Главная > Физика > Факультативный курс физики, 10 кл.
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

§ 24. АТОМНЫЕ И МОЛЕКУЛЯРНЫЕ СПЕКТРЫ

Атомные линейчатые спектры.

Все атомы одного химического элемента имеют одинаковое строение электронных оболочек, обладают одинаковым дискретным набором возможных энергетических состояний, которому соответствует набор частот линейчатых спектров излучения и поглощения. Пример распределения энергии в спектре ртути в зависимости от длины волны представлен на рисунке 110.

Рисунок показывает, что линейчатый спектр излучения атомов вещества в газообразном состоянии не состоит из чисто монохроматических спектральных линий; каждая линия имеет довольно значительную ширину. Можно предположить, что эта картина обусловлена несовершенством спектральных приборов, применяемых для наблюдения, например, обусловлена шириной щели в спектроскопе. Однако такое предположение ошибочно. Любая спектральная линия имеет конечную ширину.

Шириной спектральной линии Av называют разность частот, которым соответствует уменьшение интенсивности в 2 раза по сравнению с максимальной (рис. 111).

Рис. 110 (см. скан)

Ширина спектральной линии зависит как от квантового перехода, соответствующего этой линии, так и от внешних условий. Линия атомного спектра имеет наименьшую ширину, если фотоны излучаются неподвижными атомами, изолированными от взаимодействий с другими атомами. Ширину спектральной

Рис. 111

линии в этих условиях называют радиационной или естественной. Естественная ширина спектральной линии , соответствующая квантовому переходу атома из состояния с энергией в состояние с энергией равна сумме ширины уровней энергии атома

Конечная ширина уровня энергии каждого квантового состояния атома обусловлена неопределенностью, неоднозначностью этого состояния. Неопределенность энергии атома в любом стационарном состоянии является проявлением фундаментального принципа квантовой физики — соотношения неопределенностей. (Этот принцип будет подробнее рассмотрен в § 27.) Из него следует, что ширина уровня энергии квантовой системы зависит от времени жизни ее в этом состоянии:

где

Время жизни атомов в возбужденном состоянии обычно лежит в пределах , этим и определяется естественная ширина спектральных линий атомных спектров.

Ширина спектральных линий близка к естественной в спектрах излучения разреженных газов. По мере увеличения давления увеличивается частота столкновений возбужденных атомов. Их взаимодействие приводит к уменьшению времени жизни атома в возбужденном состоянии и к расширению спектральных линий. Второй причиной расширения спектральных линий является эффект Доплера.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление