Bán kính quỹ đạo dừng của nguyên tử - Vật lý 12

Phát biểu: 

- Nguyên tử chỉ tồn tại trong một số trạng thái có năng lượng xác định, gọi là các trạng thái dừng. Khi ở trong các trạng thái dừng thì nguyên tử không bức xạ.

- Trong các trạng thái dừng của nguyên tử, electron chỉ chuyển động quanh hạt nhân trên những quỹ đạo có bán kính hoàn toàn xác định gọi là các quỹ đạo dừng.

Chú thích:

$r$: bán kính quỹ đạo đang xét $\left(m\right)$

$n$: thứ tự bán kính các quỹ đạo 

$r_0=5,3.{10}^{-11}m$: bán kính Bo

Quy ước: 

Chú ý:

- Bình thường, nguyên tử ở trạng thái dừng có năng lượng thấp nhất và electron chuyển động trên quỹ đạo gần hạt nhân nhất. Đó là trạng thái cơ bản K.

- Khi hấp thụ năng lượng, nguyên tử chuyển lên các trạng thái dừng có năng lượng cao hơn và electron chuyển động treen những quỹ đạo xa hạt nhân hơn. Đó là các trạng thái kích thích.

- Các trạng thái kích thích có năng lượng càng cao thì ứng với bán kính quỹ đạo của electron càng lớn và trạng thái đó càng kém bền vững.

- Thời gian sống trung bình của nguyên tử trong các trạng thái kích thích rất ngắn (chỉ vào cỡ ${10}^{-8}s$).

Phát biểu: Khi electron chuyển động trên quỹ đạo $n$, lực hút tĩnh điện đóng vai trò là lực hướng tâm.

Chú thích:

$m=m_e=9,1.{10}^{-31}kg$

$v_n$: vận tốc của $e$ ở trạng thái dừng $n$ $(m/s)$

$r_n$: bán kính quỹ đạo dừng $\left(m\right)$

$k=9.{10}^{9}N{m}^2/C^2$

$e=-1,6.{10}^{-19 }C$

Tiên đề 1: Các electron chuyển động với các quỹ đạo xác định gọi là quỹ đạo dừng.

Công thức tính bán kính quỹ đạo dừng thứ n

$r_n=n^2{r}_0 ;r_0=0,53 \left(A°\right)$

Ngoài ra ta còn gọi quỹ đạo dừng theo chữ cái :K,L,M,NO,P theo thứ tự từ bán kính nhỏ đến lớn

Ví dụ : bán kính quỹ đạo dừng thứ 1 : $r_1=r_0=0,53 \left(A°\right)$

bán kính quỹ đạo dừng thứ 2 : $r_1=4r_0=2,12 \left(A°\right)$

Lực điện đóng vai trò lực hướng tâm :

$$\begin{gathered} F_{đ}=F_{ht} \\ \iff \frac{k{e}^2}{r^2}=\frac{m{v}^2}{r} \\ \Rightarrow v_n=\frac{e}{n}\sqrt{\frac{k}{m_e{r}_0}} \end{gathered}$$

Với n là bậc của quỹ đạo

 $k=9.{10}^9 \left(\frac{N}{C^2{m}^2}\right)$

e: Điện tích của electron

$m_e$:Khối lượng của electron

$r_0=0,53 \left(A°\right)$

Ta có lực hướng tâm là lực điện

$$\begin{gathered} F_{đ}=F_{ht}\iff \frac{k{e}^2}{{r_n}^2}=m{{\omega }_n}^2{r}_n \\ \Rightarrow {\omega }_n=\frac{e}{n^3}\sqrt{\frac{k}{{r_0}^3{m}_e}} \end{gathered}$$

Cường độ dòng điện

$$\begin{gathered} I=\frac{e}{t}=\frac{e\omega }{2\pi } \\ \Rightarrow I_n=\frac{e^2}{2\pi n^3}\sqrt{\frac{k}{{r_0}^3{m}_e}} \end{gathered}$$

Với $v_1$ là vận tốc của e khi nó ở quỹ đạo  ; $n_1$ là bậc tương ứng ; $r_1$ bán kính quỹ đạo dừng ta đang cần xét

Với $v_2$ là vận tốc của e khi nó ở quỹ đạo  ; $n_2$ là bậc tương ứng ; $r_2$ bán kính quỹ đạo dừng ta đang cần xét

Với ${\omega }_1$ là vận tốc góc của e khi nó ở quỹ đạo  ; $n_1$ là bậc tương ứng ; $r_1$ bán kính quỹ đạo dừng ta đang cần xét

Với ${\omega }_2$ là vận tốc góc của e khi nó ở quỹ đạo  ; $n_2$ là bậc tương ứng ; $r_2$ bán kính quỹ đạo dừng ta đang cần xét

Dùng máy tính : Xét : $f\left(x\right)=\sqrt{a^2+x^2}$

Cho x chạy từ 1 đến 15 tìm các giá trị nguyên

n là bậc của quỹ đao dừng

$r_n$ bán kính quỹ đạo dừng thứ n

Trạng thái cơ bản : n=1 chỉ có thể hấp thụ photon

Trạng thái khích thứ 1:n=2 có thể hấp thụ và phát xạ