Stærk effekt

Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 14. august 2022; verifikation kræver 1 redigering .

Stark-effekten er forskydningen og spaltningen af de elektroniske termer af atomer i et eksternt elektrisk felt .

Stark-effekten finder sted i både konstante og variable (inklusive lys) elektriske felter. I sidstnævnte tilfælde kaldes det variablen Stark effect ( engelsk AC-Stark effect ).

Elektroniske termer forskydes ikke kun i et eksternt felt, men også i et felt skabt af tilstødende atomer og molekyler . Stark-effekten ligger til grund for teorien om krystalfeltet , som er af stor betydning i kemi . Brugen af den variable Stark-effekt gjorde det muligt at afkøle atomerne af forskellige metaller til ultralave temperaturer ved hjælp af laserstråling (se Sisyfos-afkøling ).

Johannes Stark opdagede spaltningen af optiske linjer i et elektrisk felt i 1913, som han blev tildelt Nobelprisen for i 1919 . Uanset Stark, og ifølge forskerne før ham, blev effekten opdaget af den italienske fysiker Antonio Lo Surdo [1] .

Lineær Stark-effekt

Den lineære Stark-effekt, det vil sige spaltningen af spektrale termer , hvis størrelse er proportional med den første grad af den elektriske feltstyrke , observeres kun i brintlignende atomer . Denne kendsgerning forklares af det faktum, at kun sådanne atomer udviser degeneration af termer med forskellige værdier af orbital kvantenummer .

Hamilton -operatøren af et brintlignende atom i et eksternt elektrisk felt med styrke har formen $\mathbf{E}$

\hat{H} = - \frac{\hbar^2}{2m_e} \Delta - \frac{Ze^2}{r} - e \mathbf{r} \cdot \mathbf{E}

hvor m e er elektronmassen , e er den elementære ladning , Z er ladningstallet for kernen (lig med 1 for et brintatom), er den reducerede Planck-konstant . Formlen er skrevet i det Gaussiske system . $\hbar$

Problemet med at finde egenværdierne for denne Hamiltonian kan ikke løses analytisk. Problemet er forkert i den forstand, at stationære tilstande ikke eksisterer på grund af manglen på et diskret spektrum i Hamiltonian (i tilfælde af et ensartet elektrisk felt) . [2] Kvantetunneleffekten vil før eller siden føre atomet til ionisering . Forskydninger af elektroniske termer, der er lineære i forhold til det elektriske felt, findes ved hjælp af perturbationsteori . Perturbationsteorien er gyldig, hvis feltstyrken ikke overstiger 10 4 V cm [ 3] . Det eneste nøjagtige resultat, der følger af problemets aksiale symmetri, er bevarelsen af det magnetiske kvantetal m . Andre resultater er reduceret til følgende udsagn:

energien i grundtilstanden ændres ikke.
Den første exciterede tilstand med det primære kvantetal n = 2 i det tilfælde, hvor der ikke er noget felt, er firedobbelt degenereret. I et elektrisk felt er degenerationen delvist ophævet. To tilstande forbliver på plads, de to andre har energi $E = -\frac{(Ze)^2}{8a_0} \pm 3e|\mathbf{E}|a_0/Z$ , hvor er Bohr radius . ${\displaystyle a_{0))$
De højere led af brintatomet opdeles i 2 n − 1 komponenter, hvor n er hovedkvantetallet. Delvis fjernelse af degeneration skyldes det faktum, at aksial symmetri bevares i et eksternt elektrisk felt .

Opdelingen af elektroniske termer optræder i optiske spektre . I dette tilfælde er overgangene med , hvor m er det magnetiske kvantetal , når de observeres i retningen vinkelret på feltet, polariseret i længderetningen til feltet ( π -komponenter), og linjerne med - på tværs af det ( σ -komponenter ) ). $\Delta m = 0$ $\Delta m = 1$

Quadratic Stark-effekt

De fleste atomer er ikke brintlignende, og spaltningen af deres spektrallinjer i et elektrisk felt er proportional med kvadratet af den elektriske feltstyrke. Denne Stark-effekt kaldes kvadratisk. Teorien om denne effekt blev bygget i 1927. Hun oplyser, at niveauet, som er karakteriseret ved hovedkvantetallet n og orbitalkvantetallet l , opdeles i l + 1 underniveauer i henhold til antallet af mulige værdier af modulet af det magnetiske kvantetal m . Forskydningen af hvert af underniveauerne er proportional med kvadratet af den elektriske feltstyrke, men forskellig i størrelse. Den største offset har et niveau med m = 0 , den mindste - med m = l .

Stark udvidelse

Den variable Stark-effekt er årsagen til udvidelsen af spektrallinjer i intense elektromagnetiske felter .

Se også

Noter

↑ F. Foresta Martin, G. Calcara. Per una storia della geofisica italiana: la nascita dell'Istituto Nazionale di Geofisica (1936) e la figura af Antonino Lo Surdo. — Milano: Springer-Verlag Italia, 2010.
↑ Endimensionel diskret Stark Hamiltonian og resonansspredning af en urenhed
↑ Stark effekt // Great Soviet Encyclopedia : [i 30 bind] / kap. udg. A. M. Prokhorov . - 3. udg. - M . : Sovjetisk encyklopædi, 1969-1978.

Litteratur

Kuzmichev V. E. Fysikkens love og formler. Vejviser. - K . : Naukova Dumka, 1989. - 864 s.

Ordbøger og encyklopædier	stor kinesisk stor kinesisk Fantastisk norsk Stor russer jorden rundt Britannica (online) Universalis