Вихман Э. Квантовая физика (1185110), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Структура ядерных уровней не обладает таким свойством, и мы часто видим, что первый возбужденный уровень отличается по значению / от основного уровня на несколько единиц. Такое возбужденное состояние пе х:ожет чвысветпться» дипольным переходом и, соответственно, существует долго. Гели различие в значениях 1 велико, а разность энергий мал:. вре 1я жизни мо. гет оказаться порядка минут, так как пспушениый фотон должен иметь высокую мультипольность. Такие состо ып я называют позлю чнылш. Задачи 1.
Ниже приведены измеренные в начале века волновые числа(з си-", спектральных линий некоторого атома: тг = 82 2,8 27' те = 97 491 28' хм= 105290,о8; х»=15232,97; хч=-23032,31; та=5331,521 чг, =. 2459. а) Найдите возможно большее число случаев, доказывающих комбинационный принцип Ритца, т. е. случаев, когда нолноэос число равно разности ддух других волково.х чисел, б) Покажите, что все ляпни возникают нз комбинаций пяти термов. Найдите нх (с точностью до общей для всех,ермов произвольной постоянной) и изобразите схему термез и переходов, отвечающих измеренным линияи. в) Можше л х вы нанти простую формулу для термов? Встречалась лн где-либо в книге такая схема т рмов? (Закончив анзтиз приведенных данных, вы можете обратиться к таблице длин волю чтобы узнать, о каком атоме идет речь.) 2.
Для взучения резона иной флуоресценции содержимое кварцевого сосуда С было облучено улщрафоох говым светом с длиной волны 2537 А, испускаемылх ртутной люшой. (В зто,) лгошс происходит электрический разряд в парах ртути, заключенных в кгарцсвый сосуд.) При этом наблюдались следующие явления: а) Если г суд С сотнржал только пары ртути, то они очень сильно рассеивали пэ:шош е:ш чпх нилу ~ение: гтсх ы паров резонировали, Длина волны рассеянб) Если в сосуде С были только пары галлия, он оказывалсн прозрачным для излх кш.я н рассеяние бьщо весьма малб. в) Есл.
в сосуде С были пары таллин и ртути, то он являлся источником излучения линии ртути '53? А, а также ряда линий галлия сдлинамн волн 2768, 3230, 3529, 3776 и 5350 А. Есгш хюжду сосудом С и источником света поместить стеклянную пластину, то ни одна из этих линий ие возбуждается. г) В условиях в) было найдено, что ливня таллия 3776 А гораздо шире линии 2768 А и, кроме того, ее и:ирина больше "* глеровского расширеняя, соответствующего температ;ре сосуда, и больше шиницы той же линии, когда ее источником является разрядная трубка, наполяснг, я парами галлия. Попытайтссь объяснить все эти явления. Вам поможет схема тернов атома таллия (рис.
34А этой главы). Интересно охметить, что в описанном опыте наблюдались лишь некоторые линии таллия, Линии 2826 и 5584 А, например, отсутствовали. 3. Время жвзни Зрнпсостояния атома натрия (рис. 32А) близко к 10-з с. Рассмотрим сосуд, наполненный газообразным аргоном при давлении 1О мм рт. ст. н температуре около 200'С. В сосуде находится небольшая частичка натрия, после яагревэгшя которой сосуд наполняется небольшим количеством паров натрия.
Мы наблюдаем поглощение линии 5896 А из излучения пака тиваемой вольфрамо- 139 в ззк. мт вой нити, проходящей через сосуд. (Излучение накаливаемой вольфрамовой нити имеет непрерывное спектральное распределение,) Оцените: а) естественную ширину линии; б) доплеровское расширение линии; в) расширение вследствие столкновений.
Выразите полученные результаты в волновых числах. Сравните этн ширины с расстоянием между желтыми линиями О, и 7?в натрия (расщепление тонкой структуры). г) В схеме терман на рис. 32А показан переход, которому отвечает линия 5588,22 А. Увидим ли мы эту линию в описанном выше опыте по поглощению? Аргон, находящийся в сосуде, служит лишь для создания давления н средней температуры. Его присутствие необходимо принять во внимание прн оценке влияния столкновений на ширину линии: так как атомов натрия в сосуде гораздо меньше, чем атомов аргонг. то атомы натрия сталкиваются главным образом с атомами арго«а. Оь, К7Г;7П7ЛП пцт 77)7П?7?агпц К зепяче 4.
Слева внл спе~ трвльноп лвннн 1прн Еап шанс рвзрсшсннн! ааы-ныр. нзгпнмер, впя всточпккз в внхе сззавон резрядноа трчпкн. а некоторых условиях тя л.е пнпня, нспус. кгснвя тем н е иста ~инкам, мажет иметь внн, зюкзззнныв сирс с 4. Рассмотрим форму спектральной линни пспускан«я для атома, Допустим, что атомы н всточнике «рт:сутсгвуютв виде газа, и мы измеряем с патющью спектрометра с очень хорошим разрешснисм зависимость интенсивности от частоты. Для некоторых источников света форма линки тзокнзаиа слева на рисунке к этой задаче. Для других источников .шипя будет иметь форму, показанную справа. Зйметим, что, как правила, показавнузо справа форму имеют лишь л«нн«. возннкшошие прн переходз в основное состояние.
Можете ли вы объяснить зпо явление? Какими свойствами должен обладаешь нстосшик, чтобы форма линни соответствовала левой част« рисунка? 5. Оцените для экспериментальных условий задачи 3 на оспованив формулы (7а) этой главы долю атомов натрия, находящихся в первом возбужденном состоянии. (Предположим, что 7=200'С.) 6. а) Йа основании экспервментальных данных, представленных на рнс. 37А, вычислите постоянную С в уравнении (375). б) При изучении рентгеновского излучения найдено, что для появление одной из характеристических линий (частоты оз] энергия Е бомбард«рующих электронов должна быть несколько больше йы, Для Кп-линий, к которым относится рнс.
37А, приблизительное условие появления .чиний имеет вкд Е>(413)увоз. Почему линии не возникают, как только Е>уеы? 7. Автор не может отвеча гь за последствия, могущие произойти, сали читатель слишком серьезно воспркмет боровскую планетарную модель атовта.
но и не хочет заходить так далеко, чтобы запретить студенту рассматривать эту модель. Бор предполагал, что электрон в атоме водорода движется по кругорым орбитам такитт образом, что момент импульса равен целому кратному числа 5. Эта модель дает значения энергетических уровней атома водорода с большой точностью, что является замечательной случайностью. Боровская модель имела большое значение в свое время, и читателю будет интересно войти по следам Бора и получить схему тернов и энергию переходов для линий, показанных на рис. 1В этой главы.
(Длины вцлн для линий на фотографии равны 4861,3, 4340,5, 4101,7, 3970,1, 3889,1 и 3835,4 А.) !40 8. Радиоактивное ядро зааРо (другое его обозначение ТЬС') испускает м-частицы нескольких различных энергий. В этом случае объяснение, показанное на рис. 40Л этой главы, ие подходят. Найдите прааяльиое объяснение. Изобразите соответствующую схему уровней н обозначьте уровни, принадлежащне различным ядрам.
9. На рнс. 38А показана упрощенная версия диаграммы, взятой из обзора! Ауаепзегд Г., !.опг!Нея Т. — )!еч.Мой. Р)гуз., 1955, ч. 27, р. 107, Р(8. 1о. Рассмотрите рисунок в салюзи обзоре. Над уровнем, обозначенным Члфц, вы увидите кривую с рядом максимумов. Они совпадают с некоторыми из уровней ядра ыВ. Эта кривая изображает резуль аты реального эксперимента. Объясните смысл кривой н обсудите измерения, иа основании которых оиа получена. В правой части кривой (в обзоре) вы увиднге горизонтальную черчу. абозначеннуьз 'ВФ р — р', и над ией короткую горизонтальную черту, на которой стоит ~гпфра!56.
Этот последний зравень сосдянен с некоторыми уровнямп ыВ лнниямя са стрелками. Эта чань диаграммы также связана с некоторымп опытамц. Обсудите нх и объясните значение стрелок. Вп Рассмотрим опыт, в котором пучок атомов движешься параллель.
а экрану с )экой щелью. Щель перпендикулярна к ианравлению пучка. Для ппастогы положим, по все атомы пучка имеют одну н ту зке скорость о. Па апрсд. леинол! расстоянии х до щели некоторые атомы прннадятся в возбужденное состояние. При переходе нз возбужденного состояния в основное атом испускает ф .сп ( астаты ы), Пусть т — среднее времч жизни возбужденного атома. Мы изучаем сзс, проходящи н через щель. а) Как зависит интенсивность прохадяигего через щель света ат рассзаячня ху б) Предположим, что сает из щели попадает на фотоэлемент я чы юределяем задерживающий потенциал, прекращающий работу фачаэлемента. Б) ..
т ли этот потенциал заьшюгь от расстояния ху 11 *). Интересно получить угловое распреде:еппе пнгенснвнащ 1 излучения электрического квадрупаля (пстачник на рис. 50Л) и сравнить его с са лвстстпующпм угловым распределением изл'ченпя электрического дипаля. Ипощспвность пропорциональна квадрату модуля напряженности электрического полч. Пакажщтс, по зависимость интенсивности ат направления наблюдения определяется выраженпнми lгп (О) =- А з!и' 0 (для электрического дппаля), 7да (0).=В з!п' 20 (для электрического кгадрупалик Здесь А и  — постояньые. Интенсиьиость не зависит от азниутального угла. Этот пример показывает, как можно различить тип мультппольиого излучения по угловой зависимости излучения.
Дополнительная литература Схемам уровней азомов, молекул и ядер посвящено огромное п.ело книг, сре,щ которых укажем след)ющне: Гегч(бара 7. Лтомные спектры н строение а|опав.— Мл Илп 1948. !Рыле Н. 1п1гобпснап !о Агогп1с Врес1га.— 1Ч. У., 1934. Герйбгрг Г. Спектры и строение двухатомиых молекул.— Мл Игй 1949. Нггх)хгй С. Мо!есп)аг Зрсс1га апб Мо1есп1аг 31гпс1ще. — Чо1.
1. 5рес1га о1 !д!аь ппс Мо!есп!ез.— и, У., 1953. НапнУоу В. !п(гобое!огу Хпс!еаг Р(зуа!сз.— Н, У., 1950. Вейте Е. Нпс(е! апб Ранк1ез,— Н. У., 1964. Волькенштейн 34. В. Строение молекул.— Мл Наука, 1967. Кондратьев В. В. Страсннс атомов н молекул.— Мл Физматгиз, 1960. Схемы уровней многих атомов можно нанти в книге: Сто!лап В'. Огарййзсье Оагз1е11ппй бег Зрей!ге!т чоп Л1ощеп ппб !опеп гпн Вю, Хчче! ппб Пге! 'чга!епхе!ей(сопев.
Вб 11.— Вег(1п, 1928. ") Эта задача относится к дополнительной теме (п. 50). 141 Схемы уровней ядер см. в справочниках; Аггепзеги Г., Ьаиггузег» Т. Епегйу 1.ече!з о1 1.!2Ы 5!пс!е!.— Яеч. Моб. Р!»уз., 1955, ч. 27, р. 77. Бжеяепее Б. С., Пекер Л. А". Схемы распада радиоакгнвных ядер А <100.— Мл Наука, 1966. Статья нэ журнала»5с!епННс Агпепсап» в сборниках «Над чем сгумают физики» (Мп Наука): Блум А. Оптическая накачка.— 1967, вып. 5, с. ЗЧ. Лайонс Г. Атомные часы.— 1967, вып. 5, с, 20. Пейн 77. Магнитный резонанс.— 1972, вып. 8, с.
91. Шавлов А. Успехи в создании оптических лазеров.— 1967, вып. 5, с. 47. Де Бенеде~пгпи С. Эффект Мессбауэра.— 1967, вып. 5, с. 5. ГЛАВА 4 ФОТОН Ъ| Фотон как частица |. В этой и в следующей главах мы рассмотрим корпуску,гярные и волновые свойства фотона, электрона, нейтрона и других элементарных объектов. Начнем с основных экспериментальных фактов и попытаемся составить себе предварительную, но согласованную к;.;>тину явлений. Во многих случаях результаты рассмотренных опытов могут потребовать новых экспериментов.
Тогда мы попытаемся сделать определенные предсказания, а зяте» изучить, чтб же наблюдается в действительности. Наш подход заключается в экспериментировании с идеями, и нам не следует слпшко«> огрангчивагь себя какой-либо определенной моделью: постарас юя сохранять непредвзятьп1 взгляд на вещи. 2. Начнем с фотонов. Фотоны — это «квантыа электрочащштного поля; мы знаем, что почти монохроматическое пзл; чепце частоты о> приходит в виде порций, несуп1их энергию Е=Л». Наиболее прял>ык> доказательством таких свойств поля являегеп фотоэлектрический эффект, но, как мы убедимся, к этепп» е ьыводу приводят и другие наблюдения. Совокупность этих опытов ьопподит к заключению, что связь Е=-йь> остается верной для очень широкой области частот; и мы совершим смелую экстраполяцпю, допустив, что такая связь между энергией пакета и частотой являшся законом, обп4>ь>г для ля>ба>х фотонов. 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
