Д.В. Сивухин - Общий курс физики. Том 5. Атомная и ядерная физика (1121281), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Изложенное представляет только основную схему явления, но не охватывает всех его сторон. В частности, мы оставили в стороне все (Гл. П Строение, знергегпические уровни и спекгпры атома 88 вопросы, связанные с уширением энергетических уровней и спектральных линий. Но это не входит в нашу задачу. 4. Постулаты Бора составляют основу для понимания явлений люминесценции, которые до этого оставались севера»енно непонятными. Ответим сначала на вопрос, что такое люминесценцияу Все тела испускают электромагнитные волны, интенсивность и степень поляризации которых в различных участках спектра определяются температурой тела и его поглощательной способностью в соответствии с законом Кирхгофа (1824 — 1887). Такое излучение называется температурным или равновеснь м.
Помимо температурного излучения, многие тела в результате различных внешних возбудителей дают избыточное излучение, не определяющееся температурой тела. Таково, например, свечение экрана в телевизоре, свечение газа в газорвзрядной трубке при прохождении через него электрического тока, све юние сахара при раскалывании, свечение некоторых живых организмов (светлячков), свечение гниющего дерева и т.д.
Все это — примеры холодного свечения. Такое избыточное иад температурным излучение н зывается люминесценцией, если его длительность после прекращен л внешнего воздействия (послесвечение) значительно превьпаает период световых колебаний. Г!ервая часть этого определения и самый термин «люминеспенция» были введены Е. Видеманом (1826-1899). Вторая часть — критерий длительности — был введен С. И. Вавиловым, чтобы отличи гь люминссцгнцию от более кратковременных явлений вгоричного излучения — отражения и рассеяния света, тормозного излучения заряженных частиц, излучения Вавилова— Черенкова и пр. Конечно, этот критерий не определен вполне жестко и может служить только для общей ориентировки.
В ряде случаев он не позволяет провести резкую грань между люминесценцией и нелюминесценцией. Раньше явления люминесценции делили на флуоресценцию и фосфоресценцию. Под флуоресценцией понимали излучение, прекращающееся мгновенно после прекращения действия вызывающего его внешнего возбудителя. Если же свечение продолжается некоторое вромя и после удаления возбудителя,то его называли фосфоресценцией. В свете более поздних исследований было выяснено, что никакой принципиальной разницы между флуоресценцией и фосфоресценцией нет.
Различие между ними чисто количественное — по времени длительности послесвечения. Поэтому указанное деление потеряло смысл. Термин «флуоресценция» применяется и сейчас, но только для того, чтобы качественно подчеркнуть кратковременность свечения. Например, длительность резонансного свечения разреженных газов,как показали специальныо изл«ерения, порядка 10 г — 10 с. К приведенному определению люминесценции следует добавить некоторые замечания. Поскольку температура — макроскопическое понятие, разделять полное излучение на температурное и люминесценцию имеет смысл не для отдельных молекул и атомов, а только для их совокупностей — тел, имеющих определенную температуру. Если состояние тела столь неравно- весно, что говорить об его температуре не приходится, то в этом случае нельзя говорить и о *гемпературном излучении, и о люминесценции.
Так будет и при свечении отдельных атомов и молекул. По этой причине для свечения газов, исследованного Вудом, мы предпочли нейтральный термин «резонансное излучение» вместо часто употребляемого терл«ина «резонанснвя флуоресценция». Действительно, такое свечение наблюдается и в разреженных газах. Термин же «резонансная флуореспенция» оправдан, когда речь идет о свечении сравнительно плотных газов.
Вещества, в которых возбуждается люминссценция, называются л»омииофорами По методу возбуждения свечения различают: 3 16) Принципиальные недостатки т.сории Бори 1) фотолюминесценцию — люминесценцию, возникающую при освещении люминофора видимым или ультрафиолотовым светом; 2) рентгенолюминесценцию — свечение люминофора при облучении его рентгеновскими или 7-лучами; 3) катодолюминесценцию — свечение люминофора при бомбардировке его электронами (катодными лучами); 4) радиалюмингсценцию — свечение под действием ядерных излучений; о-частиц, 1з-частиц, у-лучей, протонов и т. дц 5) элсктролгомииесценцию — свечение люминофора, например газонаполненной вакуумной трубки, в электрическом поле; 6) хем люминесценцию — свечение тел при химических реакциях, 7) триболюминесценцию — свечение, возникающее при растирании, раздавливании или раскапывании некоторых кристаллов (например, сахара); 8) кандолюминесценцию — свечение 1но не температурное), возникающее при помещении некоторых веществ в пламя, например в плалгя газовой горелки.
