Astronet > Shtarka effekt

po tekstam po klyuchevym slovam v glossarii po saitam perevod po katalogu

Shtarka effekt

- rassheplenie i sdvig urovnei energii atomov i molekul pod deistivem elektrich. polya. Obnaruzhivaetsya po rasshepleniyu i sdvigu linii v spektah ispuskaniya i poglosheniya.

Otkryt nemeckim fizikom '. Shtarkom v 1913 g. pri izuchenii spektra vodoroda. Krome vodoroda Sh.e. podrobno izuchen v spektrah geliya, shelochnyh metallov (Li, Na, K i t.d.) i ryada dr. elementov.

Sh.e. byl ob'yasnen na osnove kvantovoi mehaniki. Kvantovaya sistema (atom, molekula) v sostoyanii s opredelennoi energiei $\varepsilon$ priobretaet vo vnesh. elektrich. pole E dopolnitel'nuyu energiyu $\Delta\varepsilon$ (t.k. elektrich. pole izmenyaet sostoyanie vhodyashih v sistemu zaryazhennyh chastic, napr., elektronov v atome). V rezul'tate uroven' energii, k-romu sootvetstvuet odno vozmozhnoe sostoyanie atoma (nevyrozhdennyi uroven'), v elektrich. pole budet imet' energiyu $\varepsilon+\Delta\varepsilon$ , t.e. on smestitsya. Dlya vyrozhdennogo urovenya energii (emu sootvetstvuet nesk. vozmozhnyh sostoyanii sistemy s odinakovoi energiei $\varepsilon$ ) razlichnye sostoyaniya mogut priobresti raznye dopolnitel'nye energii $\Delta\varepsilon_\alpha, (\alpha=$ 1, 2, ...,g, gde g - stepen' vyrozhdeniya urovnya). V rezul'tate vyrozhdennyi uroven' rassheplyaetsya na podurovni s energiei $\varepsilon+\Delta\varepsilon_\alpha$ , chislo k-ryh ravno chislu razlichnyh znachenii $\alpha$ . Tak, uroven' energii atoma s zadannym znacheniem momenta kolichestva dvizheniya $M=(h/2\pi)\sqrt{J(J+1)}$ (J=0, 1, 2... - kvantovoe chislo) rassheplyaetsya v elektrich. pole na podurovni, harakterizuemye razlichnymi znacheniyami dr. kvantovogo chisla m (razlichnoi velichinoi proekcii momenta M na napravlenie elektricheskogo polya). Odnako znacheniyam -m i +m sootvetstvuet odinakovaya dopolnitel'naya energiya $\Delta\varepsilon$ , tak chto vse shtarkovskie podurovni (s $m\ne 0$ ) okazyvayutsya dvazhdy vyrozhdennymi (v otlichie ot rasshepleniya v magnitnom pole, gde vse podurovni ne vyrozhdeny, sm. Zeemana effekt).

Ris. 1. Zavisimost' velichiny rasshepleniya $\Delta\varepsilon$
ot napryazhennosti elektricheskogo polya E
pri lineinom effekte Shtarka
(rassheplenie urovnya atoma vodoroda, kotoromu
sootvetstvuet glavnoe kvantovoe chislo n=3, na 5 podurovnei).

Razlichayut lineinyi Sh.e., kogda $\Delta\varepsilon$ proporcional'no E (ris. 1), i kvadratichnyi Sh.e., kogda $\Delta\varepsilon$ proporcional'no E² (ris. 2). V pervom sluchae kartina rasshepleniya urovnei energii i poluchayushihsya pri perehodah mezhdu nimi spektr. linii simmetrichna, vo vtorom - nesimmetrichna. Lineinyi Sh.e. harakteren dlya vodoroda v ne slishkom sil'nyh polyah (v polyah ~ 10⁴ V/sm on sostavlyaet tysyachnye doli eV). Uroven' energii atoma vodoroda s zadannym znacheniem glavnogo kvantovogo chisla n simmetrichno rassheplyaetsya na 2n-1 ravnootstoyashih podurovnei (ris. 1 sootvetstvuet n=3, 2n-1=5). U komponentov spektr. linii, obuslovlennyh perehodami mezhdu rassheplennymi v elektrich. pole urovnyami, nablyudaetsya effekt polyarizacii (sm. Polyarizaciya elektromagnitnogo izlucheniya). Esli elektrich. pole orientirovano perpendikulyarno k nablyudatelyu, to chast' komponentov polyarizovana prodol'no ( $\pi$ -komponenty), ostal'nye - poperechno ( $\sigma$ -komponenty). Pri prodol'nom napravlenii polya $\pi$ -komponenty ne poyavlyayutsya, a na meste $\sigma$ -komponentov voznikayut nepolyarizovannye komponenty. Intensivnosti raznyh komponentov razlichny. Na ris. 3 pokazano rassheplenie v rezul'tate Sh.e. spektr. linii vodoroda H $_\alpha$ .

Ris. 2. Zavisimost' velichiny rasshepleniya $\Delta\varepsilon$
ot napryazhennosti elektricheskogo polya E
pri kvadratichnom effekte Shtarka
(podurovni okazyvayutsya otstoyashimi na
raznye rasstoyaniya).

Krome vodoroda lineinyi Sh.e. nablyudaetsya v vodorodopodobnyh atomah (He⁺, Li²⁺, B³⁺ i t.d.) i dlya sil'no vozbuzhdennyh urovnei dr. atomomv (v ryade sluchaev Sh.e. privodit k poyavleniyu zapreshennyh spektral'nyh linii).

V sil'nyh polyah, a takzhe v slabyh polyah dlya ryada elementov imeet mesto glavnym obrazom kvadratichnyi Sh.e. s asimmetrichnoi kartinoi rasshepleniya. Velichina kvadratichnogo effekta nevelika (v polyah ~ 10⁵ V/sm rassheplenie dostigaet desyatitysyachnyh dolei eV).

Ris. 3. Rassheplenie linii vodoroda H $_\alpha$
v elektricheskom pole.
Razlichno polyarizovany komponenty linii
( $\pi$ i $\sigma$ ) voznikayut pri opredelennyh
kombinaciyah podurovnei.

Sh.e. nablyudaetsya ne tol'ko v postoyannyh, no i v peremennyh elektrich. polyah. Vliyanie vysokochastotnogo elektrich. polya na urovni energii atomov (ionov) opredelyaet, v chastnosti, ushirenie spektral'nyh linii kosmich. plazmy. Dvizhenie chastic plazmy i svyazannoe s etim izmenenie rasstoyanii mezhdu nimi privodyat k bystrym izmeneniyam elektrich. polya okolo kazhdoi izluchayushei chasticy. V rezul'tate energetich. urovni atomov (ionov), rassheplyayas', smeshayutsya na neodinakovuyu velichinu. Dlya izlucheniya sovokupnosti takih chastic harakterno uvelichenie shiriny spektr. linii (t.n. shtarkovskoe ushirenie linii). Sh.e. pozvolyaet ocenit' koncentraciyu zaryazhennyh chastic v kosmich. plazme (napr., v atmosferah zvezd).

Lit.:
El'yashevich M.A., Atomnaya i molekulyarnaya spektroskopiya, M., 1962; Mustel' E.R., Zvezdnye atmosfery, M., 1960.

(M.A. El'yashevich)

M. A. El'yashevich, "Fizika Kosmosa", 1986
Glossarii Astronet.ru

L | R | A | B | V | G | D | E | Zh | Z | I | ' | K | L | M | N | O | P | R | S | T | U | F | H | C | Ch | Sh | Sh | E | Yu | Ya

Publikacii s klyuchevymi slovami: effekt Shtarka Publikacii so slovami: effekt Shtarka
Sm. takzhe: Shtarka effekt

Obsudit' etu publikaciyu

Versiya dlya pechati