ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Спектр поглощения водородоподобных атомов. Замечания о влиянии линий на росселандов пробег из "Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений " Линейчатые спектры испускаются и поглощаются в результате связанно-связанных переходов в атомах (ионах), т. е. при переходах атома из одного энергетического состояния в другое. [c.244] Величина у называется постоянной затухания. [c.245] Спектральное распределение излучения затухающего осциллятора, которое выран ается формулой (5.61), изображено на рис. 5.8. Полуширина пика, так называемая естественная ширина, смысл которой ясен из рис. 5.8, равна Av = у/2я. [c.246] Выше было рассмотрено самопроизвольное испускание света однажды возбужденным осциллятором. Пусть теперь на осциллятор извне падает монохроматическая световая волна частоты v с неизменной во времени амплитудой. Под действием электрического поля волны упруго связанный электрон совершает вынужденные колебания. Если бы затухания не было, световая волна в течение непродолжительного времени после момента ее включения возбудила бы осциллятор, сообщив ему определенную энергию, и после этого (в среднем по времени) больше не производила бы работы. Если же имеется затухание, вынужденные колебания сопровождаются непрерывным излучением энергии осциллятором. Эта энергия черпается за счет работы, производимой внешним полем. [c.246] Работа равна энергии, которая отбирается осциллятором от световой волны в 1 сек, т. е. поглощается осциллятором. [c.246] Если затухание колебаний осциллятора связано исключительно с излучением, то вся поглошенная энергия тратится на испускание света. [c.246] Судьба поглощенной энергии света определяется соотношением между -естественной шириной у и обратным временем между столкновениями 2/Тот. Если у 2/тст, что имеет место в очень разреженном газе, то поглощаемая энергия высвечивается (свет рассеивается) если же у 2/Тст — энергия переходит в основном в тепло (поглощение в буквальном смысле слова). Существуют и другие механизмы уширения спектральных линий в газе (см. об этом [10, 53, 54]). [c.247] Это есть константа, зависящая только от числа осцилляторов / и не зависящая от ширины линии. Поэтому, если линия уширена, например, за счет столкновений, то эффективное сечение теперь будет меньше, чем у линии с естественной шириной. [c.248] Поглощение света осциллятором зависит от частоты точно так же, как и излучение (ср. формулы (5.61) и (5.64)). Это находится в соответствии с принципом детального равновесия, выполнение которого легко проверить путем непосредственного вычисления ). [c.248] Рассмотрим излучение и поглощение света с квантовомеханической точки зрения. [c.248] Как видим, величины gnfnn , где первый индекс у / соответствует начальному уровню, для излучения и поглощения одинаковы и, следовательно, симметричны относительно перестановки чисел, характеризуюпщх начальный и конечный уровни. [c.250] Обычно в реальном газе существует ряд причин, по которым спектральные линии расширяются столкновения частиц, доплеровский эффект, штарк-эффект. Так, уширение за счет столкновений добавляет к естественной ширине линии у величину, равную удвоенной вероятности столкновений уст = 2/тст. Доплеровское уширение равно примерно Дv = ур/с, где V — скорость теплового движения. Мы здесь на этом вопросе останавливатьря не будем см. [10, 53, 54]. [c.251] Пусть на газ из водородоподобных атомов (в частности, па атомарный водород) падает извне свет с непрерывным спектром, в котором представлены все частоты. Рассмотрим, какие из этих частот будут поглощаться атомами, пребывающими в определенном, ге-м, состоянии, и какова интенсивность поглощения. [c.252] Вблизи верхней границы серии, где линии сильно сгущаются, начинается перекрывание отдельных линий. Это происходит, когда частотное расстояние между линиями, которое быстро уменьшается при ге оо, становится сравнимым с шириной линий. Перекрыванию линий способствует их уширение за счет столкновений, доплеровского эффекта и т. д. [c.252] Фактически перекрывание отдельных линий может возникать толька при поглощении света молекулами, где число линий гораздо больше, чем в атомах, и они расположены гораздо ближе друг к другу (см. об этом ниже). [c.252] Рассмотрим переходы ге ге с поглощением света между высокими уровнями с большими квантовыми числами. Движение электрона на таких уровнях квазиклассично, и поглощение света, сопровождающееся переходами ге- ге с ге, ге 1, можно изучать, пользуясь полукласси-ческими представлениями. [c.253] В спектральной области, соответствующей переходам с ге, ге 1, где линии расположены очень часто и почти перекрываются, представляется естественным сгладить зависимость эффективного сечения поглощения от частоты путем введения усредненного сечения. Усреднение должно производиться таким образом, чтобы суммарная площадь линий, которая характеризует ослабление потока внешнего излучения с непрерывным пектром, оставалась неизменной. [c.253] В 4 мы нашли эффективное сечение для связанно-свободных переходов, распространяя классическое выражение для эффективного излучения при свободно-свободных переходах на случай, когда одно из состояний попадает в дискретный спектр. Оправданием для такой операции послужили те соображения, что в состояниях с большими квантовыми числами ге движение электрона квазиклассично и что движение по эллиптической орбите, соответствующей большому ге и малой отрицательной энергии, весьма близко к движению по гиперболической орбите с малой положительной энергией. Сделаем еще один шаг и рассмотрим в том же приближении случай, когда оба состояния находятся в дискретном спектре с большими квантовыми числами. [c.253] В Конечном состоянии меняется непрерывным образом, следует ожидать,, что и среднее эффективное сечение поглощения света атомами в ге-м состоянии, av , также будет непрерывно при переходе от дискретного спектра к континууму (рис. 5.11). [c.254] Распространим выражение (5.34) для сечения фотоионизации с -го уровня на поглощение частот, несколько меньших границы фотоионизации — Уп ), и приравняем сечение (5.34) выражению для среднего сечения в случае связанно-связанных переходов (5.76). [c.254] Вернуться к основной статье