Постоянная Ридберга

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Постоянная Ридбергафундаментальная физическая постоянная, используемая в формулах для расчёта уровней энергии и частот излучения атомов. Введена шведским учёным Йоханнесом Робертом Ридбергом в 1890 году при изучении спектров излучения атомов. Обозначается как [1].

Данная константа изначально появилась как эмпирический подгоночный параметр в формуле Ридберга, описывающей спектральные серии водорода. Позже Нильс Бор показал, что её значение можно вычислить из более фундаментальных постоянных, объяснив их связь с помощью своей модели атома (модель Бора). Постоянная Ридберга является предельным значением наивысшего волнового числа любого фотона, который может быть испущен атомом водорода; с другой стороны, это волновое число фотона с наименьшей энергией, способного ионизировать атом водорода в его основном состоянии.

Также используется тесно связанная с постоянной Ридберга единица измерения энергии, называемая просто Ридберг и обозначаемая . Она соответствует энергии фотона, волновое число которого равно постоянной Ридберга, то есть энергии ионизации атома водорода.

По состоянию на 2012 год, постоянная Ридберга и g-фактор электрона являются наиболее точно измеренными фундаментальными физическими постоянными.[2]

Численное значение[править | править вики-текст]

Численное значение константы Ридберга, рекомендованное CODATA в 2014 году, составляет[3]:

= 10973731.568508(65) м−1.

Для лёгких атомов постоянная Ридберга имеет следующие значения:

  • Водород: = 109677.583407 см−1;
  • Дейтерий: = 109707,417 см−1;
  • Гелий: = 109722,267 см−1.

В атомной физике константа часто применяется в виде энергетической единицы (Ридберг):

, где боровский радиус.

Численное значение[4][5]:

эВ = Дж.

Свойства[править | править вики-текст]

Постоянная Ридберга входит в общий закон для спектральных частот следующим образом:

где — волновое число (по определению, это обратная длина волны или число длин волн, укладывающихся на 1 см), Z — порядковый номер атома.

см−1

Соответственно, выполняется

Если считать массу ядра атома бесконечно большой по сравнению с массой электрона (то есть считать, что ядро неподвижно), то постоянная Ридберга для частоты в Гц будет определяться как

в системе СГС, где и  — масса и заряд электрона,  — скорость света, а  — постоянная Дирака или приведённая постоянная Планка.

В Международной системе единиц (СИ) для частоты в Гц:

где  — коэффициент из закона Кулона. Численное значение[6]:

с−1

Обычно, когда говорят о постоянной Ридберга, имеют в виду постоянную, вычисленную при неподвижном ядре. При учёте движения ядра масса электрона заменяется приведённой массой электрона и ядра и тогда

, где  — масса ядра атома.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. Ридберга постоянная // Физическая энциклопедия / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. — Т. 4. — С. 391. — 704 с. — 40 000 экз. — ISBN 5-85270-087-8.
  2. (2010) «The size of the proton». Nature 466 (7303): 213–216. DOI:10.1038/nature09250. PMID 20613837. Bibcode2010Natur.466..213P.
  3. Rydberg constant // 2014 CODATA recommended values
  4. Rydberg constant times hc in eV // 2014 CODATA recommended values
  5. Rydberg constant times hc in J // 2014 CODATA recommended values
  6. Rydberg constant times c in Hz // 2014 CODATA recommended values

Литература[править | править вики-текст]

  • Шпольский Э. В. Атомная физика. Том1 — М.: Наука, 1974.
  • Борн М. Атомная физика. — М.: Мир, 1970.
  • Савельев И. В. Курс общей физики. Книга 5. Квантовая оптика. Атомная физика. Физика твердого тела. Физика атомного ядра и элементарных частиц. — М.: АСТ, Астрель, 2003.