Общий курс физики. Том 4. Оптика - Сивухин Д.В.
Скачать (прямая ссылка): Скачать (прямая ссылка):
0w0~[e/(mal)]El
На возможность такого расщепления указывал Фохт (1850— 1919). Однако из-за экспериментальных трудностей ему не удалось наблюдать ожидаемое явление. Трудность состояла в том, что для наблюдения эффекта требуются электрические поля E0 порядка 100 000 В/см. В обычных же газоразрядных трубках, излучающих узкие спектральные линии (например, водородной серии Бальмера), такие сильные поля создавать и поддерживать невозможно из-за сильной ионизации газа в трубках.
Штарк (1874—1957) в 1913 г. преодолел эту трудность, создавая сильное электрическое поле за катодом в узком зазоре (~1 мм) между FnK (рис. 315), в котором непрерывной откачкой поддерживался высокий вакуум, так что в этом зазоре практически не происходило ионизации частиц из-за столкновений между ними. Возбуждение свечения атомов газа происходило в другой части трубки, как в обычной газоразрядной трубке. Светящиеся атомы §93]
ЭФФЕКТ ШТАРКА
57 t
(каналовые лучи) проникали через отверстия (каналы) в катоде и попадали в пространство между F и К, где и подвергались воздействию внешнего электрического поля.
С помощью такой установки Штарку удалось наблюдать расщепление спектральных линий в электрическом поле. Это явление было названо его именем. Оно оказалось совсем не похожим на то, что ожидал Фохт. Штарк исследовал расщепление спектральных линий водородной серии Бальмера. В видимой области спектра она содержит четыре линии: Ha (X = 656,285 нм), Hp (X = = 486,132 нм), Ht (X = 434,046 нм), H5 (Й== 410,173 нм). Расщепление в водороде, а также в случае всех одноэлектронных ионов оказалось пропорциональным не второй степени электрического поля, а первой, т. е. значительно более сильным. По этой причине такое расщепление стали называть линейным эффектом Штарка.
' Картина расщепления оказалась довольно сложной и различной для различных спектральных линий. Каждая спектральная линия водорода расщеплялась на несколько компонент. Для линии Ha было найдено расщепление на 16 компонент, для Hp на 20, для Hv на 28 и для Нб на 32 компоненты. В электрическом поле E0 = 104 ООО В/см для расстояния между крайними компонентами Штарк нашел 2,3; 3,88; 5,88 и 7,5 нм для линий Ha, Hp, HY, Н§ соответственно. Эти расстояния довольно велики по сравнению с соответствующими расстояниями между крайними компонентами простого триплета Зеемана. (В поле В = 104 000 Гс для указанных линий зеемановские расщепления составляли бы соответственно 0,42; 0,23; 0,18 и 0,16 нм.)
При наблюдении поперек поля Efy компоненты поляризованы линейно, причем часть из них является гс-компонентами (у которых электрическое поле параллельно внешнему полю E0), а часть о-компонентами (у которых электрическое поле перпендикулярно к внешнему полю E0). При наблюдении вдоль поля E0 я-компо-ненты не появляются, а о-компоненты не поляризованы. Более сильные я-компоненты в общем случае лежат снаружи, а более сильные о-компоненты — внутри. Расщепление и поляризация у водорода по обе стороны от первоначальной линии симметричны; у других атомов часто встречается несимметричное расположение. Расстояния (в шкале частот) компонент от ,первоначальной линии оказались кратными наименьшему возможному расстоянию между
WOOO В 5000 - /0000 в
Рис. 315. 572
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИКА
' [ГЛ. VIII
компонентами, причем опыты показали, что последнее одно и то же для всех линий бальмеровской серии водорода. В сильных полях (превосходящих примерно 100 ООО В/см) были обнаружены отступления от линейной зависимости между расщеплением и напряженностью внешнего поля E0. Линии атомов или ионов, содержащих более одного электрона, дают не линейный, а квадратичный эффект Штарка, в котором расщепление пропорционально квадрату электрического поля E0.
Классическая теория не дает объяснения эффекта Штарка, как и всякого явления, связанного с излучением и поглощением спектральных линий. Его теория — существенно квантовая и не может быть изложена в этом томе.
§ 91. Врхщение плоскости поляризации
1. Если линейно поляризованный свет проходит через плоскопараллельный слой вещества, то в некоторых случаях плоскость поляризации света оказывается повернутой относительно своего исходного положения. Это явление называется вращением плоскости поляризации или оптической активностью. Если вещество не находится во внешнем магнитном поле, то оптическая активность и вращение плоскости поляризации называются естественными. В противоположном случае говорят о магнитном вращении плоскости поляризации или эффекте Фарадея.
Естественная активность была открыта в 1811 г. Араго на пластинках кварца, вырезанных перпендикулярно к оптической оси. В 1815 г. Био подробно исследовал это явление, а также обнаруженное им вращение плоскости поляризации в растворах сахара. Затем естественное вращение плоскости поляризации было найдено у многих других тел. К концу прошлого века число известных естественно-активных веществ превышало 700. Теперь их известно гораздо больше, хотя для большинства веществ, где обнаружено это явление, оно выражено очень слабо.
