ВУЗ:
Составители:
Рубрика:
28
o
o
o
ea
Rhc
ε
ν−ν
ε
≈
ν
,
где ν
ε
- частота фотона, испущенного атомом, находящимся в электрическом поле.
Взяв расщепление как в магнитном поле ≈10
-5
, найдем ε ≈ 10
6
В /м. Эта
напряженность по сравнению с внутриатомной (≈10
12
В /м) является относительно
малой , однако с экспериментальной точки зрения получить такую напряженность
сложнее, чем магнитную индукцию ≈ 1Тл . Поэтому Штарк -эффект изучен слабее,
чем Зееман - эффект.
Квантовомеханический расчет показывает существенное различие в эффекте
Штарка атомов водорода (линейный эффект Штарка) и остальных атомов
(квадратичный эффект Штарка ). У водородоподобных атомов в слабых
внешних электрических полях линейный эффект, как правило, отсутствует, а
наблюдается квадратичный (так как уровни не вырождены по отношению к
квантовому числу l). Качественно квадратичный эффект можно объяснить
отсутствием у остальных атомов дипольного момента в отсутствии поля. При
включении поля наводится индуцированный дипольный момент
P
=αε
r
r
,
пропорциональный напряженности (α -поляризуемость атома), то есть ea
0
надо
заменить на αε в формуле относительного расщепления спектральной линии,
откуда получим
2
oε
ν−νε
!
. Таким образом, смещение термов при Штарк -
эффекте пропорционально квадрату напряженности поля и одинаково для –m
J
и
m
J
(так как
P
r
не изменяется при замене m
J
на -m
J
). Следовательно, в
электрическом поле расщепление не является полным; все подуровни дважды
вырождены, кроме m
J
=0.
Как и в случае эффекта Зеемана, наблюдаемая картина определяется
расщеплением комбинирующих уровней и правилами отбора для m
l
, так как
s
m0
∆=
.
Схема Штарк -эффекта для D- линии щелочных металлов показана на рисунке 8.
28
νε − νo ea o ε
≈ ,
νo Rhc
где νε - частота ф отон а, и спу щ ен н ого атомом, н аходящ и мся в эл ек три ческ ом пол е.
В зяв расщ епл ен и е к ак в магн и тн ом пол е ≈10-5, н ай дем ε ≈ 106 В /м. Э та
н апряж ен н ость по срав н ен и ю св н у три атомн ой (≈1012 В /м) яв л яется отн оси тел ьн о
мал ой , одн ак о сэк спери мен тал ьн ой точк и зрен и я пол у чи ть так у ю н апряж ен н ость
сл ож н ее, чем магн и тн у ю и н ду к ци ю ≈ 1Тл . П оэтому Ш тарк -эф ф ек т и зу чен сл абее,
чем З ееман -эф ф ек т.
К в ан тов омехан и ческ и й расчет пок азыв ает су щ еств ен н ое разл и чи е в эф ф ек те
Ш тарк а атомов в одорода (л и н ей н ы й эф ф ек т Ш тарк а) и остал ьн ы х атомов
(кв адр ат и чны й эффект Ш т ар ка). У в одородоподобн ы х атомов в сл абых
в н ешн и х эл ек три ческ и х пол ях л и н ей н ы й эф ф ек т, к ак прав и л о, отсу тств у ет, а
н абл юдается к в адрати чн ы й (так к ак у ров н и н е в ы рож ден ы по отн ошен и ю к
к в ан тов ому чи сл у l). К ачеств ен н о к в адрати чн ы й эф ф ек т мож н о объясн и ть
отсу тств и ем у остал ьн ы х атомов ди пол ьн ого момен та в отсу тств и и пол rя. П ри
r
в к л ючен и и пол я н ав оди тся и н ду ци ров ан н ый ди пол ьн ы й момен т P = αε ,
пропорци он ал ьн ый н апряж ен н ости (α -пол яри зу емость атома), то есть ea0 н адо
замен и ть н а αε в ф орму л е отн оси тел ьн ого расщ епл ен и я спек трал ьн ой л и н и и ,
отк у да пол у чи м ν ε − ν o ! ε 2 . Так и м образом, смещ ен и е термов при Ш тарк -
эф ф ек те пропорциr он ал ьн о к в адрату н апряж ен н ости пол я и оди н ак ов о дл я –mJ и
mJ (так к ак P н е и змен яется при замен е mJ н а -mJ ). Сл едов ател ьн о, в
эл ек три ческ ом пол е расщ епл ен и е н е яв л яется пол н ым; в се поду ров н и дв аж ды
в ы рож ден ы , к роме mJ=0.
К ак и в сл у чае эф ф ек та З ееман а, н абл юдаемая к арти н а определ яется
расщ епл ен и ем к омби н и ру ющ и х у ров н ей и прав и л ами отбора дл я ml , так к ак
∆ms = 0 .
Схема Ш тарк -эф ф ек та дл я D- л и н и и щ ел очн ых метал л ов пок азан а н а ри су н к е 8.
