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그림 (가)와 (나)는 보어(Bohr)의 수소 원자 모형에서 전자의 원… | [변리사 1차] 19년 1회차 기출문제 상세 페이지

1[변리사 1차] 19년 1회차
그림 (가)와 (나)는 보어(Bohr)의 수소 원자 모형에서 전자의 원운동 궤도와 물질파 파형을 각각 실선과 점선을 이용하여 모식적으로 나타낸 것이다. 전자의 주양자수 n(=1, 2, 3, ⋯)에 따른 에너지 준위는 문제 이미지 이다. 
문제 이미지
전자가 (나)의 상태에서 (가)의 상태로 전이할 때 방출되는 광자의 에너지는?
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해설

물질파 파형의 개수에서 (가)는 n=2n=2, (나)는 n=3n=3이므로 전이할 때 방출되는 광자의 에너지는 536∣E1∣\dfrac{5}{36}|E_1|이다.

보어 모형에서 원 궤도의 둘레는 물질파 파장의 정수배여야 하며, 그림의 점선 물질파는 궤도를 따라 (가)에서 두 개, (나)에서 세 개의 완전한 파형을 이룬다. 따라서 (가)는 n=2, (나)는 n=3의 상태다.

주어진 준위 식 En=∣E1∣n2E_n=\dfrac{|E_1|}{n^{2}}에서 두 상태의 준위 크기는 각각 ∣E1∣4\dfrac{|E_1|}{4}와 ∣E1∣9\dfrac{|E_1|}{9}이다.

방출 광자의 에너지는 두 준위의 차이므로 ∣E1∣(14−19)=∣E1∣⋅9−436=536∣E1∣|E_1|\left(\dfrac{1}{4}-\dfrac{1}{9}\right)=|E_1|\cdot\dfrac{9-4}{36}=\dfrac{5}{36}|E_1|이다.

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