Основное состояние гелия

В последнее время проведен ряд новых более точных расчетов энергии основного состояния гелия и сходных с ним ионов Ю. Н. Демков, [c.153]

Если применить выражение (12) к задаче об основном состоянии гелия, где (7) определяет возмущающий член, то находим [c.314]

Операторы углового момента 30 Оптическая плотность 7 Основное состояние гелия 3U Осциллятора сила 242 [c.411]

Основным механизмом возбуждения и ионизации атомов в полом катоде являются неупругие столкновения с электронами. Заметную роль в ионизации, а в ряде случаев и в возбуждении атомов исследуемого вещества, могут также играть соударения с возбужденными атомами инертных газов, находящихся в долгоживущих (метастабильных) состояниях. Гелий обладает наиболее высоким потенциалом возбуждения (19,8 эВ) и потенциалом ионизации (24,6 эВ). Вследствие этого средняя энергия электронов, характеризуемая электронной температурой, в разряде с гелием выше, чем с другими инертными газами. Поэтому в разряде с гелием удается получать спектры трудновозбудимых элементов и их ионов. Наоборот, в случае легковозбудимых элементов лучшие результаты дает использование более тяжелых газов, например аргона, поскольку они вызывают более интенсивное катодное распыление. [c.74]

Заполнение электронных состояний в первых трех периодах. Рассмотрим строение периодической системы элементов. В начале системы, когда число электронов невелико, роль взаимодействия между ними несущественна и заполнение электронных состояний происходит в соответствии с идеальной схемой. У водорода Н имеется один электрон, который находится в состоянии с минимальной энергией, т. е. при и = 1, поэтому электронная конфигурация этого атома l.v ( если электрон один, то он в виде степени у символа орбитального состояния не указывается). У гелия Не добавляется еще один электрон в состоянии l.v, но с противоположно направленным спином, поэтому электронная конфигурация гелия В основном состоянии 1 . Это парагелий. У ортогелия спин второго электрона совпадает по на- [c.286]

Вероятность этих двух процессов очень большая, поскольку АЕ и АЕ много меньше кТ. Следовательно, населенности трех уровней 10 0, 02°0 и 01 О достигают теплового равновесия за очень короткое время. Это равносильно утверждению, что населенности этих уровней можно описать колебательной температурой Т2. В общем случае температура Гг отличается от Г]. Поэтому нам остается найти скорость релаксации с уровня 01 О на основное состояние 00 0. Если бы она была небольшой, то это вызвало бы накопление молекул на уровне 01 О во время генерации лазера, а затем накопление населенности на уровнях 10 0 и 02 0, поскольку уровень 01 О находится с последними в тепловом равновесии. Таким образом, произошло бы замедление процесса релаксации всех трех уровней, т. е. в общем процессе релаксации переход 01 0 00 0 представлял бы собой узкое место . В связи с этим важно изучить вопрос о времени жизни уровня 01 0. Заметим, что, поскольку переход 01 0 00 0 обладает наименьшей энергией среди всех молекул, присутствующих в разряде, релаксация с уровня 01 О может происходить только путем передачи этой энергии в энергию поступательного движения сталкивающихся частиц (VT-релаксация). Из теории столкновений нам известно, что энергия с большей вероятностью передается более легким атомам, т. е. в нашем случае гелию. Это означает, что время жизни уровня снова определяется выражением типа (6.7), причем коэффициент а, для Не много больше, чем для остальных частиц. При тех же парциальных давлениях, что и в рассмотренном выше примере, время жизни составляет около 20 МКС. Из только что проведенного обсуждения следует, что это же значение времени жизни имеет и нижний лазерный уровень. За счет того, что время жизни верхнего лазерного состояния намного больше, населенность будет накапливаться на верхнем лазерном уровне и условие непрерывной генерации также выполняется. Заметим, что наличие гелия приводит и к другому важному эффекту за счет своей высокой теплопроводности гелий способствует поддержанию низкой температуры СО2 [c.364]

Частицы скапливаются при абсолютном нуле температуры в основном, наименьшем по энергии состоянии. Это явление называется конденсацией Бозе — Эйнштейна. Оно играет важную роль при объяснении сверхпроводимости металлов и сверхтекучести гелия при низких температурах. Переход частиц из основного состояния в первое возбужденное требует затраты конечного количества энергии. Если среднее значение тепловой энергии частиц меньше этого энергетического интервала, то частицы не могут перейти из основного состояния в другие и выбывают из общей картины теплового движения. Сконденсированные частицы практически не дают вклада в давление газа. [c.158]

Рассчитать диамагнитную восприимчивость моля газообразного гелия в основном состоянии. Использовать атомную волновую функцию [c.50]

Совершенно особое место в теории теплообмена занимает теплоотдача к жидкому гелию, находящемуся в сверхтекучем состоянии. Основной изотоп гелия Не сохраняется в жидком состоянии вплоть до температуры абсолютного нуля. При этом существуют два фазовых состояния жидкого гелия, которые принято называть Не-1 и Не-П. На / , Г-диаграмме (рис. 5.40) эти две фазы разделяет Х-линия. Она имеет общую точку (Х-точка) с кривой насыщения с координатами = 2,172 К,р) = [c.355]

Определение концентрации атомов. Для определения концентрации атомов в основном состоянии следует исследовать контур резонансной линии. Был предложен метод определения силы осциллятора линии гелия, его можно применить и для определения концентрации атомов гелия [74]. Измерялась по- [c.363]

Рабочими центрами этого лазера являются атомы неона. Мета-стабильными уровнями Ке являются уровни Е1 и 5. Инверсия осуществляется за счет большей заселенности названных уровней по сравнению с короткоживущим уровнем 3. В смеси присутствуют и атомы гелия, которые, как видно из рисунка, имеют уровни и 3, очень близкие по энергиям к уровням Е1 и 5. Поэтому прй столкновениях возбужденных атомов Не с невозбужденными атомами Ке возможен обмен энергиями и переход Ке в состоянии 4 и 5. При этом атомы Не переходят в основное состояние. [c.33]

Газы подбирают таким образом, чтобы рабочий газ (неон) имел подходящую схему уровней, а вспомогательный (гелий) — возможно большее время жизни на возбужденном уровне. Возбужденные атомы гелия сталкиваются с атомами неона, находящимися в основном состоянии, и передают им свою энергию. В результате атомы неона переходят на уровень 25 (а не на другой, так как в этом случае перераспределение энергии при столкновении двух атомов происходит с минимальным изменением общей внутренней энергии). Преобладание переходов атомов неона на уровень 25 приводит к значительной инверсии населенностей уровней 25 и 2Р, в результате чего и возникает индуцированное излучение. [c.438]

Анализ спектра гелия выходит за пределы настоящей книги. Основное состояние Heg неустойчиво возбужденные устойчивые уровни распадаются на две группы одиночные и триплеты наинизшими [c.137]

В изотопах гелия Не и Не при абсолютном нуле очень существен квантовый эффект нулевых колебаний, характеризующийся определенным значением кинетической энергии. Поэтому Не и Не не затвердевают при нулевом давлении даже при абсолютном нуле. Среднее отклонение атома Не от равновесного положения при абсолютном нуле составляет примерно 30—40% от расстояния между ближайшими соседями [4]. Как мы увидим далее, чем тяжелее атом, тем меньшую роль играют эффекты нулевых колебаний. Если пренебречь эффектом нулевых колебаний, то можно, используя радиус 0 и уравнение (3.15) (см. ниже), рассчитать значение молярного объема для твердого гелия и получить значение 9 см /моль, в то время как для жидких, Не и Не наблюдаются значения 27,5 и 36,8 см моль соответственно. Таким образом, для того, чтобы получить представление об основном (наинизшем) состоянии гелия, необходимо учитывать нулевые колебания атомов. [c.117]

В заключение отметим, что макроскопическая двухжидкостная модель, будучи классической, не в состоянии дать полного описания гелия, который является квантовой жидкостью, т.е. макроскопическим веществом с поведением, подчиняющимся квантовым законам [11]. С точки зрения классической физики при низких температурах ионы в кристалле (простейшие модели рассмотрены в гл. 4) совершают малые колебания около положения равновесия (при Т = ОК они вообще неподвижны), что и определяет упорядоченность твердого тела. Но гелий остается жидким до таких низких температур (0-2К), при которых длина волны де Бройля, которая определяет тепловое движение атомов в жидкости, имеет порядок величины расстояния между атомами, т.е. существенны только квантовые явления. Таким образом, гелий и не обязан затвердевать (вспомним, что квантовомеханический осциллятор даже в основном состоянии имеет энергию = Ни /2 и совершает нулевые колебания см. гл. 1). Такое поведение гелия связано с тем, что его атомы слабо взаимодействуют, а энергия нулевых колебаний сравнительна велика. В основе теории квантовых жидкостей лежит концепция [c.116]

Возмущение первого порядка. Основное состояние атома гелия [c.312]

Покажите, что расчет основного состояния подобен расчету энергии для сферически-симметричного распределения электрического заряда при аналогичном распределении потенциала. Вычислите принимая энергию основного состояния для водорода равной 13,56 эВ, и тем самым найдите энергию основного состояния атома гелия. Сравните ее с экспериментально полученным значением —78,4 эВ. [c.313]

Энергия основного состояния атома гелия в пренебрежении электронным взаимодействием,-согласно п. 1, равна [c.316]

Поскольку температура Ферми гораздо выше температуры звезды, электронный газ в высокой степени вырожден и ведет себя так же, как обыкновенный электронный газ при абсолютном нуле температуры. Можно рассматривать электронный газ звезды как ферми-газ в его основном состоянии. Огромному давлению электронного газа противодействует гравитационное притяжение, которое делает звезду устойчивой. Эта гравитационная связь обязана своим происхождением почти исключительно ядрам гелия в звезде. Давлением, обусловленным кинетическим движением ядер гелия, а также давлением излучения мы будем пренебрегать. [c.256]

