論電子結(jié)構(gòu)與原子光譜現(xiàn)象.doc

論電子結(jié)構(gòu)與原子光譜現(xiàn)象譚星軍 1.電子發(fā)光 原子是如何發(fā)光的？要弄清這個(gè)問(wèn)題首先必須明白光子是由原子的哪一部分發(fā)出的。我們知道，原子是由原子核和核外的電子組成的，原子核的結(jié)合能很大，不可能發(fā)出光子，所以光子只可能是電子發(fā)出的。在化學(xué)反應(yīng)中伴隨著電子的得失，常常有能量(光子)放出，光電效應(yīng)、激光現(xiàn)象及其它一些實(shí)驗(yàn)也證明了光子是由電子發(fā)出的，所以可以肯定原子發(fā)光其實(shí)是電子發(fā)出光子。既然電子可以放出光子，那么光子必然是電子的組成部分，或者說(shuō)電子有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，光子是其組成部分之一；由于光子不帶電，說(shuō)明電子內(nèi)部電荷的分布是不均勻的，因?yàn)槿绻娮觾?nèi)部電荷是均勻分布的，則光子就應(yīng)該帶電。原子中原子核和電子之間的距離很小，它們之間的靜電力很強(qiáng)，因?yàn)殡娮觾?nèi)部電荷分布不均勻，所以在原子核強(qiáng)大的靜電力作用下電子內(nèi)部電荷將重新分布，甚至可能發(fā)生裂變，這就為電子放出光子創(chuàng)造了條件。當(dāng)電子裂變放出光子后，它的各個(gè)組成部分結(jié)合的更加緊密，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候可能吸收一個(gè)光子，這就為電子吸收光子儲(chǔ)存能量創(chuàng)造了條件。而電子正是通過(guò)不停地吸收、放出光子來(lái)和外界交換能量的。稍后我們將看到，原子正是通過(guò)電子不斷吸收、放出光子來(lái)和外界完成能量交換的。一般來(lái)說(shuō)，電子質(zhì)量越大其內(nèi)部各部分結(jié)合的越松散，在靜電力作用下越容易發(fā)生裂變；電子質(zhì)量越小其內(nèi)部各部分結(jié)合的越緊密，在靜電力作用下越不容易發(fā)生裂變。與原子核“幻數(shù)”相似，總有特定質(zhì)量的電子的結(jié)合力相當(dāng)大，比其它質(zhì)量電子的結(jié)合力大許多，這些特定質(zhì)量的電子往往對(duì)應(yīng)于某些穩(wěn)定的軌道。有人認(rèn)為物質(zhì)發(fā)光是由于物質(zhì)中的原子或分子受到擾動(dòng)的結(jié)果，認(rèn)為光子是由原子或分子發(fā)出的。其實(shí)這是一種錯(cuò)誤的看法。我們知道，原子是由原子核和核外電子組成的，光子是一種物質(zhì)實(shí)體，或者是由原子核發(fā)出的，或者是由電子發(fā)出的，除此以外再?zèng)]有別的選擇。說(shuō)光子是由原子發(fā)出的，這是一種不確切的說(shuō)法。 2.原子核和電子之間的磁力作用 兩個(gè)相距一定距離的異種點(diǎn)電荷在靜電力作用下必然會(huì)吸引在一起，因?yàn)殪o電力作用在兩點(diǎn)電荷連線上。而原子核和電子不會(huì)吸引在一起。這就啟示我們?cè)谠雍撕碗娮又斜厝淮嬖谝环N其它作用力。這個(gè)力就是原子核和電子之間的磁力。我們知道，在通以相同方向電流的兩條平行導(dǎo)線間會(huì)產(chǎn)生磁力作用，在磁力作用下它們將彼此吸引，原子核和電子的相向運(yùn)動(dòng)正相當(dāng)于通以相同方向電流的兩條平行導(dǎo)線，在它們之間也將產(chǎn)生磁力作用。靜電力的作用總是使電子獲得指向原子核的向心速度，而原子核和電子之間的磁力則使電子獲得切向速度，并且原子核和電子之間的相對(duì)速度越大，它們之間的磁力也越大。當(dāng)原子核和電子之間彼此相對(duì)靜止在一定遠(yuǎn)處時(shí)，在靜電力和磁力的共同作用下，它們并不會(huì)吸引在一起。因?yàn)殪o電力使電子獲得向心速度，磁力使電子獲得切向速度，電子并不是沿著直線靠近原子核，而是沿著螺旋線靠近原子核。開(kāi)始時(shí)螺旋線的半徑為無(wú)窮大，電子作直線運(yùn)動(dòng)；一旦電子相對(duì)原子核的速度不為零，磁力開(kāi)始起作用，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡開(kāi)始發(fā)生彎曲；當(dāng)電子與原子核靠近到一定的距離時(shí)，電子和原子核之間的靜電力恰好等于電子作圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，此時(shí)電子處于平衡狀態(tài)，螺旋線變成了圓。同樣在電子離開(kāi)原子核時(shí)也是沿著螺旋線運(yùn)動(dòng)的。在靜電力作用下，電子總要盡量靠近原子核，在磁力作用下，電子有遠(yuǎn)離原子核的離心趨勢(shì)，正是在這兩種力作用下，電子處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)中。電子在原子核中處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，它的軌跡是圓。因?yàn)楫?dāng)電子的軌跡不是圓時(shí)，它總要受到磁力的作用，這個(gè)力使電子的切向速度增加、運(yùn)動(dòng)軌跡向圓靠近。而電子受磁力作用時(shí)它的運(yùn)動(dòng)軌跡就要發(fā)生變化，就不是穩(wěn)定的，只有當(dāng)電子的軌跡是圓時(shí)才不受磁力的作用，所以說(shuō)電子在原子核中的穩(wěn)定軌跡是圓。太陽(yáng)系中的行星在太陽(yáng)引力作用下，其運(yùn)動(dòng)軌跡可以是圓或橢圓，但在原子系統(tǒng)中，電子在原子核靜電力作用下，其穩(wěn)定軌跡只可能是圓而不可能是橢圓。 3.基態(tài)電子的穩(wěn)定性處于基態(tài)的電子為什么是穩(wěn)定的？為什么不會(huì)被原子核吸收？人們通常認(rèn)為：做加速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)向外輻射能量.如果電子在原子核中做圓周運(yùn)動(dòng)，則它就有加速度，必然會(huì)不斷地向外輻射電磁波，隨著電子能量的減小它將沿著螺旋線落入原子核中，這樣整個(gè)原子就是不穩(wěn)定的，然而事實(shí)并非如此。于是人們推測(cè)電子在原子核中不可能做圓周運(yùn)動(dòng)。我們認(rèn)為以上推斷是錯(cuò)誤的，電子的確在原子核中做圓周運(yùn)動(dòng)，其理由如下：第一，電子輻射電磁波并不是一個(gè)只出不進(jìn)的過(guò)程。電子時(shí)刻不停地向外輻射能量，也在時(shí)刻不停地吸收光子，這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過(guò)程。如果電子吸收的能量大于其輻射的能量則原子的溫度升高，如果電子吸收的能量小于其輻射的能量則原子的溫度降低，倘若沒(méi)有外界能量輸入，原子總會(huì)由于向外輻射能量而降低溫度，只要物體的溫度在絕對(duì)零度以上就會(huì)向外輻射電磁波。第二，電子在原子中的質(zhì)量并非一成不變的。一般而言，電子離核越近質(zhì)量越小，離核越遠(yuǎn)質(zhì)量越大(這一點(diǎn)我們稍后證明)。第三，電子和原子核之間并非只有靜電力作用，還存在磁力作用。正因?yàn)榇帕ψ饔玫拇嬖谑闺娮釉诳拷雍藭r(shí)切線速度不斷增大，從而使其離心力逐漸增大，以致于可以與靜電力抗衡維持電子在原子核中的穩(wěn)定。這里需要我們證明隨著電子離核距離的減小，離心力的增加速度大于靜電力的增加速度。 設(shè)電子穩(wěn)定時(shí)質(zhì)量為M，速度為V，與原子核相距R，原子核電量為Q，此時(shí)靜電力F正好等于電子作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，離心力大于靜電力，所以此時(shí)電子作離心運(yùn)動(dòng)，將回到距核R的軌道上。同樣當(dāng)電子受到遠(yuǎn)離原子核的擾動(dòng)后， 靜電力F大于電子作圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，電子將向原子核運(yùn)動(dòng)，最終要回到距核R的軌道上，這里不再證明。 另外我們認(rèn)為，做加速運(yùn)動(dòng)的電荷會(huì)向外輻射電磁波這個(gè)提法不夠確切，應(yīng)該說(shuō)做加速運(yùn)動(dòng)的自由電荷會(huì)向外輻射電磁波，而電子在原子核中做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)向外輻射電磁波。兩者有什么區(qū)別呢？我們知道，在原子核和電子結(jié)合成原子的過(guò)程中要向外放出能量，即自由電子要在原子核靜電力作用下裂變放出光子才能夠成為原子中的電子，原子中的電子和自由電子是有區(qū)別的。自由電子的質(zhì)量大于原子中的電子的質(zhì)量，自由電子各部分結(jié)合得較為松散， 受到外界擾動(dòng) (有加速度)時(shí)會(huì)向外輻射電磁波；而原子中的電子質(zhì)量小，各部分結(jié)合得較為緊密，受到外界擾動(dòng)(有加速度)時(shí)未必會(huì)向外輻射電磁波，只有當(dāng)外界擾動(dòng)(加速度)足夠大時(shí)才會(huì)裂變輻射電磁波，所以電子可以在原子中做圓周運(yùn)動(dòng)而并不向外輻射電磁波。 4.穩(wěn)定軌道的形成 對(duì)于處于基態(tài)的電子來(lái)說(shuō)，每秒會(huì)有許多光子與其作用。這些作用有指向原子核的，也有指向核外的。電子在吸收一個(gè)或幾個(gè)光子以后質(zhì)量增加，形成新的電子。我們先考慮指向核外的擾動(dòng)。設(shè)電子在吸收一個(gè)或幾個(gè)光子以后質(zhì)量增加為M+m，與原子核相距R+r，我們知道，一定質(zhì)量的電子總有與一條特定軌道與之對(duì)應(yīng)，比如電子的質(zhì)量為M時(shí)其軌道半徑為R，那么當(dāng)電子質(zhì)量為M+m時(shí)就可能停留在半徑為R+r的軌道。但這里我們少考慮了一個(gè)條件， 那就是質(zhì)量為M+m的電子的結(jié)合能。我們知道電子在每秒內(nèi)會(huì)受到許多光子的擾動(dòng)，假設(shè)質(zhì)量為M+m的電子運(yùn)行在半徑為R+r的軌道上，若它受到一個(gè)指向原子核的擾動(dòng)， 離核距離變?yōu)镽+r-r，此時(shí)原子核靜電力對(duì)它的作用增強(qiáng)，若它的結(jié)合能小的話則電子立即裂變放出光子重新回到其原來(lái)的軌道R上；如果質(zhì)量為M+m的電子內(nèi)部的結(jié)合能非常小，以至于受到微小的擾動(dòng)時(shí)立即裂變放出光子， 那么它在半徑為R+r的軌道上停留的時(shí)間也趨近于零， 換句話說(shuō)半徑為R+r的軌道根本不存在； 如果質(zhì)量為M+m的電子內(nèi)部的結(jié)合能非常大， 以致于受到很大的擾動(dòng)時(shí)它才裂變放出光子， 那么電子就能夠在半徑為R+r的軌道上停留一段時(shí)間，這段時(shí)間就是原子的平均壽命。假設(shè)有一群電子處于同一激發(fā)態(tài)，由于每個(gè)電子受到的擾動(dòng)情況不一樣，有的電子受到的擾動(dòng)大有的電子受到的擾動(dòng)小，而只有電子受到足夠大的擾動(dòng)并運(yùn)動(dòng)到離核足夠近的地方才會(huì)裂變放出光子，所以電子裂變回到基態(tài)的時(shí)間也不一樣。處于同一激發(fā)態(tài)的原子的平均壽命和兩個(gè)因素有關(guān)：一是電子的結(jié)合能，二是電子受到的擾動(dòng)。電子內(nèi)部的結(jié)合能與原子核“幻數(shù)”相似，只有特定質(zhì)量的電子的結(jié)合能才是很大的，所以電子的軌道也是特定的、不連續(xù)的，其它質(zhì)量的電子由于結(jié)合能很小，裂變時(shí)間極短，所以它們不可能穩(wěn)定停留在原子中，也形成不了穩(wěn)定軌道甚至根本就沒(méi)有軌道。我們?cè)賮?lái)考慮指向原子核的擾動(dòng)。設(shè)電子在吸收一個(gè)或幾個(gè)光子以后質(zhì)量增加為M+m，與原子核相距R-r，此時(shí)原子核對(duì)電子的靜電力增強(qiáng)，電子立即裂變放出質(zhì)量為m的光子， 由前面的證明我們知道，此時(shí)電子的速度增大，離心力大于靜電力， 電子最終將停留在半徑為R的穩(wěn)定軌道上。也許有人會(huì)懷疑，這樣看來(lái)電子可能存在的穩(wěn)定軌道豈不是唯一的了？實(shí)際上由于電子在原子核外有幾個(gè)不同的穩(wěn)定質(zhì)量，所以它也有幾條穩(wěn)定軌道，一定的質(zhì)量總是與某一條特定軌道相對(duì)應(yīng)。從這里我們可以看出，電子在原子核中的穩(wěn)定軌道往往對(duì)應(yīng)于電子結(jié)合能極大的質(zhì)量，結(jié)合能小的質(zhì)量由于在原子中不穩(wěn)定因而不會(huì)形成穩(wěn)定軌道。 5.電子結(jié)構(gòu)與不同躍遷軌道 對(duì)于處于同一激發(fā)態(tài)的一群電子而言， 設(shè)電子的質(zhì)量為M+m，它們可能會(huì)有不同的躍遷軌道，放出的光子的能量(質(zhì)量)也不同，但總是躍遷到離核近的電子放出的光子的能量(質(zhì)量)大。電子從激發(fā)態(tài)回到基態(tài)的過(guò)程并不是先放出光子再回到基態(tài)，而是先回到比基態(tài)更近的地方放出光子然后才回到基態(tài)。當(dāng)電子回到離核R-r處時(shí)， 在靜電力作用下電子裂變放出質(zhì)量為m的光子，此時(shí)離心力大于靜電力，電子將回到半徑為R的穩(wěn)定軌道上。那么電子為什么會(huì)有多條躍遷軌道呢？這說(shuō)明處于同一激發(fā)態(tài)的電子內(nèi)部結(jié)構(gòu)(結(jié)合力)不同，有的結(jié)合力大，有的結(jié)合力小，結(jié)合力小的光子在離核較遠(yuǎn)的地方裂變，放出的光子能量也較??；結(jié)合力大的光子在離核較近的地方裂變，放出的光子能量也較大，電子的躍遷方式是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。同一質(zhì)量的電子可能有多種裂變方式，再次向我們說(shuō)明電子具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在考慮原子光譜時(shí)一定要考慮電子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。處于激發(fā)態(tài)的電子在向基態(tài)躍遷時(shí)會(huì)發(fā)出光子；把原子的內(nèi)層電子打掉以后外層電子會(huì)放出光子并向離核更近的軌道躍遷。這些現(xiàn)象啟示我們：電子離核越近質(zhì)量越小，電子離核越遠(yuǎn)質(zhì)量越大。從這里也可以看出，電子質(zhì)量越小其內(nèi)部結(jié)合力越大。因?yàn)殡x核越近電子受到的靜電力越大，而電子能夠穩(wěn)定存在說(shuō)明其內(nèi)部結(jié)合力越大。在同一個(gè)原子中，內(nèi)層電子的質(zhì)量小于外層電子的質(zhì)量；同一個(gè)電子離核越近質(zhì)量越小。人們發(fā)射的人造衛(wèi)星可以設(shè)定軌道，其軌道變化可以是連續(xù)的，但對(duì)原子核中的電子來(lái)說(shuō)，其軌道變化則是不連續(xù)的。怎樣理解這一點(diǎn)呢？讓我們做一個(gè)假想實(shí)驗(yàn)。把兩個(gè)帶異種電荷的點(diǎn)電荷放置在一定遠(yuǎn)處，并且假定它們之間除了靜電力以外不在受到其它力的作用，則最終它們將互相吸引在一起。無(wú)論怎樣改變這兩個(gè)電荷的質(zhì)量、電量，結(jié)果都是相同的。這說(shuō)明：用宏觀電荷不可能模擬原子核和電子之間的作用力。說(shuō)到這里，好事者馬上就會(huì)解釋，因?yàn)楹暧^電荷物質(zhì)波的波長(zhǎng)極短而電子物質(zhì)波的波長(zhǎng)較大，所以用宏觀電荷不可能模擬原子核和電子之間的作用力。換一個(gè)角度來(lái)說(shuō)，宏觀物質(zhì)和微觀物質(zhì)是有區(qū)別的，用宏觀物質(zhì)不能模擬微觀物質(zhì)。但區(qū)別究竟在哪里？一個(gè)是宏觀物質(zhì)而另一個(gè)是微觀物質(zhì)，這個(gè)解釋近乎無(wú)聊了。還是讓我們來(lái)仔細(xì)分析為什么用宏觀電荷不可能模擬原子核和電子之間的作用力。我們知道，在靜電力作用下，電子和原子核開(kāi)始時(shí)相向運(yùn)動(dòng)，而后在磁力作用下沿著螺旋線相互靠近，正是由于原子核和電子之間的磁力使電子獲得了繞原子核運(yùn)動(dòng)的切向加速度，并使整個(gè)原子處于穩(wěn)定狀態(tài)。那么，兩個(gè)宏觀點(diǎn)電荷之間的運(yùn)動(dòng)軌跡為什么是一條直線呢？這是因?yàn)楹暧^電荷的荷質(zhì)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原子核和電子的荷質(zhì)比，在靜電力作用下宏觀點(diǎn)電荷獲得的最終速度也小得可憐，因此宏觀點(diǎn)電荷之間因相對(duì)運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的磁力也微乎其微，近似于零。所以宏觀點(diǎn)電荷在靜電力作用下表現(xiàn)為相向運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡接近直線。從這里我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：雖然靜電力作用在兩個(gè)電荷的連心線上，但是僅在靜電力作用下，電荷的運(yùn)動(dòng)軌跡不一定就是直線，兩個(gè)電荷的荷質(zhì)比越小，其運(yùn)動(dòng)軌跡越接近直線，反之則越接近曲線。那么，如果宏觀點(diǎn)電荷的荷質(zhì)比足夠大甚至可以與原子核或電子相比時(shí)，是否可以用宏觀點(diǎn)電荷模擬原子核和電子相之間的作用呢？也不能！如果宏觀點(diǎn)電荷的荷質(zhì)比足夠大，甚至可以與原子核或電子相比，那么這樣的兩個(gè)異種電荷在靜電力作用下會(huì)沿著螺旋線相互接近，最終會(huì)處于穩(wěn)定狀態(tài)，但由于宏觀點(diǎn)電荷的質(zhì)量不會(huì)發(fā)生變化，因此最多只能形成一條穩(wěn)定軌道，而不可能象電子那樣在原子核中有多條穩(wěn)定軌道。 