Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Уровни энергии

Уровни энергии (далее У) возможные значения энергии квантовых систем, т. е. систем, состоящих из микрочастиц (электронов, протонов и др. элементарных частиц, ядер, молекул и т.д.) и подчиняющихся законам квантовой механики. Внутренняя энергия квантовых систем из связанных микрочастиц (например, состоящего из связанных электростатическими силами ядра и электронов, или ядра атомного, состоящего из связанных ядерными силами протонов и нейтронов) квантуется – принимает только определенные дискретные значения E0, E1, E2,... (E0 < E1 < E2...), соответствующие устойчивым (стационарным) состояниям системы. Графически эти состояния можно изобразить по аналогии с потенциальной энергией тела, поднятого на различные высоты (уровни), в виде диаграммы У (см. рис.). Каждому значению энергии соответствует горизонтальная линия, проведенная на высоте Ei (i = 0, 1, 2,...). Совокупность дискретных У рассматриваемой квантовой системы образует ее дискретный энергетический спектр.

  Нижний уровень E0, соответствующий наименьшей возможной энергии системы, называется основным, а все остальные У E1, E2... – возбужденными, т.к. для перехода на них системы ее необходимо возбудить – сообщить ей энергию.

  Квантовые переходы между У обозначают на диаграммах вертикальными (или наклонными) прямыми, соединяющими соответствующие пары У На рис. показаны излучательные переходы с частотами nik удовлетворяющими условию частот , где h – Планка постоянная. Безызлучательные переходы часто обозначаются волнистыми линиями. Направление перехода указывают стрелкой: стрелка, направленная вниз, соответствует процессу испускания фотона, стрелка в обратном направлении – процессу поглощения фотона с энергией . Дискретному энергетическому спектру соответствуют дискретные спектры испускания и поглощения (см. Спектры оптические).

  Для квантовой системы, имеющей в определенных диапазонах значений энергии непрерывный энергетический спектр, на диаграмме получаются непрерывные последовательности У в соответствующих диапазонах. Например, для имеет место такая непрерывная последовательность У при энергии E > E¥ где E¥  – граница ионизации (см. рис. 1, б в ст. Атом). Для электрона в получается чередование разрешенных и запрещенных энергетических зон (см., например, рис. 1 в ст. Диэлектрики). При излучательных квантовых переходах между дискретными У и У, относящимися к непрерывной последовательности (а также между непрерывными последовательностями У), получаются сплошные спектры поглощения (например, при фотоионизации соответствующей переходу с дискретных У на непрерывные У, лежащие выше границы ионизации) или испускания (например, при рекомбинации ионов и электронов, соответствующей переходу с непрерывных У на дискретные).

  Важной характеристикой У являются их ширины, связанные с временем жизни квантовой системы на уровне. У тем уже, чем больше время жизни, в согласии с неопределенностей соотношением для энергии и времени (см. Ширина уровня).

  При рассмотрении У квантовых систем значения энергии принято отсчитывать от основного уровня. Наряду со шкалой энергий, обычно выражаемых в эв (а для ядер в Мэв или кэв), в спектроскопии применяют пропорциональные ей шкалы частот  (в радиоспектроскопии) и волновых чисел  (в оптической спектроскопии; с – скорость света); 1 эв соответствует 2,4180·1014, или 8065,5 см-1. В рентгеновской спектроскопии в качестве единицы энергии применяют ридберг: 1 Ry = 13,606 эв.

  В оптической спектроскопии часто применяют термин "спектральный терм", подразумевая под этим значение Т = – E/hc, отсчитываемое для от границы ионизации и выражаемое в см-1.

 

  Лит. см. при статьях Атом, Молекула, Твердое тело, Ядро атомное.

  М. А. Ельяшевич.



Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 13.12.2019 08:26:00