|
|
|
|
|
ШТАРКА ЭФФЕКТ |
Большая советская энциклопедия (БЭС) |
расщепление спектральных линий в электрических полях. Открыт в 1913 Й. Штарком при изучении спектра атома водорода. Наблюдается в спектрах атомов и др. квантовых систем; является результатом сдвига и расщепления на подуровни их уровней энергии (См. Уровни энергии) под действием электрических полей (штарковское расщепление, штарковские подуровни). Термин «Ш. э.» относят не только к расщеплению спектральных линий в электрических полях, но и к сдвигу и расщеплению в них уровней энергии.
Ш. э. был объяснён на основе квантовой механики. Атом (или др. квантовая система) в состоянии с определённой энергией E приобретает во внешнем электрическом поле эл дополнит. энергию E вследствие поляризуемости его электронной оболочки и возникновения индуцированного дипольного момента. Уровень энергии, которому соответствует одно возможное состояние атома (невырожденный уровень), в поле эл будет иметь энергию E + E, т. е. сместится. Различные состояния вырожденного уровня энергии могут приобрести разные дополнительные энергии E ( = 1, 2,..., g где g — степень вырождения уровня; см. Атом). В результате вырожденный уровень расщепляется на штарковские подуровни, число которых равно числу различных значений E. Так, уровень энергии атома с заданным значением момента количества движения 0158455018.tif (h — Планка постоянная, J = 0, 1, 2,..., квантовое число (См. Квантовые числа) полного момента количества движения) расщепляется в электрическом поле на подуровни, характеризуемые различными значениями магнитного квантового числа mJ; (определяющего величину проекции момента М на направление электрического поля), причём значениям - mJ и + mJ соответствует одинаковая дополнит. энергия E, поэтому все штарковские подуровни (кроме подуровня с m = 0) оказываются дважды вырожденными (в отличие от расщепления в магнитном поле, где все подуровни не вырождены; см. Зеемана эффект).
Различают линейный Ш. э., когда E пропорционально эл (рис. 1), и квадратичный Ш. э., когда E пропорционально 0149879001.tif (рис. 2). В первом случае картина расщепления уровней энергии и получающихся при переходах между ними спектральных линий симметрична, во втором несимметрична.
Линейный Ш. э. характерен для водорода в не слишком сильных полях (в полях ~104 в/см он составляет тысячные доли эв). Уровень энергии атома водорода с заданным значением главного квантового числа n симметрично расщепляется на 2n — 1 равноотстоящих подуровней (рис. 1 соответствует n = 3, 2n — 1= 5). Компоненты расщепившейся в поле спектральной линии поляризованы. Если ориентировано перпендикулярно к наблюдателю, то часть компонент поляризована продольно (-компоненты), остальные — поперечно (-компоненты). При наблюдении вдоль направления поля -компоненты не появляются, а на месте -компонент возникают неполяризованные компоненты. Интенсивности разных компонент различны. На рис. 3 показано расщепление в результате Ш. э. спектральной линии водорода Н (головной линии Бальмера серии (См. Бальмера серия)).
Линейный Ш. э. наблюдается также в водородоподобных атомах (Не+, Li2+, B3+,...) и для сильно возбуждённых уровней др. атомов (в ряде случаев Ш. э. приводит к появлению запрещенных линий (См. Запрещенные линии)). Типичным для многоэлектронных атомов является квадратичный Ш. э. с асимметричной картиной расщепления. Величина квадратичного эффекта невелика (в полях ~105 в/см расщепление составляет десятитысячные доли эв). Для достаточно симметричных молекул, обладающих постоянным дипольным моментом, характерен линейный Ш. э. В др. случаях обычно наблюдается квадратичный Ш. э.
Важный случай Ш. э. — расщепление электронных уровней энергии иона в кристаллической решётке под действием внутрикристаллического поля Ekp, создаваемого окружающими ионами. Оно может достигать сотых долей эв, учитывается в спектроскопии кристаллов (См. Спектроскопия кристаллов) и существенно для работы квантовых усилителей.
Ш. э. наблюдается и в переменных электрических полях. Изменение положения штарковских подуровней в переменном поле может быть использовано для изменения частоты квантового перехода в квантовых устройствах (штарковская модуляция, см., например, Микроволновая спектроскопия).
Влияние быстропеременного электрического поля на уровни энергии атомов (ионов) определяет, в частности, штарковское уширение спектральных линий в плазме. Движение частиц плазмы и связанное с этим изменение расстояний между ними приводит к быстрым изменениям электрического поля около каждой излучающей частицы. В результате энергетические уровни атомов (ионов), расщепляясь, смещаются на неодинаковую величину, что и приводит к уширению спектральных линий в спектрах излучения плазмы. Штарковское уширение позволяет оценить концентрацию заряженных частиц в плазме (например, в атмосферах звёзд).
Лит.: Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, М., 1962; Фриш С. Э., Оптические спектры атомов, М.— Л., 1963; Таунс Ч., Шавлов А., Радиоспектроскопия, пер. с англ., М., 1959.
М. А. Ельяшевич.
0212777685.tif
Рис. 1. Зависимость величины расщепления Е от напряжённости электрического поля E при линейном эффекте Штарка (расщепление уровня атома водорода, определяемого главным квантовым числом n = 3, на 5 подуровней).
0257737014.tif
Рис. 2. Зависимость величины расщепления уровней Е от напряжённости электрического поля Е при квадратичном эффекте Штарка (подуровни оказываются отстоящими на разные расстояния).
0213379489.tif
Рис. 3. Расщепление линий H водорода в электрическом поле. Различно поляризованные компоненты линии ( и ) возникают при определённых комбинациях подуровней.
|
Мультимедийная энциклопедия |
расщепление спектральных линий испускания при воздействии сильного
электрического поля на источник излучения. Поле может быть либо внешним по
отношению к источнику, либо внутренним, создаваемым соседними атомами или
ионами. Эффект назван по имени Й.Штарка, впервые наблюдавшего его в 1913.
Он аналогичен эффекту, обнаруженному П.Зееманом в 1896 и состоящему в
расщеплении спектральных линий магнитным полем. Эффект Штарка обусловлен
тем, что под действием электрического поля облако электронов, окружающих
ядро излучающего атома, изменяет свое положение относительно ядра. В
результате изменяются энергетические уровни электронов в атоме. Поскольку
свет испускается при переходе электрона с одного энергетического уровня на
другой, изменение энергетических уровней приводит к изменению спектра
испускаемого света. Эффект Штарка - одно из наиболее убедительных
подтверждений квантовой теории строения вещества.
См. также ЗЕЕМАНА ЭФФЕКТ.
ЛИТЕРАТУРА
Ельяшевич М.А. Атомная и молекулярная спектроскопия. М., 1962
Фриш С.Э. Оптическая спектроскопия атомов. М. - Л., 1963 |
Современная Энциклопедия |
ШТАРКА ЭФФЕКТ, расщепление спектральных линий и уровней энергии атома и других атомных систем в электрическом поле. Открыт немецким физиком Й. Штарком в 1913. |
|
|
|
Если вы желаете блеснуть знаниями в беседе или привести аргумент в споре, то можете использовать ссылку:
будет выглядеть так: ШТАРКА ЭФФЕКТ
будет выглядеть так: Что такое ШТАРКА ЭФФЕКТ
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|