在多電子原子中，各電子間有什么主要區(qū)別呢？有人認(rèn)為離核越近的電子能量越低，越不容易失去；離核越遠(yuǎn)電子能量越高越容易失去，但這還不是最主要的區(qū)別。多電子原子中各電子間最主要的區(qū)別在于它們的質(zhì)量不同。離核越近的電子質(zhì)量越小，離核越遠(yuǎn)的電子質(zhì)量越大，同一個(gè)原子中沒(méi)有兩個(gè)質(zhì)量相同的電子存在。在氫原子中也是電子離核越近質(zhì)量越小，離核越遠(yuǎn)質(zhì)量越大。 6.原子的吸收光譜和明線光譜 在原子的吸收光譜中，只有特定能量的光子才被電子吸收；在原子的明線光譜中，同樣也只能發(fā)出特定能量的光子。于是人們認(rèn)為電子只能吸收或發(fā)出特定能量的光子。我們知道，只要物體的溫度在絕對(duì)零度以上，就會(huì)向外發(fā)射電磁波，物質(zhì)的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜。那么其它能量的光子是由哪一部分發(fā)出又是如何發(fā)出的呢？顯然還是由電子發(fā)出的，因?yàn)樵雍瞬豢赡馨l(fā)出光子。當(dāng)我們用電子束轟擊汞原子蒸汽時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)電子的能量為某些特定值時(shí)，汞原子強(qiáng)烈地吸收其能量；對(duì)于其它能量的電子汞原子只吸收其一部分能量。汞原子只吸收電子束的能量實(shí)際是汞原子中的電子吸收電子束的能量。可見(jiàn)， 原子中的電子可以吸收各種能量(質(zhì)量)， 但對(duì)特定的能量(質(zhì)量)吸收能力十分強(qiáng)。在原子的吸收光譜中，電子可以吸收各種能量的光子，只不過(guò)大部分光子被電子吸收后與電子的結(jié)合能并不大，受到微小的擾動(dòng)后立即放出光子，由于該過(guò)程極短，所以當(dāng)連續(xù)光通過(guò)原子蒸汽時(shí)，大部分光子被吸收后又很快放出，看起來(lái)似乎沒(méi)有與原子作用，只有極少數(shù)具有特定能量的光子與電子的結(jié)合力極大，這類光子被吸收后要保持一段時(shí)間才可能放出，故吸收光譜會(huì)出現(xiàn)幾條暗線。至于原子的明線光譜，與其說(shuō)是明線光譜還不如說(shuō)原子的發(fā)射光譜中有幾條線特別亮。這是因?yàn)樘幱诩ぐl(fā)態(tài)的電子比別的能量狀態(tài)的電子穩(wěn)定，停留的時(shí)間較長(zhǎng)，所以在一群原子中處于激發(fā)態(tài)的電子數(shù)目總比別的狀態(tài)的電子數(shù)目多，因而它們發(fā)出的光也更亮一些。事實(shí)上原子的發(fā)射光譜不僅僅是明線光譜，明線光譜只是原子發(fā)射光譜中極個(gè)別的具有代表性的光子，原子幾乎可以發(fā)出小于一定能量的任何光子。電子在原子中時(shí)刻不停地吸收各種能量的光子，由于電子與絕大部分光子的結(jié)合力都不大，所以電子也在時(shí)刻不停地放出各種能量的光子，因此物質(zhì)的發(fā)射光譜往往是連續(xù)光譜。 許多人都認(rèn)為原子只能吸收特定能量的光子，原子也只能放出幾種特定能量的光子，因?yàn)樗麄兛吹皆拥奈展庾V中僅有幾條特定頻率的暗線，而子的發(fā)射光譜也僅僅是幾條特定頻率的明線而已。其實(shí)這種看法是錯(cuò)誤的。我們不妨這樣分析，若原子只能吸收特定能量的光子，則只有特定能量的幾種光子對(duì)物體具有明顯的熱效應(yīng)，并且每種物質(zhì)的敏感光子不同。實(shí)際上并非如此。我們知道，紅外線具有顯著的熱效應(yīng)，對(duì)任何物質(zhì)都是如此。