Главная » Просмотр файлов » 1626435900-2be340c6a244b99156a9dca9d508df44

1626435900-2be340c6a244b99156a9dca9d508df44 (844337), страница 3

Файл №844337 1626435900-2be340c6a244b99156a9dca9d508df44 (Собельман 1963 - Введение в теорию атомных спектров) 3 страница1626435900-2be340c6a244b99156a9dca9d508df44 (844337) страница 32021-07-16СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

С. Л. Мандельштамом. 9 33 и глава Х! написаны совместно с Л. А. Вайнштейном, а 9 46 совместно с Л. А. Вайнштейном и Л. П. Пресняковым. В заключение я хочу выразить искреннюю благодарность проф. С. Л. Мандельштаму„ по инициативе которого была написана настоящая книга, проф. М. Г. Веселову, прочитавшему рукопись, а также Л. А. Вайнштейну, Ю.

П. Донцову, Н. Н. Соболеву и В. И. Когану, просмотреашим отдельные главы рукописи, за ряд ценных замечаний. Благодарю также Т. И. Соколову за помощь в оформлении рукописи. И. Собельжам ЧАСТЬ 1 ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ СВЕДЕНИЯ ОБ АТОМНЫХ СПЕКТРАХ ГЛАВА 1 СПВКТР ВОДОРОДА й 1. Уравнение Шредингера для атома водорода (д,е ~е'~ (1.1) Волновая функция ф, являющаяся решением этого уравнения, описывает стационарное состояние с определенным значением энергии Е. Г!ри движении в центрально-симметрическом поле сохраняется момен~ количества движения частицы, поэтому среди стационарных состояний имеются такие, которые характеризуются также определенным значением квадрата момента количества движения и значением одной из компонент момента.

Выберем в качестве этой компоненты х-компоненту момента, т. е. будем рассматривать стационарные состояния, характеризуемые определенными значениями величин Е, квадрата момента и я-компоненты момента. Волновые функции ф этих стационарных состояний суть собственные функции опеРатоРов ее и 1е и должны поэтомУ УдовлетвоРЯть также УРавне- ниям уеф = 1(1+ 1) ф, 1,ф=тф (1.2) (!.3) где 1(1+1), т — собственные значения операторов !' и 1,. Напомним, что в квантовой механике квадрат момента количества движения может принимать лишь дискретный ряд значений 11'1(1+ 1), где Л гг = —; А — постоянная Планка, причем 1=0, 1, 2, ... Точно 1. Уровни энергии. Задача об относительном движении алек трона (масса т, заряд — е) и ядра (масса М, заряд е.е) приводится, как известно, к задаче о движении частицы с эффективной массой тМ ее' р = — =т в кулоновском поле — — .

т+М еее Уравнение Шредингера для частицы в поле — — имеет вид г (гл. [ СПЕКТР ВОДОРОДЕ 14 так же е-компонента момента может иметь значения Ьув, т = О, ~ 1, +-2, ... при дополнительном условии ~лу~ ~ Е В дальнейшем мы будем для краткости говорить просто о моменте 1 и г-компоненте момента лу, подразумевая момент, квадрат которого равен уг'1(1 + 1) и х-компонента равна Ьум. Компоненты момента 1 связаны с компонентами импульса Р соотношением лук = УРк ЕРу уу(у = Рк+ ЕРк~ ™к = Ру УРк' (1 4) — +луур=О.

. дуу др (1.5) (1.6) Запишем также в сферических координатах уравнение (!.1) (1.7) Сравнивая уравнения (1.5) и (1.7), мы видим, что угловая часть оператора Лапласа ~), с точностью до множителя г ' является оператором квадрата момента количества движения, поэтому вместо (1.7) получаем * д (г д ),к — У(У+ ут~~Е+ — ~ УР=О. (1.8) Будем искать решение этого уравнения в виде ур= ус(г) г; (8, <р), (1.9) где угловая часть волновой функции 1'ьк(11, ф удовлетворяет уравнениям (1.5) и (1.6). Поде~валяя (1.9) в (1.8), получаем уравнение для радиальной части волновой функции Асимптотическое поведение радиальных функций при г — оо определяется уравнением дУ!с 2р — + — Е ус=О. дУ Дк (1.1 1) Заменив в этих выРажениЯх Рк, Р, Р, на квзнтовомеханнческие операторы †(й †, — (д †, — (в — и вводя сферические коордидк ' дя' дг наты у, 8, ~р, получим вместо (!.2) и (1.3) следующие уравнения: 15 гглвнвнив шгвдингвгл для атома водогодл Таким образом, при г оо имеем ! 1 К- 2~ Лг — -- à — 2~ Вг 11 — С,е" +С,е (!.12) Константы С„С, можно найти из условия сшивания (1.12) с точным решением уравнения (1.10) и условия нормировки.

Этн константы являются функциями энергии Е и момента 1. Если Е>0, то т)! — — 2)ьЕ=1)г2(2 ~ Е( и функция (1.12) ограничена. Если же Е(0, ! член -е " при г — оо неограниченно возрастает. В соответствии с этим при Е) 0 существуют конечные и непрерывные решения (1.10) при любых значениях Е и 1. При Е<0 конечные и непрерывные решения уравнения (1.10) возможны лишь при некоторых дискретных значениях Е, определяемых из условия С,(Е, 1) =О. Интегрируя уравнение (1.10), можно показать, что это условие дает ! ~'Рг' Е= — —,— —, 2 л'ЬР ' (!.13) где п †цел число, причем и ) 1.+ 1. Число л носит название главного квантового числа.

При заданном значении л квантовое число 1 может принимать значения О, 1, 2, ..., л — 1 (всего л различных значений). Каждому значению 1 соответствует (21-)- 1) состояний, отличающихся значениями квантового числа лг, ко~орое часто называют магнитным квантовым числом. Энергия атома в состоинии л, 1, лг однозначно определяется заданием главного квантового числа и не зависит от 1 и лг. Таким образом, для частицы в кулоновском поле имеет место л'-кратное вырождение уровни.

К уровню л относятся 1 + 3+ 5+... + 2л — 1 = л' различных состояний, отличающихся квантовыми числами 1 и лг. Независимость энергии от лг имеет простой физический смысл. В поле, обладающем центральной симметрией, все направления в пространстве равноценны, и поэтому энергия не может зависеть от ориентации в пространстве момента количества движения. Что касается независимости от 1, то это является спецификой кулоновского поля и в общем случае центрально-симметрического поля не имеет места.

Схема уровней энергии атома водорода, соответствующая формуле (1.13), изображена на рис. 1. В спектроскопии принято обозначать состояния, соответствующие значениям 1=0, 1, 2, ..., буквами латинского алфавита 2, р, г(, У, а, л, 1, л, Так, состояние л = 1, 1 = 0 обозначается 12, состояние л = 2, 1 = 2 обозначается 2Н и т. д. Таким образом, к уровню л = 1 относится состояние 12, к уровню л =2 в состояния 22, 2р, к уровню л =3 состояния 32, Зр, ЗЫ и т. д. [гд. ! спектР водоРода Если пренебречь различием между приведенной массой тд р жт ( 1 ††) и массой электрона т, которое составляет примерно и) ! те' Р 2000 — т то для уровней энергии получаем Е = — — — .

Величина и $а 2П1' /и/5 /г/ Рис. 1. Схема уровней энергии атома водорода. гига т — =4,304 ° 10 арг ( 27,01 ав) принята в качестве атомной еди- А' ницн энергии. В спектроскопии используют также ридберговскую 1 те' пу Яе единицу энергии йу= — —. В этих единицах Е„= — —, 17 эглвнанив шгвдингвгл для атома водоеода для ионизации атома водорода, т. е.