5. Оставляем в стороне вопрос о полноте и обоснованности этого списка. Вопросалг люминесценции, и даже гс отдельным видам, посвящена обширная специальная литература, и мы не можем входить в их обсуждение. Существенно только отметить квантовый характер люминесценции. Как и всякое излучение, люминесценция возникает в результате квантовых переходов излучающей системы с каких-то возбужденных энергетических уровней на уровни более низкие. С этой точки зрения становится понятным один из характерных признаков люминесценции — длительность свечения, ибо многие гела могут находиться в возбужденных состояниях длительное время.
Характер люминесценции определяется структурой энергетического спектра тела, средним временем его пребывания в возбужденных состояниях, правилами отбора при поглощении и излучении света и т.д. Для фотолюминесценцин Стоксом 11819 — 1903) в 1852 г. было установлено правило, согласно которому длина волны Л' света люминесценции больше длины волны Л аазбуаюдающсго саста. Это правило указывает на квантовый характер фотолюминесцснции. Действительно, если квант возбуждающего света переводит систему с нормального уровня Рл на возбужденный уровень йг, то рг < рг -~- Ьи.
При обратном возвращении системы на прежний уровень )г1 частота излучаемого света будет и' = (гбг — бг)/1л, а потому и' < и. Система может вернуться с уровня Уг не на прежний уровень бы но на уровень, лежащий несколько выше. Тогда тем более и' < ы. Однако правило Стокса допускает исключения. Допусгим, что световой квант переводит систему с какого-то возбужденного уровня гм на вышележащий УРовень Рг, Тогда, конечно, йг < 1г~ х йи.
Но так как )л', > то может случиться, что бг > йл -~- Ьи. В этом случае при возвращении системы на невоэмущенный уровень йл будет попускаться квант с частотой и' > и. В 16. Принципиальные недостатки теории Бора Теория Бора — важный этап в понимании ннутриатомных явлений. Классическая физика, созданная при изучении макроскопических явлений, столкнулась с принципиальными трудностями, когда ее стали применять к атомам, молекулам и вообще к ягшениям микромира.
Теория Бора подготовила почву для уяснения того важнейшего ~Гл. П Строение, энергетические уровни и спектры атома 90 факта, что для пон1 мания явлений микромира классических понятий и классических законов недостаточно. В области микромира нужны праициаи льио новые понят я и законы. Здесь первенствующая роль должна принадлежать кванту действия, открытому Планком. Теория Бора послужила мощным стимулом для постановки многих экспериментальных исследований, принесших важные результаты.
Даже в тех случаях (а таких случаев было большинство), когда теория была не в состоянии дать количественного объяснения многих явлений, два постулата Бора служили руководящей нитью при классификации и качественной интерпретации этих явлений. На их основе, например, был классифицирован громадный эмпирический материал атомной и молекулярной спектроскопии. Но двух постулатов Бора, конечно, недостаточно для построения полной теории. Они должны быть дополнены прежде всего правилами квантовая ~ с помощью которых могут быть вычислены уровни энергии атома.
Бор предложил правило квантования круговых орбит электронов в однозлектронных атомах. Оно выражается формулой (13.6). Нри получении этой формулы Бор, как он сам признается, исходил из требования подогнать теоретическую формулу для уровней энергии под эмпирически установленную формулу Бальмера для спектральных термов водорода. Несколько позже Зоммерфельд обобщил правило квантования Бора на случай движения электрона по эллиптическим орбитам. Но и после этого правило квантования относилось только к атому с одним электроном. Не удалось распространить правила квантования на многоэлектронные атомы, даже на простейший после нодорода атом гелия, состояп1ий из ядра н двух электронов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
