Ширина спектральных линий - Лекция, раздел Электроника, Тепловое излучение Из Возбужденного Состояния Атом Может Спонтанно Перейти В Более Низкое Энерге...
Из возбужденного состояния атом может спонтанно перейти в более низкое энергетическое состояние. Время τ, за которое число атомов, находящихся в данном возбужденном состоянии, уменьшается в е раз, называется временем жизни возбужденного состояния. Эта величина ~ 10-8 – 10-9 с. Возможность спонтанных переходов указывает на то, что возбужденные состояния нельзя рассматривать как строго стационарные. Поэтому и энергия возбужденного состояния не является точно определенной, а возбужденный энергетический уровень имеет конечную ширину Г. Согласно соотношению неопределенности Гейзенберга:
Основное же состояние атома стационарно, из него невозможен спонтанный переход в другие состояния. Поэтому энергия основного состояния определяется вполне точно. Из-за конечной ширины возбужденных уровней энергия испускаемых атомами фотонов имеет разброс, а испускаемая спектральной линией имеет конечную ширину (рис.8.1):
При τ ~ 10-8 с = 108 c-1, δλ ~ 10-4 Å, и δλ – естественная ширина спектральных линий.
Тепловое движение излучающих атомов приводит к доплеровскому расширению спектральных линий.
Рассмотрим процесс испускания фотона атомом. Пусть в момент испускания фотона атом обладает импульсом и энергией поступательного движения , где ma – масса атома. Фотон уносит с собой импульс , равный по модулю . При этом импульс атома изменяется и становится равным . Таким образом, должна измениться и энергия поступательного движения атомов. Атом получает энергию отдачи:
Подставим . Учтем, что скорость атома до излучения . Имеем:
(8.1)
где α – угол между векторами и (угол между направлением движения атома и направлением, в котором испускается фотон).
Пусть – убыль внутренней энергии атома за счет перехода электрона с уровня n на уровень m. Закон сохранения энергии примет вид:
Если бы атомы при излучении не имели отдачи, они испускали бы фотоны частотами и
.
Энергия отдачи составляет для видимого света ~ 10-11. Поэтому в формуле (8.1) можно заменить на ,скорость есть средняя скорость теплового движения молекул. Тогда:
Средняя энергия подачи:
Среднее значение (т.к. с равной вероятностью косинус принимает все значения от –1 до +1), поэтому:
Ясно, что , и
обозначим:
Тогда:
В источнике излучения, в котором все направления теплового движения атомов равновероятны, частицы излучаемых фотонов заключены в пределах интервала Это доплеровская ширина спектральной линии. Относительное доплеровское уширение линии не зависит от частоты излучения. Для Т~ 1000 К, ~ 103 м/с, λ ~ 5000Å и Δλ ~ 3 · 10-2Å.
Таким образом, ширина спектральной линии слагается из естественной ширины спектральной линии и доплеровской ширины :
.
Середина линии приходится на частоту . Частоту имел бы фотон, если бы полностью перешла в излучение. Получение атомом при излучении энергии отдачи R приводит к смещению спектральной линии в сторону меньших частот на величину . Относительное смещение частоты пропорционально частоте , т.е. чем больше частота излучения, тем больше это смещение.
Для видимого света ~ 3 · 1015 с-1, ma ~ 10-22 г, ≈ s ∙ 104 c-1, ~ 10-7 Å. Таким значением можно пренебречь.
Лекция... Двойственная корпускулярно волновая природа... Частиц вещества Гипотеза де Бройля...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Ширина спектральных линий
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Тепловое излучение
1.1.Закон Кирхгофа
Тепловое излучение – это испускание электромагнитных волн за счёт внутренней энергии тел. Тепловое излучение имеет место при любой температуре. При низких температурах о
Эффект Комптона
Комптон (1923) открыл явление, в котором можно было наблюдать, что фотону присущи энергия и импульс. Результаты этого опыта — еще одно убедительное подтверждение гипотезы Эйнштейна о квантовой п
Тормозное рентгеновское излучение
Если энергия кванта значительно превышает работу выхода А, то уравнение Эйнштейна принимает более простой в
Корпускулярно-волновой дуализм света
Эффект Комптона и фотоэффект подтверждает корпускулярную природу света. Свет ведет себя как поток частиц – фотонов. Тогда как же частица может обнаруживать свойства, присущие класси
Гипотеза де Бройля
В 1924 г. французский физик Луи де Бройль выдвинул гипотезу, согласно которой движение электрона, или какой-либо другой частицы, связано с волновым процессом. Длина волны этого процесса:
Свойства волн де Бройля
Рассмотрим движение свободного электрона. По де Бройлю, ему соответствует длина волны:
Лекция 5
3. ЭЛЕМЕНТЫ КВАНТОВОЙ МЕХАНИКИ
3.1.Волновая функция
Всякая микрочастица – это образование особого рода, сочетающее в себе свойства и частицы, и волны. Отличие микрочастицы от волн
Принцип неопределенности
В классической механике состояние частицы задают координатами, импульсом, энергией и т.п. Это динамические переменные. Микрочастицу описывать такими динамическими переменными нельзя. Особенность ми
Уравнение Шредингера
В 1926 г. Шредингер получил свое знаменитое уравнение. Это основное уравнение квантовой механики, основное предположение, на котором основана вся квантовая механика. Все вытекающие из этого уравнен
Ядерная модель атома
Любой атом состоит из положительно заряженного ядра и окружающей его электронной оболочки. Размеры ядра менее 10-12 см, размеры же самого атома, определяемые электронной оболочкой, поряд
Постулаты Бора. Опыты Франка и Герца
Постулаты Бора. Абсолютная неустойчивость планетарной модели Резерфорда и вместе с тем удивительная закономерность атомных спектров, и в частности их дискретность, привели Н. Бора
Боровская модель атома водорода
Чтобы получить согласие с результатами наблюдений, Бор предположил, что электрон в атоме водорода движется только по тем круговым орбитам, для которых его момент импульса
M=nħ,
Тогда постоянная Ридберга
Как видим, постоянная Ридберга зависит и от массы ядра. Для атома водорода, ядром которого является прото
Четность, закон сохранения четности
Кроме однородности и изотропности, имеется еще один вид симметрии пространства. Соответствующую ему операцию нельзя свести к совокупности бесконечно малых преобразований координат. Это операция инв
Квантово -механическая модель атома водорода
Электрон в атоме водорода движется в поле кулоновской силы электростатического притяжения к ядру. Потенциальная энергия электрона выражается классической формулой:
Орбитальный магнитный момент электрона
Установим вид оператора магнитного момента движущейся заряженной микрочастицы, опираясь на критерии соответствия. Магнитный момент μ частицы, движущейся по круговой траектории, связан
Спин электрона
Эксперименты показали, что у электрона, кроме орбитального магнитного момента, есть ещё собственный магнитный момент, названный спиновым
Валентным электроном
Атомы щелочных металлов имеют один внешний электрон и заполненные внутренние оболочки. Этот внешний электрон движется в электрическом поле атомного остатка, т.е. ядра и заполненных электронных обол
Мультиплетность спектров
Спин-орбитальное взаимодействие
Исследования спектров щелочных металлов показали, что каждая линия этих спектров является двойной (дуплет). Структура спектра, от
Многоэлектронного атома
Каждый электрон в атоме обладает орбитальным моментом импульса и собственным (спиновым) моментом импульса
Магнитный момент атома
Итак, с механическим моментом атома М связан магнитный момент μ. Отношение называется гиромагни
Векторная модель атома
При построении такой модели механические и магнитные моменты атома изображаются в виде направленных отрезков. Строго говоря, вследствие неопределенности направлений векторов
Волновая функция системы микрочастиц
Квантовая механика системы микрочастиц строится путем обобщения основных понятий и законов механики одной частицы. Состояние системы описывается волновой функцией:
Ψ = Ψ(
Принцип Паули
В системе микрочастиц проявляются также физические закономерности, которые не могут быть установлены при анализе движения одной микрочастицы.
Квантовая система, состоящая из одинаковых час
Лекция 14
9.3. Периодическая система элементов Д.И. Менделеева
В 1869 г. Менделеев открыл периодический закон изменения химических и физических свойств элементов в зависимости от их атомных масс. Х
Многоэлектронные атомы
Рассмотрим, как меняются физико-химические свойства вещества с ростом их порядкового номера z.
z = 1 – атом водорода. Один электрон находится в состоянии с п = 1, энергия эле
Эффекты Зеемана и Штарка
Эффект Зеемана состоит в расщеплении спектральных линий и энергетических уровней во внешнем магнитном токе.
Спектральная линия с частотой
Рентгеновские спектры
Различают два вида рентгеновского излучения - тормозное и характеристическое.
Тормозное излучение получается при не слишком больших энергиях бомбардирующих атом электронов. Это излучение
Ионная и ковалентная связь. Молекула водорода. Обменный интеграл
Ограничимся рассмотрением только двухатомных молекул. Различают два вида связи между атомами в молекулах. Один из них осуществляется в том случае, когда электроны в молекуле можно разделить на две
Молекулярные спектры
Молекулярные спектры состоят из полос. Полосы состоят из большого числа тесно расположенных линий. Поэтому спектры молекул называют полосатыми. В зависимости от того, изменение каких видов энергии
Генераторы когерентного света
Слово лазер является аббревиатурой выражения “Light amplification by stimulated of radiation”, что означает “усиление света в результате индуцированного (вынужденного) излучения фотонов.
В
Принцип действия лазеров
Рассмотрим ансамбль, состоящий из N атомов в единице объема, на который действует электромагнитное излучение с частотой
Схемы накачки
Рассмотрим процессы получения в данной среде инверсной населенности. На первый взгляд может показаться, что инверсию можно создать при взаимодействии среды с достаточно мощной электромагнитной волн
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
= 108 c-1, δλ ~ 10-4 Å, 
и энергией поступательного движения 
, где ma – масса атома. Фотон уносит с собой импульс 
, равный по модулю 
. При этом импульс атома изменяется и становится равным 
. Таким образом, должна измениться и энергия поступательного движения атомов. Атом получает энергию отдачи:
. Учтем, что скорость атома до излучения 
. Имеем:
(8.1)
(угол между направлением движения атома и направлением, в котором испускается фотон).
– убыль внутренней энергии атома за счет перехода электрона с уровня n на уровень m. Закон сохранения энергии примет вид:
и
.
. Поэтому в формуле (8.1) 
можно заменить на 
, скорость 
есть средняя скорость теплового движения молекул. Тогда:
(т.к. с равной вероятностью косинус принимает все значения от –1 до +1), поэтому:
, и
Это доплеровская ширина спектральной линии. Относительное доплеровское уширение линии 
не зависит от частоты излучения. Для Т~ 1000 К, 
~ 103 м/с, λ ~ 5000Å и Δλ ~ 3 · 10-2Å.
и доплеровской ширины 
:
. Частоту 
полностью перешла в излучение. Получение атомом при излучении энергии отдачи R приводит к смещению спектральной линии в сторону меньших частот на величину 
. Относительное смещение частоты 
пропорционально частоте 
≈ s ∙ 104 c-1, 
~ 10-7 Å. Таким значением 
Новости и инфо для студентов