для отрыва электрона от ялра необходимо сообщить атому энергию ) Š— Е ! = — — . Эта вели- 1 ре' 2 йуе чина называется энергией ионизации (если она измеряется в электронвольтах, то потенциалом ионизации) и обозначается Еп С точностью ло замены р на гл Ег =Ку. Уровень л = 1 получил название основного. Первый возбужденный уровень, ближайший к основному, нззывается резонансным. Энергия, необходимая для возбуждения резонансного уровня, называется резонансным потенциалом и обо- 3 значается Е,. Для атома водорода Е,=)Е,— Е,)= — Е,.

Это дает Е;13,53 ээ, Е, 10,15 эз. В атомной спектроскопии вместо уров- Е„ ней энергии Е часто используются величины а„= —" имеющие и з 2пйс ту же размерность слз ', что и волновые числа. Значения величии и„ для уровней энергии атома водорода приводятся на рис. 1. 2. Волновые функции. Обозначим радиальные волновые функции дискретного спектра через К„(г). Тогда "Кит =Коз(г) ! ьз(5 Ф). Угловые функции Гпз(9, Ф), удовлетворяющие уравнениям (1.5), (1.6), могут быть выражены через присоединенные полиномы Лежандра а именно Уьз(5Ф) =сопз1Р,'"(сон й) е Определяя значение постоянной из условия нормировки зч ч ) ) ( У,„(ОФ) 1* з(п О ДВ г(ф = 1, о о получим Уьз(ВФ) — Энз(В) гВ„(Ф), )Э,н = ( — 1)" ~~ ' П, Р" (сов 5), з""т Ф (1.14), "гг2п Здесь предполагается, что т)0.

Для эз(0') (!.15) )Эг )н)=( — 1) )Эг~о). ') Выбор знаков в функциях О, не однозначен. Иногда функции Вз — 1т 1 определяются другим соотношением. Это надо иметь в виду во избежание ошибок, Определение фаз функций Вгм (1.15) соответствует принятому в (К.Ш.) (ГЛ. 2 18 СПЕКТР ВОДОРОДА Функции 1;„(8, ф обычно называют сферическими или шаровыми. Эти функции взаимно ортогональны и нормированы Еа а 1 1 Г,. Г,.

3!. О 18 (Ф =ба 5.. (1. 16) о о выражения для функций У, при 1=0, 1, 2, 3: «/4и = 1/ — соз8 «' =~ 1/ — айп!)еа'Р, — / 3 -/3 У 4 ' '-+' У 3 /5 13, 1! «' = 1/ — ~ — соз'8 — — ~ зо «/ 4и(~2 2 «; 2, — =г 1/ — соя 8 айп 8 еа'", - / 15 1 -/15 /7!5, 3 «; = 1/ — ~ — соз'8 — — соз 811 «к 21= Г 4 )Т 4 З!П8(5СОЗ 0 — 1)Еа т, Ук 2, = — 1/ — з1П'Осоз8еа"Р ! - / 105 ° '*' 4 У Ы Ф Р 64П Приведем явные 1=0 1=1 (1. 17) 1=3 Радиальные функции дискретного спектра й„,(г) имеют вид 1// (и+1)! ~22 ') * -„' —,' ~2гг,' 1'и!(г) (21+1)! Р (и — 1 — 1)12и ~йа,1 ~ иа,/ х Е ~ — (и — 1 — 1), 21+2, 22г! иа,~ ' (1.18) 82 а, = —, = 0,529 ° 1О ' см — атомная единица длины (боровский радиус). Здесь Š— конфлузнтная или вырожденная гипергеометрическаи функция, определяемая рядом а а а(а+1), а(а+1)(а+2] (а й~ «) = 1 + й«1 «+ )«ф - 1) 21 х + ан (ан+ 1) [ан+ 2) 31 х + ' (!.19) Если а есть целое отриц ательное число, как в (1.18), то Е(а,(), х) сводится к папиному степени (а !.

Характеристики

Тип файла
DJVU-файл
Размер
10,86 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6551
Авторов
на СтудИзбе
299
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее