, ko var izstarot vai absorbēt atoma elektrons, pārejot starp enerģijas līmeņiem. Praktiski bieži izmanto konstantes vērtību ūdeņradim, apzīmējot to kā R_H. Tekstiski to var izteikt kā R H {\displaystyle R_{\text{H}}}. vai bezgalīgas kodola masas robežās kā R ∞ {\displaystyle R_{\infty }}}.

Matemātiska izteiksme

Rīdberga formula, kas apraksta ūdeņraža spektrālās līnijas viļņu skaitļus, ir:

1/λ = R_H (1/n1² − 1/n2²), kur n2 > n1 un n1, n2 ir kvantu skaitļi.

Saistība starp R∞ un fundamentālām konstantēm ir:

R∞ = α² m_e c / (2 h),

kur α ir smalkās struktūras konstante, m_e — elektrona masa, c — gaismas ātrums vakuumā un h — Planka konstante. Attiecība starp R_H un R∞, ņemot vērā kodola masu M (izmantojot reducēto masu μ), ir:

R_H = R∞ · μ / m_e = R∞ / (1 + m_e/M).

Rīdberga enerģija (Ry)

Atomu fizikā Rīdberga enerģijas vienība, simbols Ry, atbilst fotona enerģijai, kura viļņu skaitlis ir Rīdberga konstante, t. i., aptuveni atbilst ūdeņraža atoma jonizācijas enerģijai (kad tiek ņemta vērā atbilstošā kodola masa). To parasti izsaka kā Ry = h c R∞ un tā vērtība ir aptuveni 13.605693 eV (atkarībā no izmantotajām konstantēm un korekcijām).

Numuriskā vērtība un precizitāte

CODATA datu kopa (2018) dod R∞ vērtību, kas ir ļoti precīza — aptuveni 10973731.568160 m⁻¹ ar ļoti mazu relatīvo nenoteiktību. Tā augstā precizitāte padara Rīdberga konstanti par svarīgu referenci metrologijā un fundamentālo konstantu noteikšanai.

Nozīme un pielietojums

• Spektroskopijā Rīdberga konstante ļauj precīzi prognozēt atomu spektrālās līnijas un noteikt enerģijas līmeņu atšķirības.
• Fizikā tā palīdz saistīt eksperimentālas mērījumu rezultātus ar fundamentālajām konstantēm (α, m_e, h, c).
• Metrologijā un precīzās mērīšanas metodēs Rīdberga konstante tiek izmantota, lai pārbaudītu teorētiskos modeļus, tostarp kvantu elektrodinamiku (QED) korekcijas atomu enerģijām.
• Astrofizikā un kosmoloģijā spektrālās līnijas, kuru aprakstā izmanto Rīdberga formulu, palīdz noteikt zvaigžņu un starpmolekulāro vielu sastāvu un kustības (doplera nobīde).

Papildu piezīmes

Praktiskos aprēķinos jāņem vērā papildu efekti, kas var nedaudz mainīt līniju pozīcijas: reducētās masas korekcijas, smalkās struktūras un hipersmalkās struktūras šķēlumi, relativistiskās un kvantu elektrodinamikas (QED) korekcijas. Tomēr Rīdberga konstante paliek centrālais parametrs, no kura sākt ūdeņraža tipa sistēmu spektrālo aprakstu.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir Rīdberga konstante?

J: Kura vārdā to nosauca?

J: Kādi simboli tiek izmantoti tās apzīmēšanai?

J: Kā tika aprēķināta tās vērtība?

J: Kādi ir daži šīs konstantes pielietojumi?

J: Vai tā ir viena no visprecīzāk izmērītajām fizikālajām konstantēm 2018. gadā?

Meklēt pēc burta