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這集主要是講氫原子光譜的解決跟如何發現光電效應
約翰·巴耳末(Johann
Balmer,1825年5月1日-1898年3月12日),瑞士數學家、物理學家。主要貢獻是建立了氫原子光譜波長的經驗公式—— 巴耳末公式。
約翰•巴耳末1825年誕生在瑞士巴塞爾鄉村的勞森(Lausen),是家中的長子。
1859年起在瑞士巴塞爾中學擔任數學教師
當時巴耳末他覺得很無聊,那到底有多無聊呢? 感覺就像獨孤九劍打盡天下無敵手一樣孤獨,沒有對手,解盡天下難題的感覺,然後他就跟物理系的教授哈根拜希抱怨,有沒有什麼難題可以解啊,哈根拜希一聽到馬上丟給氫原子光譜的難題,看可不可以推導出氫原子光譜的公式,
我們一般可見光的波長是380~750nm,但是氫原子光譜斷斷續續而且也不連續,有些亮有些不亮。
當時氫光譜見光區波段的4條譜線已經過埃姆斯特朗等人的精確測定,通過觀測恆星光譜也發現了紫外波段的10條譜線,然而它們波長的規律尚不為人所知 。
沒想到過了一陣子 約翰•巴耳末真的成功推導出氫原子光譜的經驗公式,經驗公式就是用實驗數據的結果,慢慢反推出來的公式。
其中λ是譜線的波長,B=3.6546×10-7m。
巴耳末公式計算出的波長與實際測量值的誤差不超過波長的1/40000,吻合得非常好。隨後巴耳末又繼續推算出當時已發現的氫原子全部14條譜線的波長,結果和實驗值完全符合。但是巴耳末是數學老師,他只能推導公式,物理意義他沒有辦法解釋,其實很多物理學家都可以變成數學家,但很少有數學家也可以當物理學家。物理意義後面會有人解釋(在我的某一集文章中)
1884年6月25日,巴耳末在巴塞爾自然科學協會的演講中公佈了這個公式,同年又將其發表在當地一個刊物上。
1885年又刊載在《物理、化學紀要》雜誌上。幾年後,巴耳末又發表了有關氦光譜和鋰光譜的各譜線頻率之間的類似關係。
巴耳末原為一名默默無聞的數學教師,直到年屆60歲才取得重要的成就,被視為[大器晚成]的代表。他的事蹟也因此為人們所稱道。巴耳末對於原子光譜的工作,特別是巴耳末公式的建立,對近代原子物理學的發展產生了重大影響。為紀念巴耳末,人們把氫光譜中符合巴耳末公式的譜線系命名為巴耳末系。月球表面的一個環形山也以他的名字命名為巴耳末。
他們就很喜歡這樣,為了紀念誰月球的環形山拿去,然後有些是火星的山你拿去,這些山
我個人覺得拿了也沒用,一般人根本也不知道,而且誰管你月球有幾座環形山是你的。那不如給我地球的幾座山吧,感覺還比較有價值。
大家都知道麥克斯韋方程
麥克斯韋的電磁場理論把電、磁和光三個領域綜合到了一起,具有劃時代意義。遺憾的是,但是電磁場的理論需要實驗證明。
1886年10月,德國的海因里希·赫茲(Heinrich Rudolf Hertz,1857-1894)為證實麥克斯韋的電磁理論正忙於做火花放電實驗。他的實驗裝置包括兩套放電電極,一套用於產生振蕩,發出電磁波;另一套充當接收器。當電極放電的時候,他會擊穿間隙中的空氣,就會產生電火花。這個電火花會產生電磁波,然後這個接收器是金屬圓環做的,金屬圓環也一樣有個間隙,如果這個放電電極的電火花會產生電磁波,根據麥克斯韋的電磁理論,如果他的理論是正確的話,電磁波會經由空氣傳播,傳到金屬圓環讓金屬圓環的間隙一樣產生電火花。赫茲細緻地觀察兩個放電火花之間的干涉現象及其影響因素,檢驗電磁波的存在。研究電磁波性質的實驗進行得挺成功,但赫茲並不滿足,仍在想法改進實驗裝置。
1886年12月初,他為了便於觀察,很偶然地把接收器部分用個暗箱罩上了,
實驗中他意外發現接收器的電火花變短了。這罕見的現象令赫茲百思不解,他又設置了不同的實驗條件,繼續進行細緻觀察。他變動兩套電極之間的距離、想說距離拉長看看,結果發現不是距離的問題,他又再想那是不是接收器周圍環境的問題,然後他就改變接收器周圍的氣壓,結果發現也不是,後來他分別屏蔽兩套電極、在兩套電極之間插入不同材質的金屬板等,因為金屬會屏蔽電磁波,後來發現這種現象也不是電磁的屏蔽作用,那是不是跟光的強弱有關,後來發現也不是,只是當紫外線照在負電極上時能看到電火花的最明顯效果。1887年,赫茲在《物理學年鑑》上發表了題為《論紫外光對放電的影響》的論文,描述了他的發現。該論文引起了廣泛的反響,吸引了不少物理學家對此現象進行研究。
赫茲後來回顧這段經歷時說:「在光和電現象之間,這種直接的相互作用的關係還是極其罕見的」,「這是一種令人驚奇而全然無知的效應」。這個光能變成電能的奇特效應後來被稱為光電效應。赫茲原本只是想證明電磁波的存在,卻意外的發現光電效應,後來愛因斯坦用光量子理論對光電效應提出解釋
我們晚點會說到愛因斯坦。
赫茲不但用實驗證實了電磁波的存在,還做了一系列的實驗,證明電磁波和光波一樣,能發生反射、折射、干涉、衍射等現象,並測出了電磁波的傳播速度正是光速。赫茲實驗不僅證實了麥克斯韋的電磁場理論,更為其後的無線電報、無線電廣播、電視和雷達等無線電技術的發展奠定了實驗基礎、開闢了道路。為了紀念他,後人把頻率的單位定為赫茲。
我們下一集講第三個未解之謎黑體輻射
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