|
|
|
| Межотраслевая Интернет-система поиска и синтеза физических принципов действия преобразователей энергии | |
Стартовая страница |
О системе |
Технические требования |
Синтез |
Обучающий модуль |
Справка по системе |
Контакты |
 | Штарка эффект |
 | |
Анимация
Описание
Штарка эффект, расщепление спектральных линий атомов, молекул и других квантовых систем в электрическом поле, является результатом сдвига и расщепления на подуровни уровней энергии под действием электрического поля Е (штарковское расщепление, штарковские подуровни; термин "Ш.Э." относят также к сдвигу и расщеплению уровней энергии).
Штарковский эффект получил объяснение на основе квантовой механики. Атом (или другая квантовая система), находясь в состоянии с определенной энергией, приобретает во внешнем поле Е дополнительную энергию вследствие поляризуемости его электронной оболочки и возникновения индуцированного дипольного момента. Уровень энергии, которому соответствует одно возможное состояние атома (невырожденный уровень), в поле Е характеризуется энергией e+De, т.е. смещается. Различные состояния вырожденного уровня энергии могут приобретать разные дополнительные энергии 
(a=1, 2, …,g, где g - степень вырождения уровня). В результате вырожденный уровень расщепляется на штарковские уровни, число которых равно числу различных значений энергий 
. Так, уровень энергии атома с заданным значением момента количества движения:
,
где J= 0, 1, 2, … - квантовое число полного момента количества движения,
расщепляется на подуровни, характеризуемые различными значениями магнитного квантового числа mj, которое определяет величину проекции М на направление Е. Значениям -mj u +mj соответствует одинаковая дополнительная энергия De, поэтому штарковские подуровни (кроме подуровня с т=0) дважды вырождены (в отличие от Зеемана эффекта, для которого все подуровни не вырождены).
Различают линейный Штарка эффект (De пропорционален Е; рис. 1) и квадратичный (De пропорционален Е 2; рис. 2).
Зависимость величины расщепления уровня энергии De от напряженности электрического поля Е при линейном эффекте Штарка
Рис. 1
Расщепление уровня энергии атома Н, определяемого главным квантовым числом n=3, на 5 подуровней
Зависимость величины расщепления уровня энергии De от напряженности электрического поля Е при квадратичном эффекте Штарка
Рис. 2
В первом случае получается симметричная относительно первичной линии картина расщепления, во втором несимметричная. Линейный Штарка эффект характерен для атомов Н в не слишком сильных полях и составляет тысячные доли эВ для Е~104 В/см. Уровень энергии атома Н с заданным значением главного квантового числа n симметрично расщепляется на 2n-1 равноотстоящих подуровней (рис. 3).
Расщепление линии 
водорода в поле Е
Рис. 3
Различно поляризованные компоненты (линии p и s) возникают при определенных комбинациях подуровней.
Компоненты штарковского расщепления поляризованы. При наблюдении в направлении, перпендикулярном направлению Е, появляются продольно поляризованные p - компоненты и поперечно поляризованные s - компоненты. При наблюдении вдоль Е p - компоненты не появляются, а на место s - компонент возникают неполяризованные компоненты. Интенсивности разных компонент различны. Линейный Штарка эффект наблюдается также для водородоподобных атомов и для сильно возбужденных уровней других атомов. Иногда Штарка эффект приводит к появлению запрещенных линий.
Для многоэлектронных атомов типичен квадратичный Штарка эффект. Величина его невелика - в полях ~105 В/см расщепление ~10-4 эВ. Для достаточно симметричных молекул, обладающих постоянным дипольным моментом, характерен Штарка эффект, в других случаях обычно наблюдается квадратичный Штарка эффект.
Ключевые слова
Разделы наук
Атомная физика, излучение и поглощение энергии атомами и молекуламиПоляризация света
Электрическая поляризация вещества
Электрическое поле
Применение эффекта
В технике данный эффект практически не используется, его применения имеют лабораторный характер, применяется в исследованиях структуры энергетических спектров атомов и молекул.
Реализации эффекта
Техническая реализация эффекта Штарка
Наблюдение эффекта Зеемана осуществляется по спектру поглощения света в изотропном веществе в присутствии электрического поля. Схема соответствующей установки представлена на рис. 4.
Схема наблюдения эффекта Штарка
Рис. 4
Обозначения:
1 - источник излучения (исследуемый объект);
2 - силовые линии электрического поля;
3 - линза;
4 - поляроид;
5 - пластинка в 1/4 длины волны света;
6 - спектрометр;
7 - p|| и s^ - компоненты поляризованного излучения.
При этом для компоненты поляризации, параллельной магнитному полю (p-компонента) линия не расщепляется, а для компоненты поляризации, перпендикулярной магнитному полю (s-компонента) линия расщепляется в триплет (см. рис. 4).
Литература
1. Физика. Большой энциклопедический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 1999.- C.90, 460.
2. Новый политехнический словарь.- М.: Большая Российская энциклопедия, 2000.- C.20, 231, 460.
| Стартовая страница О системе Технические требования Синтез Обучающий модуль Справка по системе Контакты | |
 |
|
| Copyright © 2008 РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина | |