Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Сивухин Д.В. -> "Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика" -> 116

Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика - Сивухин Д.В.

Сивухин Д.В. Общий курс физики Том 5. Часть 1. Атомная физика — Физматлит, 1986. — 426 c.
Скачать (прямая ссылка): obshiykursfizikit5chast1atomnayafizika1986.pdf
Предыдущая << 1 .. 110 111 112 113 114 115 < 116 > 117 118 119 120 121 122 .. 179 >> Следующая

3. Явление Штарка выглядит по-разному в зависимости от того, имеется у атома (в отсутствие электрического поля Е) дипольный электрический момент р или не имеется. В первом случае при наложении электрического поля Е, если ограничиться линейными по полю членами, атом получает дополнительную энергию (—РЕ), пропорциональную первой степени электрического поля. Смещение и расщепление спектральных линий получатся также пропорциональными первой степени электрического поля. Такой эффект и б'АЛ обнаружен Штарком.
Во втором случае у атома нет собственного электрического момента. В электрическом поле возбуждается лишь индуцированный дипольный момент р = f5?, где Р — поляризуемость атома, которая может быть вычислена методами квантовой механики. При увеличении электрического поля от 0 до Е дипольный момент атома также увеличивается от 0 до р. При этом над атомом совершается работа (рЕ)/2 = р?2/2, которая идет на приращение потенциальной энергии атома в электрическом поле. (Коэффициент 1/2 появляется по той же причине, что и в аналогичном случае при вычислении потенциальной энергии упруго деформированного тела, подчиняющегося закону Гука.) Смещение и расщепление спектральных линий окажутся пропорциональными Е1. Эффект Штарка в этом случае называется квадратичным. Он, разумеется, много меньше линейного эффекта, почему и был обнаружен позднее.
272
ДАЛЬНЕЙШЕЕ ПОСТРОЕНИЕ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
[ГЛ. V
,.г{:
Конечно, атом с собственным дипольным моментом в электрическом поле получает и добавочный диполыгый момент. В первом приближении этот добавочный момент можно считать пропорциональным полю. Тогда получится наложение линейного и квадратичного эффектов Штарка. Картина расщепления уровней окажется несимметричной: все подуровни будут смещены в сторону более низких энергий, и тем сильнее, чем выше они расположены. Сами линии окажутся смещенными в красную сторону спектра. Это смещение невелико. Например, для одной из штарковских компонент линии На оно составляет примерно 1 см-1, тогда как расстояние между край-ними штарковскими компонентами этой линии состав-
— ляет 200 см-1 ').
— В полях, не превышающих 105 В/см, квадратичным эффектом Штарка в водороде можно полностью пренебречь. Квадратичный член ~Е2 в водороде начинает сказываться только при более сильных полях. В полях, превышающих примерно 4-Ю5 В/см, проявляется и член третьей степени ~?3, который также вычислен наряду с членом ~?2. С учетом этих членов теория хорошо согласуется с опытом в самых сильных электрических полях, вплоть до по-лей порядка 106 В/см, которых удалось достигнуть в настоящее время.
4. Причина, по которой в водороде, его изотопах (дейтерий и тритий) и водородоподобных ионах эффект Штарка линейный, состоит в том, что в этих случаях электрическое поле ядра, в котором движется электрон, кулоново. В кулоновом же поле энергетические уровни электрона вырождены по I. Все состояния одноэлсктронного атома с одним и тем же значением главного квантового числа п, отличающиеся значением I, в этом случае обладают одной и той же энергией. При этом состояния, суперпозицией которых получается
л=/-
Рис.
в
ег
Рис. 81
любое состояние с заданным п, уже в отсутствие внешнего электрического поля обладают собственными дипольными электрическими моментами. При наложении внешнего электрического поля вырождение (частично) снимается, и энергетические уровни, соответствующие различным состояниям, испытывают разные смещения. Но все эти смещения и связанное с ними расщепление спектральных линий пропорциональны полю Е, почему эффект Штарка и получается линейным.
В случае более сложных атомов и ионов с одним валентным электроном атом может рассматриваться также как одноэлектроная система. Однако в этом случае поле ядра, в котором движется электрон, искажено внутренними электронными оболочками, а потому уже не является кулоновым. В таком поле вырождения по I нет. Более подробное исследование показывает, что в каждом из состояний, характеризуемых квантовыми числами п и I, средний собственный электрический момент атома равен нулю Поэтому при наложении поля расщепление уровней начинается с членов, квадратичных по полю Е. Эффект Штарка оказывается квадратичным.
') Как видно из формулы 1 /X = v/c, 1 см-1 = ( Гц = 3-Ю10 Гц = МО4 МГц.
ЭФФЕКТ ШТАРКА
273
П=3<
{
Рис. 82
5. Обращаемся к рассмотрению эффекта Штарка в водороде. При этом не будем учитывать спин электрона, г. е. будем пренебрегать спин-орбиталь-ным взаимодействием. В этом приближении задача сводится к решению уравнения Шредингера с учетом потенциальной энергии атома во внешнем электрическом поле. В этом случае задача обладает цилиндрической симметрией, причем ось симметрии направлена параллельно электрическому полю. Сферические координаты г, ft, ср хорошо приспособлены для решения задач в полях, обладающих сферической симметрией, но неудобны в случае цилиндрической сим-метрии. В этом случае более удобны так называемые параболические координаты, обладающие нужной симметрией. Решение уравнения Шредингера для атома водорода приводит к результату, что в постоянном электрическом поле энергетический уровень с главным квантовым числом п распадается на 2п — 1 подуровней. Переходы между этими подуровнями, подчиняющиеся правилам отбора, и определяют компоненты, на которые расщепляются спектральные линии водорода при наложении электриче- п=2 ского поля.
Предыдущая << 1 .. 110 111 112 113 114 115 < 116 > 117 118 119 120 121 122 .. 179 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed