Cele mai simple teorii ale radiației presupun radiații monocromatice strict. Cu toate acestea, în realitate acest lucru nu există și orice linie spectrală are o lățime finită (deși uneori mică), adică reprezintă un set de frecvențe diferite în intervalul (v0, v0 + dv).
Din punct de vedere clasic, acest lucru se datorează degradării simultane a radiatoarelor elementare identice. Într-adevăr, dacă presupunem că radiatorul elementar efectuează oscilații amortizate conform legii:
atunci, folosind teorema Fourier, se poate arăta că o astfel de oscilație este echivalentă cu un set de oscilații neconfirmate cu un spectru continuu, iar energiile lor sunt proporționale cu factorul:
Acest factor are un maxim ascuțit la v = v0 și scade la jumătate atunci când
Diferența v-v0 = Δv este considerată a fi jumătatea naturală a liniei spectrale. atitudine
se numesc jumătate de lățime relativă. Este mică în spectrul optic, de ordinul 10 -8 -10-4.
Deoarece timpul de relaxare al energiei oscilațiilor luate în considerare este
atunci relația (14.3) poate fi rescrisă în formă
Din punct de vedere cuantic, atomul, care a dobândit excesul de energie ΔW = hΔv, rămâne pentru o perioadă de timp în starea excitată și numai atunci emite un foton; o estimare a acestei excese de energie poate fi făcută (în conformitate cu relația de incertitudine) - numai aproximativ, și
Împărțind această expresie cu h, obținem relația clasică (14.4).
Astfel, atenuarea esență discutat anterior cu clasic punct de vedere, din punct de vedere cuantic este faptul că atomii de porțiuni radiază energie (fotoni), trecând de statele excitate la bază. În acest caz, este emis un foton, la care corespunde un tren de oscilații electromagnetice, după cum sa discutat deja. Chiar și un astfel de "impuls" nu poate fi atribuit unei frecvențe fixe, cu alte cuvinte, o estimare a energiei radiației fiecărui atom (în conformitate cu principiul incertitudinii) poate fi făcută doar aproximativ. În plus, atomii nu emit toți la o dată, radiația este o colecție de trenuri cu diferite faze inițiale. O excepție este emisia lor stimulată (a se vedea § 14.6). Dacă cauza excitației sistemului atomic încetează să mai funcționeze, excesul de energie în conformitate cu (14.4) scade treptat cu timpul. Din punct de vedere cuantic, acest lucru se datorează scăderii numărului de atomi excitați, din punct de vedere clasic - printr-o scădere a amplitudinii vibrațiilor tuturor atomilor excitați.
În condiții obișnuite, o serie de factori externi determină o creștere suplimentară a lățimii (schimbarea Doppler datorată mișcării aleatorii a atomilor, efectul coliziunilor cu alți atomi etc.).
Folosind doar ideile clasice, nu se poate explica intensitatea diferită a liniilor de radiație ale unei substanțe. Teoria cuantică asociază intensitatea unui alt probabilitate de tranziție de la o stare la alta și oferă rețete calcula aceste probabilități, astfel încât spectrele pot fi calculate cu o precizie suficientă și complet (în special pentru elemente luminoase atomi).
Plasarea atomilor într-un câmp electric sau magnetic extern conduce la o schimbare a energiei lor, ceea ce ar trebui să afecteze frecvența radiațiilor. Divizarea liniilor spectrale într-un câmp magnetic a fost descoperită de Zeeman și a explicat din pozițiile clasice din Lorentz (ne-am familiarizat cu efectul Zeeman). Se adaugă aici că un astfel de efect simplu este observat numai pentru metalele alcaline care au un strat electronic exterior exterior simplu. În alte cazuri, efectul este mult mai complicat (împărțit într-un număr mare de linii) și nu se mai pretează la o explicație clasică. Mecanica cuantică explică de asemenea acest tip de efect mai complex.
În 1913, Stark a descoperit divizarea liniilor spectrului de hidrogen atunci când hidrogenul a fost plasat într-un câmp electric. Deoarece atomii de hidrogen încântați. au un moment electric, apoi, într-un câmp electric extern, dobândesc energie suplimentară, care se manifestă atunci printr-o schimbare a frecvenței emisiei lor. O descriere cantitativă a efectului Stark este posibilă numai prin metodele mecanicii cuantice.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: