Naștere |
1 st luna mai 1825 Lausen |
---|---|
Moarte |
12 martie 1898(la 72 de ani) Basel |
Naţionalitate | elvețian |
Instruire |
Institutul de Tehnologie Karlsruhe Universitatea din Basel Humboldt Universitatea din Berlin |
Activități | Fizician , matematician , profesor universitar |
Lucrat pentru | Universitatea din Basel |
---|---|
Camp | Matematică |
Johann Jakob Balmer născut pe1 st luna mai 1825în Lausen și a murit pe12 martie 1898la Basel era un fizician și matematician elvețian cunoscut pentru că a stabilit formula Balmer , adică legea care permite legarea între liniile spectrale ale hidrogenului în domeniul vizibil .
Johann Jakok Balmer era fiul lui Johann Jakob Balmer, judecător și președinte al instanței, și al Elisabeth Rolle. A urmat mai întâi școala în Liestal și apoi a mers la liceul din Basel. Apoi a studiat filologia și matematica la Universitatea din Basel. Apoi a studiat arhitectura la Universitatea din Karlsruhe și la Universitatea Friedrich-Wilhelms din Berlin. Și-a obținut doctoratul în matematică în 1849 de la Universitatea din Basel cu o teză despre cicloidă . Din 1859 și până la moartea sa, a predat matematică la o școală de fete din Basel. Din 1865 până în 1890 a fost lector de geometrie descriptivă la Universitatea din Basel.
Pe lângă activitățile sale de predare și cercetare, a fost interesat de o mare varietate de subiecte. Era pitagoric . El credea în funcția primară a numerelor întregi în arhitectură și în natură: numărul treptelor piramidelor sau dimensiunile templului Ierusalimului sau ale templelor grecești. El făcea cercetări cabalistice și numerologice.
Balmer a fost, de asemenea, un om angajat politic și social. A scris tratate despre locuințe sociale, igienă, filosofie, știință și religie. A stat la Marele Consiliu din Basel. A fost inspector școlar. A participat la Sinodul Bisericii.
În 1868, la vârsta de 43 de ani, s-a căsătorit cu Christine Pauline Rinck, fiica unui pastor din Grenzach ( Baden ). Cuplul a avut șase copii.
În 1862, fizicianul suedez Anders Jonas Ångström a identificat patru linii ale atomului de hidrogen printre liniile Fraunhofer din spectrul solar. În 1868 a publicat măsurători foarte precise ale lungimilor lor de undă cu o unitate egală cu 10-10 m pe care spectroscopiștii și astronomii au numit-o apoi Ångström și au notat Å:
Stingrays Fraunhofer | Liniile de hidrogen | Lungimi de undă (Å) |
---|---|---|
VS | 6562.10 | |
F | 4860,74 | |
f | 4340,10 | |
h | 4101.20 |
Mulți fizicieni au încercat, în zadar, să găsească o expresie matematică care să raporteze aceste patru lungimi de undă. La începutul anilor 1880, Eduard Hagenbach-Bischoff , profesor de matematică la Universitatea din Basel, conștient de pasiunea lui Balmer pentru numere, i-a sugerat să analizeze problema. Balmer a observat că aceste numere formează o secvență care converge la Å . Prin împărțirea lungimii de undă a fiecărei linii la valoarea limită, a obținut o nouă serie de coeficienți care ar putea fi exprimați sub formă fracționată: 9/5, 4/3, aproximativ 8/7 și 9/8. Pentru un matematician obișnuit să manipuleze numere întregi, a fost ușor să scrie:
Prin urmare, a apărut că lungimile de undă ale celor patru linii vizibile ale hidrogenului ar putea fi calculate printr-o formulă simplă, numită formula lui Balmer:
Pentru a lua o notație modernă, termenul care înseamnă lungimea de undă a liniei de hidrogen corespunzător coeficientului este înlocuit cu și termenul , numit constanta Balmer, este înlocuit cu pentru a evita confundarea acestuia cu constanta lui Planck . Formula lui Balmer devine:
cu , și ÅValorile lungimii de undă date de formulă difereau de valorile măsurate de Ångström numai printr-o abatere mai mică de 1 / 40.000. Încrezător de corectitudinea formulei sale, Balmer a remarcat că aceste diferențe foarte mici erau „o mărturie”. magnific pentru conștientizarea și grija cu care Ångstrom trebuie să-și fi efectuat operațiunile de măsurare ” .
Seria a patru linii de hidrogen identificate de Ångström, constituie ceea ce se numește acum seria Balmer . Este remarcabil faptul că Balmer a publicat primul său articol științific în 1885, la vârsta de 61 de ani, și că acest articol a fost suficient pentru a-l transforma într-un fizician renumit atunci când nu arătase niciodată interes pentru această disciplină. Al doilea și ultimul său articol despre fizica matematică, dedicat, de asemenea, studiului spectrelor de linie, a fost publicat în 1897.
În articolul său din 1885, Balmer anticipa trei evoluții:
Formula lui Balmer și constanta lui Balmer sunt valabile numai pentru . În urma lucrărilor fizicianului suedez Johannes Rydberg (1888) și a fizicianului elvețian Walther Ritz (1903), formula lui Balmer ar putea fi generalizată pentru ansamblu:
Å cuDacă împărțim numărătorul și numitorul formulei Balmer generalizate la :
LANe dăm seama că atunci când , .
Este valoarea limită către care tind lungimile de undă ale liniilor succesive ale seriei definite de când crește.
Celelalte serii prezise au fost demonstrate experimental:
Rydberg se angajase, de asemenea, în același timp cu Balmer, să caute o ecuație care să explice distribuția liniilor și seria spectrală a elementelor. În loc să ia în considerare lungimile de undă, a luat în calcul inversele acestora. Lucrând la spectrele cunoscute a douăzeci de metale, a ajuns la următoarea ecuație:
în care este frecvența spațială a liniei și sunt constante specifice fiecărei serii, este un număr întreg, numărul de ordine al liniei și o constantă universală, valabilă pentru toate seriile și toate elementele. Frecvența spațială este legată de numărul de undă prin formulă
Atunci Rydberg a aflat de opera lui Balmer în 1886. El a re-exprimat formula lui Balmer în termeni de frecvență spațială:
El a dedus că, pentru hidrogen, cel mai simplu element, parametrii ecuației sale au luat valorile: și
și constanta universală pe care Ritz numit Rydberg constantă , a fost egal cu sau .
Formula Rydberg-RitzRydberg nu a fost mai interesat de spectrul hidrogenului, deoarece avea doar o serie cunoscută, seria Balmer și toată munca sa s-a bazat pe compararea seriei. Walter Ritz a început studiile lui Balmer și Rydberg în teza sa de doctorat în 1903. El a re-exprimat în special ecuația generală Balmer sub forma frecvenței spațiale, o ecuație cunoscută astăzi sub numele de formula Rydberg sau Rydberg-Ritz:
unde este un număr întreg (indicele seriei) și este un număr întreg (indicele liniei).
Walther Ritz a subliniat că orice frecvență spațială a unei linii a spectrului atomului de hidrogen este pusă sub forma unei diferențe de doi termeni spectrali , deoarece se poate rescrie (2) sub formă ( combinația de principiu a lui Ritz ).
Se obțin formule similare pentru așa-numiții ioni hidrogenoizi , adică cu un singur electron, cum ar fi He + , cu o valoare diferită de constanta Rydberg.
Același lucru este valabil într-o oarecare măsură și pentru spectrul metalelor alcaline (care au un singur electron pe învelișul lor exterior), cu condiția ca al doilea termen să fie schimbat în cu („corecția Rydberg”).
Demonstrarea empirică a regularităților în spectrele liniilor de emisie (sau absorbție) ale atomilor a fost o mare descoperire, începutul unei noi abordări a spectroscopiei , dar mai ales i-a permis Niels Bohr să-și dezvolte modelul de atom de hidrogen, unul dintre începuturile fizicii cuantice .