Квантовая физика - Вихман Э.
Скачать (прямая ссылка):
•Трудно очень точно определить энергию бомбардирующих электронов, тем не менее такого рода опыты широко используются для изучения системы уровней атома. Кривая на рис. 9А позволяет установить приблизительное положение многих уровней. Эти опыты могут сопровождаться точным измерением длины волны испускаемого света. При этом можно установить, с какой энергией электронов впервые появляется данная линия, и таким образом мы получим информацию об уровнях, участвующих в данном переходе. Дополнительные данные можно получить, изучая спектр поглощения. В этом случае нам известно, что нижним уровнем является основное состояние.
4 Зак. 127
101
Эти методы и множество других были использованы и используются сейчас, чтобы собрать огромное количество данных об атомных спектрах и энергетических уровнях атомов.
10. С помощью схемы уровней на рис. 6А легко понять явление флуоресценции. Фотон с энергией Е3—Е„ поглощается находящимся в основном состоянии атомом, который переходит в состояние,
Рис. 9А. Возбуждение атомов ртути (газ при давлении 0,014 мм рт. ст. и температуре 50 °С) электронными ударами (Frank J., Einsporn Е. Uber die Anregungspotentiale des Quecksilber-dampfes. — Zs. f. Phys., 1920, v. 2, p. 18). По оси абсцисс отложена энергия электронов в двух различных масштабах, по оси ординат — интенсивность света, испущенного атомами ртути (см. текст). При увеличении энергии электронов возбуждаются новые уровни, с появлением которых внезапно меняется наклон кривой, так как новый уровень означает возможность новых переходов и дополнительного числа фотонов
отвечающее уровню энергии ?3. С этого уровня возможны переходы на уровни меньшей энергии, и мы можем наблюдать фотоны всех перечисленных в подписи к рис. 6А частот.
Такая картина объясняет правило Стокса: частота испущенного при флуоресценции света не может быть больше частоты возбуждающего света. Это правило имеет общий характер, но возможны некоторые исключения, если атомы, поглощающие свет, не находились в основном состоянии.
102
В работе Эйнштейна *) о фотоэффекте обсуждалось также’прави-ло Стокса с точки зрения фотонных представлений. В то время идея об энергетических уровнях еще не родилась, но это правило можно понять, исходя из идеи, что энергия испущенного фотона возникает из поглощенной энергии.
11. При определенной энергии возбуждения происходит ионизация атома. Это минимальная энергия, которую нужно сообщить атому для того, чтобы могли возникнуть электрон и однократно ионизованный атом, полностью изолированные друг от друга. При такой энергии и при еще более высокой «атом» перестает существовать как атом, но мы все еще можем рассматривать систему как состоящую из однократно ионизованного атома и электрона. Такая система может иметь любую энергию, большую Е{ (рис.
11 А). Таким образом, набор возможных энергий атома состоит из ряда дискретных уровней приэнергии, меньшей энергии ионизации, и из непрерывных значений при больших энергиях. Эта ситуация показана на рис.
11 А. Заштрихованная область над энергией ионизации Et отвечает области непрерывных f значений энергии.
Вертикальная линия слева соответствует переходу атома из основного состояния в состояние с энергией Е' в непрерывном спектре при поглощении фотона с энергией Е'—Е 0.
Этот процесс является фотоэффектом для отдельного атома. Вырванный из атома электрон будет иметь кинетическую энергию Е'—Сопроцессом, обратным фотоионизации (фотоэлектрическому эффекту), является радиационная рекомбинация электрона и однократно ионизованного атома. Такой процесс показан вертикальной линией справа на рис. 11 А. Электрон с кинетической энергией Е"-—Et сталкивается с ионом (в покое), и система «перескакивает» на уровень Е2, испуская фотон с энергией Е"—Е2. С уровня Ег атом продолжает переход на основной уровень, задерживаясь на некоторое время в первом возбужденном состоянии, как это показано стрелками. Во всех этих переходах испускается каскад фотонов соответствующих энергий.
Рис. 11 А. Схема уровней, на которой показаны дискретные уровни энергии и область непрерывного спектра (заштриховано), расположенная выше 'энергии ионизации. Стрелками показаны переходы между дискретными уровнями и между последними и областью непрерывного спектра. Штриховые горизонтальные линии в этой области соответствуют не определенным уровням, а .тишь двум из множества бозмсжных состояний энергии системы электрон + нон
*) Einstein А.— Ann. d. Phys., 1905, v. 17, p. 132.
4» Зак. 127
103
В атомной физике уровню, отвечающему ионизации, часто приписывают нулевое значение энергии. Тогда энергия связанных состояний оказывается отрицательной. В зависимости от обстоятельств может быть выбрана и другая точка нулевой энергии. В ядерной физике нулевую энергию обычно приписывают основному состоянию ядра. Заметим, что выбор нулевой точки условный.
12. До сих пор мы рассматривали в свете двух приведенных постулатов лишь атомы. Идея об уровнях энергии и о переходах между ними имеет, однако, весьма общий характер, и ее с равным успехом
