Основы взаимодействия электромагнитных волн и пучков частиц с веществом

  • 26 окт. 2010 г.
  • 1708 Слова
Основы взаимодействия электромагнитных волн и пучков частиц с веществом

Энергетический спектр атомов и молекул

1. Квантование энергии частиц.
2. Энергия атома и молекулы.
3. Механическая энергия молекулы. Вращательный и колебательный спектры.
4. Энергетический спектр атома.
5. Эффекты Штарка и Зеемана.
6. Спектральный анализ.
7. Рассеяние света. Упругое рэлеевскоерассеяние. Неупругое (комбинационное) рассеяние.

На фундаментальном уровне свойства частиц описываются законами квантовой физики, где основной характеристикой частицы является волновая функция [pic]. Волновая функция определяет вероятность нахождения частицы [pic] в заданной области пространства
[pic](1.1)
где dV – объём этой области. Для нерелятивистской частицы, скорость которой v 2) степени – колебательное движение. Таким образом, для многоатомных молекул наибольшее богатство движений связано с колебательными степенями свободы.
Пример. Рассмотрим возможные типы колебаний молекулы [pic] (О - С - О). Эта молекула имеет 3 поступательные степени свободы,описывающие движение центра масс молекулы, 2 вращательные степени свободы, описывающие вращение молекулы вокруг двух взаимно перпендикулярных осей, проходящих через центр масс (вращение вокруг оси симметрии молекулы не учитывается, поскольку соответствующий момент инерции считается равным нулю, а вращательная постоянная В – бесконечно большой), и 4 колебательных степени свободы:
1)[pic](симметричные колебания,[pic]),
2)[pic](антисимметричные колебания, [pic]),
3)[pic] и 4) [pic] (антисимметричные колебания, происходящие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и имеющих одинаковую частоту [pic]). Механические свойства проявляются в энергетических спектрах вращательного и колебательного движений. Эти спектры определяют поглощение и дисперсию (зависимость скорости от частоты) ультразвука,теплоёмкость, энтропию и другие термодинамические характеристики вещества.
Электрические свойства молекул появляются через их поведение в электрическом поле и описываются с помощью электрического дипольного момента и электрической поляризуемости. Магнитные свойства молекул определяют их поведение в магнитном поле и характеризуются магнитным моментом и магнитной восприимчивостью.
Оптические характеристикимолекул связаны со строением их электронных оболочек и выражаются через соответствующий энергетический спектр. Электронные спектры молекул в большей части лежат в видимой ([pic]) и ультрафиолетовой ([pic]) областях. Теория электронных спектров сложных многоатомных молекул далека от своего завершения.
Энергетический спектр атомов зависит от внешнего электрического поля (эффект Штарка, 1913г.) иот внешнего магнитного поля (эффект Зеемана, 1836г.). Здесь речь идет о постоянных, не зависящих от времени полях. Соответствующие изменения спектра несут важную информацию о характеристиках атомов.
В постоянном электрическом поле [pic] атом приобретает электрический дипольный момент
[pic](1.13)
т.е. поляризуется, и дополнительную энергию
[pic] (1.14)
которая меняет энергетический спектр атома. Здесь [pic] – поляризуемость атома. Формула (1.14) описывает квадратичный по полю эффект Штарка, наблюдаемый в многоэлектронных атомах при достаточно сильномполе ([pic]). Он проявляется в расщеплении энергетического уровня на несколько подуровней, а также в сдвиге энергетического уровня. Величина расщепления и сдвига [pic] при [pic].
Энергетические уровни водорода имеют степень вырождения [pic], где [pic] – главное квантовое число. Иными словами, одному и тому же энергетическому уровню соответствуют [pic] разных...
tracking img