Хотя в учебниках и утешают тем, что кроме странных расчетных радиусов орбит электронов можно обратиться к таким величинам, которые могут быть измерены экспериментально, а именно: к энергии и импульсу – это тоже некоторое преувеличение. Во-первых, энергию измерить нельзя – это сугубо расчетная величина, ее можно только рассчитать. Во-вторых, импульс электрона внутри электрона измерить тоже проблематично.
И из реальных экспериментальных характеристик остаются у нас только спектры. Впрочем, это тоже не мало.
Но вначале немножко , все же, о расчетных способах. Для наглядности мы рассчитали несколько значений энергий для электрона в атоме водорода
А вот теперь смотрим на реальные спектры. Ну, будем надеяться, что они настоящие. Ю.К. Земцов, К.В. Бычков, Курс лекций по атомной физике.
Правда, единицы для нас немного неудобны, поэтому длины волн мы пересчитаем в метрах, а энергию в Джоулях.
И самое время рассказать, что энергия квантов тут тоже – рассчитана. Сами представляете себе, как выглядят спектры, и как их получают. Ни стеклянные призмы, ни дифракционные решетки энергию не фиксируют, хотя бы потому, что это, опять же, расчетная величина. Более того, энергия не передается электрону, и не излучается им, опять же, потому, что это просто циферки. Передать можно, например, импульс. Поэтому мы еще и импульс посчитаем у наших фотонов, тем более, что импульс при неупругом столкновении (поглощении/излучении) сохраняется, а энергия, вообще-то, нет. Ну, она переходит в другие виды цифр. Мы бы на этом не заострялись, но есть очень большая разница чего передавать: импульс или энергию. Например, если передать электрону энергию фотона 2.186*10^-18 Дж, то скорость электрона и его импульс окажутся
Таким образом, импульс электрона окажется намного больше, чем импульс возбудившего его фотона.
В общем, при одинаковых импульсах, энергии электрона и фотона – разные. Зато нет чудес в свете законов сохранения. Да и нет у фотона никакой кинетической энергии.
Получилась у нас такая вот табличка.
А интересного из этой таблички следует то, что:
Правда, чем дальше в лес – появляются небольшие расхождения. Может, начинают влиять остальные серии.
Вероятно, электрон и движется по какой-то орбите, и даже имеет соответствующую энергию, «перепрыгивание» на другой уровень происходит явно в другом направлении, поэтому расчет по формуле из учебника как-то не очень-то согласуется со спектром.
Никаких далеко идущих выводов мы пока делать не можем, но интересная закономерность налицо. При этом, энергии фотонов подчиняются той же закономерности, а кинетические энергии электронов – нет.
P/S: С прискорбием должны констатировать тот факт, что "передача энергии" как таковой, засела в головах очень прочно. Мы уже высказывались на эту тему, но если кратко, то:
Представьте себе, что мы Вам показали циферку 400Дж, и даже листик с этими циферками в руки дали. Однако Вам от этого ни жарко, ни холодно. А теперь представьте, что мы разогнавшись до 4м/с банально в Вас врезались. Прочувствуете обязательно, хотя если в тех же циферках, то их меньше, всего 200кгм/с. В первом случае мы "передали энергию", а во втором - импульс.
Энергия вполне себе достойная величина, когда речь идет о данном конкретном объекте, его массе и скорости. Из ЕГО массы и скорости можно вычислить ЕГО энергию. Когда речь идет о чьей-то другой энергии, то лучше пользоваться импульсом. Во первых, энергию, все равно нельзя передать, а во-вторых, это чужие масса и скорость. Давайте для наглядности передадим энергию какого-нибудь кванта из наших табличек Земле.
И все это из-за какого-то несчастного фотона.