химический каталог




Основы квантовой механики

Автор Д.И.Блохинцев

того явления была установлена на опыте Гайгером и Нэттолом.

Далее мы видим, что \пХ зависит от номера элемента Z (Z = = Z' —2) и радиуса ядра.

Из опыта известно, что константы распада варьируются в очень широких пределах: от 10° сект1 до 10~18 сект1. Если бы в таких же пределах приходилось варьировать параметры, определяющие X, то теория была бы наверно неправильной. Замечательным следствием формулы (100.9) является то, что если по эмпирическим данным для X определять радиусы ядер, то окажется, что они все

лежат в тесных границах, примерно от 5-10 12 см до 9- Ю-1'- см. Значительное различие в величине Я для разных элементов определяется не различием в радиусах ядер, а различием в энергии вылетающих частиц. Слабую зависимость X от г0 и резкую от v следует рассматривать как подтверждение теории 1).

§ 101. Ионизация атомов в сильных электрических полях

Подобно тому, как сильное электрическое поле вырывает электроны из металлов (холодная эмиссия, § 98), оно вырывает их также и из отдельных атомов газа. Явление это называют иногда «автоионизацией» атомов и его причину легко понять, если рассмотреть

уа вид потенциальной энергии электрона в атоме при наличии внешнего электрического поля. Пусть потенциальная энергия электрона

в отсутствие внешнего поля есть

\<Г Z U (0- Внешнее электрическое поле Ш пусть направлено по оси OZ. Тогда вся потенциальная энергия электрона равна

U'(r) = U(r)+e%z. (101.1)

и

Рассмотрим вид потенциальной кривой на оси OZ (x — y--=Qy r=\z'). В отсутствие внешнего поля (Ш = 0) V = U (г) и имеет вид, изображенный на рис. 82 пунктиром. Дополнительная потенциальная энергия во внешнем поле e%z изобразится пунктирной прямой аа'. Кривая полной потенциальной энергии U\ получающаяся сложением, проведена на рис. 82 сплошной линией а'Ъ' и аЬ. Мы видим, что около точки z0 образуется потенциальный барьер, разделяющий пространство на две области: внутреннюю г>г0 и внешнюю г<<г0, в каждой из которых потенциальная энергия U' меньше V (г0) = Um. На чертеже приведены также два уровня энергии Е' и Е". Если энергия Е = Е";> U',„, то электрон не будет удерживаться вблизи атома, а будет удаляться в область отрицательных г. Если же энергия электрона Е = = Е' <С Um, то, согласно законам классической механики, электрон останется во внутренней области. По квантовой механике в этом случае просачивание через барьер все же будет иметь место. Таким образом, здесь создается положение вещей, вполне аналогичное тому, которое имеет место при радиоактивном распаде.

J) Подробности теории радиоактивного распада см. А. С. Давыдов, Теория атомного ядра, Физматгиз, 1958.

§ 101] ИОНИЗАЦИЯ АТОМОВ В СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ полях 437

Теперь уже совсем нетрудно попять причину ионизации атомов полем. При включении поля получается барьер, через который электроны проникают во внешнее пространство. Если высота барьера ит меньше энергии электрона, то частицы будут проходить («над барьером») и по классической механике. Поэтому и классическая механика приводит к возможности ионизации атома внешним электрическим полем. Различие заключается лишь в том, что по законам квантовой механики эта ионизация должна наступать при меньших полях, нежели это предписывается механикой классической, так как, согласно квантовой механике, для возможности ионизации не нужно, чтобы барьер оказался ниже энергии электрона. Ясно, однако, что при малых полях барьер будет очень широким и прозрачность его будет очень мала.

Явление автоионизации можно наблюдать таким образом: допустим, что мы наблюдаем какую-либо спектральную линию, обусловленную электронным переходом из состояния Е' в Е0 (см. рис. 82). По мере увеличения электрического поля эта линия будет смещаться (штарк-эффект), и если поле достигнет столь большой величины, что прозрачность барьера будет велика, то электрон в состоянии Е' будет чаще вылетать из атома, проходя через барьер (ионизация), нежели падать в нижнее состояние (Е0), излучая свет. Благодаря этому спектральная линия будет слабеть, пока, наконец, совсем не исчезнет. Это явление можно наблюдать на бальмеровской серии атомного водорода1).

Для того чтобы иметь возможность проследить действие электрического поля различной напряженности, устраивают так, что различные части спектральной линии обусловливаются светом, исходящим от атомов, находящихся в полях различной силы. Именно, в объеме светящегося газа электрическое поле возрастает в направлении, параллельном щели спектроскопа (до некоторого предела, достигнув которого оно вновь падает). На фотографии (см. рис. 53) приведены результаты подобного опыта. Буквами Р» Y, б, е, ? обозначены линии серии Бальмера (Яр —переход п = 4 -> п = 2, Ну — переход п = 5 п — 2, Я$ — переход п = = 6 -> п = 2 и Яо — переход п 7 ->? п — 2). Приложенное электрическое поле растет снизу вверх. Белые линии па фотографии суть линии одинаковой напряженности поля. Из фотографии видно, что линии сначала расщепляются. Это расщепление увеличивается по мере роста поля (из расщепления линии Яр легко видеть положение линии максимальной напряженности поля). При некоторой напряженности поля спектральная линия исчезает.

Сравнение линий р, у, б, е показывает, что они исчезают в последовательности е, б, у (при достигнутых полях р полностью

!) Заметим, что наблюдение числа электронов, вырываемых полем, в данном случае затруднено, так как в условиях газового разряда трудно установить, за счет каких именно причин возрастает электронный ток.

не исчезает). Это есть последовательность возрастания энергии возбужденного состояния. Из рис. 82 явствует, что чем выше энергия электрона, тем меньше при заданном поле ширина и высота барьера, т. е. тем больше его прозрачность. Таким образом, наблюдающаяся последовательность в исчезновении спектральных линий вполне соответствует нашему толкованию этого явления как результата туннельного эффекта. То обстоятельство, что красные компоненты расщепленных линий исчезают раньше фиолетовых, также получает полное разъяснение при более детальном рассмотрении волновых функций электрона. Именно, состояния, отвечающие линиям, смещенным в красную сторону, обладают тем свойством, что в них интенсивность электронного облака больше в области барьера, нежели в состояниях для фиолетовых компонент. Благодаря этому ионизация протекает более благоприятным образом.

Сформулируем несколько детальнее те условия, при которых следует ожидать исчезновения спектральной линии в электрическом поле. Пусть вероятность оптического перехода электрона в нижнее состояние будет 1/т (т — время жизни в возбужденном состоянии). Время жизни электрона в возбужденном состоянии 10 8 сек. Вероятность перехода электрона в нижнее состояние в 1 сек будет 1/т. Вероятность туннельного эффекта (ионизации) будет равна (так же, как и при расчете радиоактивного распада) числу ударов электрона о внутреннюю стенку потенциального барьера в 1 сек, умноженному на коэффициент прозрачности D. Число ударов о барьер по порядку величины равно v/2r0, где V — скорость электрона, а г0

страница 107
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164

Скачать книгу "Основы квантовой механики" (21.05Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
заказать футбольную форму на команду
сумочницы
прайс обслуживание vrv
http://taxiru.ru/shashechki-30-sm/

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(19.11.2017)