此外，物質(zhì)的發(fā)射光譜是連續(xù)光譜，這也說(shuō)明原子或分子的吸收（或發(fā)射）出的光子是廣譜性的。為了充分理解這個(gè)問(wèn)題，需要作進(jìn)一步的說(shuō)明?，F(xiàn)代物理學(xué)指出：氫原子吸收的光子能量只能是13.6/n*n電子伏（這里n取自然數(shù)），也就是13.6 、3.4、 1.5電子伏， 并且認(rèn)為對(duì)于10電子伏、3電子伏這樣的其它能量的光子不會(huì)被電子吸收。我們認(rèn)為：電子吸收的光子能量是連續(xù)的， 對(duì)于10電子伏、3電子伏這樣的其它能量的光子同樣會(huì)被電子吸收，只不過(guò)電子吸收這些光子后，電子和光子的結(jié)合能不夠大形不成穩(wěn)定的軌道，所以電子又很快放出該光子，由于作用時(shí)間極短，以致于我們誤認(rèn)為電子沒(méi)有吸收光子。換一個(gè)角度來(lái)考慮，當(dāng)大量的原子吸收了能量連續(xù)的光子時(shí)，由于大部分電子與光子的結(jié)合力都不大，所以這些電子在極短的時(shí)間內(nèi)（設(shè)為t）就會(huì)裂變放出光子， 而能量為13.6 、3.4、 1.5電子伏的光子與電子的結(jié)合力很大，所以電子裂變放出光子的時(shí)間也很長(zhǎng)，如果這個(gè)時(shí)間是100t，則電子放出相應(yīng)的光子也比其它光子亮100倍；如果這個(gè)時(shí)間是1000t，則電子放出相應(yīng)的光子也比其它光子亮1000倍，這樣，在原子的明線光譜中自然就形成幾條特殊的亮線了。由此我們得出一個(gè)結(jié)論：在原子的發(fā)射光譜中，任意一條譜線的亮度與處于相應(yīng)激發(fā)態(tài)的原子的平均壽命成正比，原子的平均壽命越長(zhǎng)，譜線的亮度越大；原子的平均壽命越短，線的亮度越小。當(dāng)然這有個(gè)前提，那就是被原子吸收的連續(xù)光譜中各種能量的光子是平均分布的。 7.熱現(xiàn)象的本質(zhì) 由于電子時(shí)刻不停地受到光子的擾動(dòng)，不斷地吸收各種能量的光子，也不停地放出各種能量的光子，所以電子在原子核中并不是處于穩(wěn)定狀態(tài)，它的運(yùn)動(dòng)軌跡也不是正圓。一般來(lái)說(shuō)，溫度越高，電子受到的擾動(dòng)越大，其運(yùn)動(dòng)軌跡偏離圓形的趨勢(shì)越明顯；溫度越低，電子受到的擾動(dòng)越小，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡越接近圓(只有在絕對(duì)零度時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡才可能是正圓)。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，原子模型可以看作是盧瑟福的行星模型和電子云模型的結(jié)合：溫度越高，原子模型越接近行星模型；溫度越低，原子模型越接近電子云模型(但在某一瞬間，電子在原子核中有確切的位置)。溫度的高低反映了電子偏離穩(wěn)定軌道程度的大小，單個(gè)原子(分子)也有溫度。電子偏離圓形軌道的程度越大，表明該原子的溫度越高，電子裂變后放出的能量也越大。所以溫度升高時(shí)物體發(fā)出的電磁輻射向短波方向移動(dòng)。對(duì)于溫度一定的物體來(lái)說(shuō)，它內(nèi)部包含了大量的原子，這些原子中的電子由于受到的擾動(dòng)大小不同，它們裂變放出光子的質(zhì)量也不同，但大致滿足正態(tài)分布，即發(fā)出的光子中能量特別大的和能量特別小的都是極少數(shù)。由前面的論述我們知道，電子在原子核中的能量大小并非定值：電子離核越遠(yuǎn)電勢(shì)能越大，離核越近電勢(shì)能越小。