- •1.Тепловое излучение
- •1.1.Закон Кирхгофа
- •1.2.Законы теплового излучения абсолютно чёрного тела
- •1.2.Фотоэффект
- •1.3. Масса и импульс фотона
- •1.4. Эффект Комптона
- •Теперь воспользуемся равенством . Вычтем (1.17) из (1.18). В результате после сокращений получим:
- •Или Отсюда
- •1.5.Тормозное рентгеновское излучение
- •1.6. Корпускулярно-волновой дуализм света
- •2.Двойственная корпускулярно-волновая природа частиц вещества
- •2.1. Гипотеза де Бройля
- •2.2Свойства волн де Бройля
- •3. Элементы квантовой механики
- •3.1.Волновая функция
- •3.2. Принцип неопределенности
- •3.3.Уравнение Шредингера
- •4. Атом Резерфорда - Бора
- •4.1.Ядерная модель атома
- •4.2.Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца
- •4.3.Боровская модель атома водорода
- •Согласно 2-му закону Ньютона (4.13)
- •Тогда постоянная Ридберга
- •6. Операторы физических частиц
- •6.1 Линейные операторы. Собственные функции и
- •6.3. Законы сохранения физических величин в
- •6.4.Четность, закон сохранения четности
- •5. Стационарные задачи квантовой механики
- •5.1.Частица в потенциальном ящике с бесконечно высокими стенками
- •5.2.Движение частицы в потенциальном ящике конечной глубины
- •5.3.Прохождение частицы через потенциальный барьер
- •Лекция 9-10
- •8.2. Ширина спектральных линий
- •Средняя энергия подачи:
- •8.4.Полный механический момент многоэлектронного атома
- •8.5.Магнитный момент атома
- •8.6.Векторная модель атома
- •9. Механика системы микрочастиц
- •9.1.Волновая функция системы микрочастиц
- •Можно показать, что четность состояния системы частиц равна произведению четностей состояния отдельных частиц:
- •9.2. Тождественность частиц одного и того же вида и принцип Паули
- •Лекция 14
- •9.4.Многоэлектронные атомы
- •9.5.Эффекты Зеемана и Штарка
- •9.5.Рентгеновские спектры
- •10. Двухатомная молекула
- •10.1. Ионная и ковалентная связь. Молекула водорода. Обменный интеграл
- •10.1.Молекулярные спектры
- •Лекция 16
- •11.Генераторы когерентного света
- •На рис. 11.1 представлена диаграмма энергетических уровней, причем длина горизонтальной черты определяет населенность того или иного энергетического уровня.
- •11.2. Принцип действия лазеров
- •11.3.Схемы накачки
- •11.4.Классификация лазеров
9.5.Эффекты Зеемана и Штарка
Эффект Зеемана состоит в расщеплении спектральных линий и энергетических уровней во внешнем магнитном токе.
Спектральная линия с частотой расщепляется на две или три компоненты. Если излучение распространяется перпендикулярно к направлению напряженности магнитного поля , то линия симметрично расщепляется на три компоненты ,которые линейно поляризованы. У компоненты (π - компонента) колебания электрического вектора направлены вдоль . У компонент (σ — компоненты) колебания
Если излучение распространяется вдоль направления магнитного поля, то линия исчезает, а линии поляризованы по кругу с противоположными направлениями вращения. Это нормальный эффект Зеемана. Расстояние между крайней и средней линиями триплета:
.
Этот эффект наблюдается в спектре щелочноземельных элементов, а также в спектрах Zn, Cd, Hg.
Нормальный эффект Зеемана был объяснен Лоренцем на основе классической электронной теории. Рассмотрим атом с одним валентным электроном. В результате гармонических колебаний электрона атом излучает электромагнитные волны с частотой , равной частоте этих колебаний. При помещении этого атома в электромагнитном поле произвольное линейно поляризованное колебание электрона может быть разложено на два колебания (рис.9.2):
- , происходящее вдоль магнитного поля;
- , происходящее в плоскости, перпендикулярной к направлению поля.
Колебание в свою очередь можно разложить на два колебания и, поляризованные по кругу с противоположными направлениями вращения. Это вращение происходит с частотой прецессии Лармора:
.
Если направление кругового колебания совпадает с направлением прецессии, то частота колебаний электрона будет равна (+ ), если не совпадает, то ( – ).
Вдоль магнитного поля линейно поляризованное колебание электрона не дает излучения, т.к. линейный осциллятор не излучает вдоль своей оси. Поэтому в продольном эффекте Зеемана будут наблюдаться два колебания, поляризованные по кругу, причем частоты этих колебаний смещены относительно первоначальной частоты на величину:
.
Если излучение перпендикулярно полю (поперечный эффект Зеемана), все три колебания , идают линейно поляризованные излучения с частотами ; .
С квантово -механической точки зрения эффект Зеемана объясняется наличием у электрона орбитального магнитного момента . В магнитном поле электрон приобретает дополнительную энергию , где – проекция магнитного момента электрона на направлениеz магнитного поля; - вектор магнитной индукции. Известно, что:
,
где m - магнитное квантовое число. Таким образом, дополнительная энергия, приобретаемая электроном атома в магнитном поле, равна:
.
Величина является единицей для измерения расщепления энергетических уровней электронов в атомах, находящихся в магнитном поле. Она равна расщеплению уровня т = 1 за счет орбитального магнитного момента и называется величиной нормального расщепления.
Пусть Е1, Е2 – энергии электрона в состояниях 1 и 2 без магнитного поля, его магнитные квантовые числа т1 и т2 соответственно. Тогда при переходе электрона из состояния 1 в состояние 2 в магнитном поле излучается энергия частоты
.
где - частота спектральной линии в отсутствии поля. Согласно правилу отбора
, поэтому для нормального триплета Зеемана
.
Расщепление спектральных линий в электрическом поле называется эффектом Штарка. Это расщепление возникает в результате взаимодействия дипольного момента атома с внешним полем. В результате такого взаимодействия атомы приобретают дополнительную энергию:
,
где –поляризуемость атома.