4. Сколько фотонов с различной энергией могут испускать атомы водорода, находящиеся в третьем возбужденном состоянии.​

Для того чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно понимать структуру атома водорода и его возбужденные состояния.

Атом водорода состоит из ядра, которое состоит из протона, и электрона, который вращается вокруг ядра на определенных энергетических уровнях или орбитах.

Когда атом водорода поглощает энергию, например от нагревания, электроны могут перейти на более высокие энергетические уровни или орбиты. Это называется возбуждением атома.

Существует формула, называемая формулой Ридберга, которая позволяет рассчитать энергию, связанную с каждым энергетическим уровнем:

E = -13.6 / n^2

Где E - энергия, n - главное квантовое число, представляющее энергетический уровень или орбиту. Принято считать, что основное состояние атома водорода имеет n = 1.

Третье возбужденное состояние атома водорода обозначается как n = 4 (так как мы начинаем считать с основного состояния, n = 1). Используя формулу Ридберга, мы можем рассчитать энергию этого состояния:

E = -13.6 / 4^2 = -13.6 / 16 = -0.85 эВ

Теперь нам нужно узнать, сколько фотонов может испускать атом водорода в этом состоянии. Для этого мы будем использовать другую формулу, называемую формулой Планка:

E = h*f

Где E - энергия фотона, h - постоянная Планка, равная 6.63 * 10^-34 Дж * с, а f - частота фотона.

Давайте найдем энергию самого низкоэнергетического фотона, который может быть испущен атомом водорода в третьем возбужденном состоянии. Мы знаем, что энергия этого состояния составляет -0.85 эВ. Чтобы перевести энергию в электронвольты в Джоули, мы умножим ее на 1.6 * 10^-19 Джоулей / эВ.

E = -0.85 эВ * 1.6 * 10^-19 Джоулей / эВ = -1.36 * 10^-19 Джоулей

Теперь мы можем использовать эту энергию, чтобы найти частоту фотона, используя формулу Планка:

-1.36 * 10^-19 Джоулей = h * f

f = (-1.36 * 10^-19 Джоулей) / (6.63 * 10^-34 Дж * с) ≈ 2.05 * 10^14 Гц

Известно, что энергия фотона связана с его частотой через величину Планка. Теперь чтобы найти количество фотонов, мы должны разделить энергию третьего возбужденного состояния атома водорода на энергию самого низкоэнергетического фотона:

Количество фотонов = |(-0.85 эВ) / (-1.36 * 10^-19 Джоулей)| ≈ 6.25 * 10^18 фотонов

Таким образом, атомы водорода в третьем возбужденном состоянии могут испускать примерно 6.25 * 10^18 фотонов с различной энергией.