與宏觀電荷一樣，電子的電勢(shì)能是其與原子核距離的函數(shù)，電子和原子核間的作用力服從庫(kù)侖定律。溫度越高，電子離核越遠(yuǎn)，電勢(shì)能也越大，因而也越容易失去；溫度越低，電子離核越近，電勢(shì)能也越小，也越不容易失去。 什么是熱現(xiàn)象呢？這似乎是不是問(wèn)題的問(wèn)題。人們通常認(rèn)為：熱現(xiàn)象是大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映，溫度越高分子的平均速率越大，溫度越低分子的平均速率越小。果真如此嗎？我們知道，太陽(yáng)時(shí)刻不停地向外拋射高能粒子，這些粒子的速度接近光速，宇宙中其它恒星也在不停地向外拋射高能粒子，所以在宇宙空間任何地方，都有許多高能粒子正在做雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)，這些粒子的速度通常都接近光速或亞光速。這樣看來(lái)宇宙空間的溫度應(yīng)該很高(至少比恒星內(nèi)部高)，宇宙空間應(yīng)該是很明亮的。但事實(shí)上，宇宙空間是漆黑的一團(tuán)，溫度只超過(guò)絕對(duì)零度一點(diǎn)。這說(shuō)明粒子運(yùn)動(dòng)速度大未必溫度就很高，物體的溫度不是由組成它的原子(分子)的平均運(yùn)動(dòng)速度決定的。溫度升高，原子(分子)的平均速度增大。但反過(guò)來(lái)，原子(分子)的平均速度增大并不意味著溫度升高。我們知道，只要物體的溫度在絕對(duì)零度以上就會(huì)向外輻射電磁波，而物質(zhì)向外輻射電磁波的原因是電子受到擾動(dòng)后在靜電力作用下放出光子，并且光子受到的擾動(dòng)越大放出的光子能量也越大，相應(yīng)的物體的溫度也越高。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，原子是儲(chǔ)存熱量的最小單位，單個(gè)原子也有溫度，因?yàn)樗梢詢?chǔ)存熱能。但單個(gè)的帶電粒子如質(zhì)子、電子在不受外界任何擾動(dòng)時(shí)，即便速度再大也不會(huì)向外界釋放能量，因此它們都不能儲(chǔ)存熱能，因而也沒(méi)有溫度。應(yīng)該看到，原子(分子)的高速運(yùn)動(dòng)所具有的能量?jī)H僅是動(dòng)能而不是熱能，和宏觀物體一樣，速度大未必溫度高。宏觀物體的速度與其溫度無(wú)關(guān)，原子(分子)也是如此。一個(gè)原子(分子)的速度比其它原子(分子)的速度大，只能說(shuō)明它的動(dòng)能大，儲(chǔ)存的熱能未必就多。熱能僅儲(chǔ)存于原子核和電子形成的原子體系中，兩者中缺少任何一個(gè)都不能儲(chǔ)存熱能。在日常生活中我們用紅外線(微波)加熱而不用紫外線，紫外線的熱效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于紅外線(微波)。這是因?yàn)榧t外線(微波)光子的質(zhì)量小，和原子中電子的結(jié)合力大(包括內(nèi)層電子)， 而紫外線和原子中電子的結(jié)合力小(它幾乎不與內(nèi)層電子作用)，所以紅外線往往容易被物體吸收，其熱效應(yīng)當(dāng)然比紫外線強(qiáng)。再進(jìn)一步考慮，什么是熱現(xiàn)象呢？熱現(xiàn)象和溫度之間有什么關(guān)系呢？我們認(rèn)為：對(duì)一個(gè)物體而言，倘若它儲(chǔ)存了熱能它就有溫度，并且它儲(chǔ)存的熱能越多它的溫度就越高，反之則溫度越低；倘若物體沒(méi)有儲(chǔ)存熱能則它就沒(méi)有溫度或者說(shuō)它的溫度是絕對(duì)零度；倘若物體不能儲(chǔ)存熱能，則用溫度來(lái)衡量該物體是沒(méi)有意義的。我們知