Таким образом, мы приходим к следующей идеализированной модели белый карлик рассматривается как система N электронов в основном состоянии с такой высокой плотностью, что поведение электронов надо описывать в рамках релятивистской динамики. Электроны движутся на фоне системы N 2 неподвижных ядер гелия, обусловливающих гравитационное притяжение, удерживающее всю систему [c.256]

Теория Ландау основана на том экспериментальном факте, что удельная теплоемкость Не II при Г->-0 убывает пропорционально 7 . Такое поведение теплоемкости характерно для газа фононов. В согласии с этим Ландау постулировал, что квантовые состояния жидкого гелия вблизи основного состояния могут быть описаны как газ невзаимодействующих элементарных возбуждений. Уровни энергии этих квантовых состояний выражаются формулой [c.422]

При достаточно низких температурах число частиц в основном состоянии будет очень велико. Согласно уравнению (8), для того чтобы Мо было много больше единицы, X должно очень мало отличаться от единицы. Таким образом, % с хорошей точностью может считаться постоянной в температурном интервале существования жидкого гелия II, так как макроскопический характер Л/о заставляет Х быть очень близкой к единице. [c.234]

Рассмотрим волновую функцию основного состояния ф (Кх, к,,. . ., Кл<), где К,- —радиус-вектор -го атома. Каждая совокупность ЗN чисел N — радиус-вектор) будет называться конфигурацией , которая может быть изображена N точками в трехмерном пространстве, представляющими положения N атомов гелия (фиг. 11.9). Каждая конфигурация характеризуется амплитудой, или числом ф, которое велико для вероятных конфигураций и мало для маловероятных конфигураций. Различие между двумя конфигурациями, скажем А и В, мы можем описать словами, говоря, что атомы. двигаются из конфигурации А в В. Выражение двигаются не подразумевает какой-либо динамики. [c.366]

В соответствии с фиг. 11.8, атомы гелия можно рассматривать как почти твердые шарики. Следовательно, амплитуда любой конфигурации (см., например, фиг. 11.9), которая содержит два перекрывающих друг друга атома, очень мала будем называть ее нулевой амплитудой. Как показывает выражение (11.8), энергия становится большой, когда существуют большие градиенты функции (р. Следовательно, нам нужно, чтобы волновая функция основного состояния ф менялась как можно медленнее. Рассмотрим теперь фиг. 11.12, где происходит движение атома, помеченного крестиком, в то время как все остальные атомы остаются на своих местах. Функция ф для конфигурации б должна быть очень малой в противном случае появится большой градиент при перемещении отмеченного атома на малое расстояние из конфигурации б в конфигурацию в. Другими словами, кон- [c.368]

Однако в случае жидкого гелия % не является правильной волновой функцией основного состояния, поскольку она не обнаруживает нужного поведения на малых расстояниях. Например, из ее вида не следует, что невозможно перекрытие двух атомов и т. д. Предположим, что ф является правильной волновой функцией основного состояния, которая учитывает короткодействующие корреляции. Тогда по аналогии с (11.12) правильная волновая функция низколежащего возбужденного состояния к записывается в виде [c.373]

Интерес к области очень низких температур был вызван в основном желанием ожижить так называемые постоянные газы. Водород был впервые ожижен еще в 1898 г., но прошло более 10 лет, прежде чем Камерлинг-Он-несу и его сотрудникам в Лейденском университете удалось перевести в жидкое состояние гелий. Только спустя 15 лет жидкий гелий стали производить также и в других местах. После 1930 г. в связи с развитием новых областей техники все больше и больше институтов начали устанавливать аппараты для ожижения гелия. В настоящее время жидкий гелий регулярно получают примерно в ста научных лабораториях п в таком количестве, которое показалось бы фантастическим несколько лет назад. [c.125]

Основным состоянием свободного иона кобальта является состояние оно расщепляется кубической компонентой электрического поля на дублет и триплет, причем последний лежит ниже. В результате совместного действия тетрагональной компоненты электрического поля и спин-орбптальной связи триплет расщепляется на три крамеровских дублета, находящихся приблизительно на расстоянии 10 друг от друга. Влиянием более высоко лежащих дублетов пренебречь нельзя, и при температурах, выше водородных, закон Кюри не выполняется. При температурах жидкого гелия закон Кюри выполняется, но восприимчивость обладает очень большой анизотропией. Эксперименты по парамагнитному резонансу [184] дали для направления тетрагональной оси значение расщепления ц = 6,45 и для [c.494]

Проблема бозе-конденсации очень интересна, но является чисто академической. Ни одна физическая молекулярная система не ведет себя при низких температурах как идеальный, бозе-газ ). Гелий является хорошим кандидатом на зту роль, но при нулевой температуре он представляет собой жидкость, что говорит о недопустимости пренебрежения межмолекулярными взаимодействиями. Поведение жидкого гелия в некоторых отношениях напоминает описанное. Для него суш ествуют критическая температура и X-переход. Ниже критической точки жидкость становится сверхтекучей, последнее явление, безусловно, связано с бозе-конденса-цией частиц в основном состоянии. Однако детали поведения сильно отличаются от случая идеального газа. Теория жидкого гелия с необходимостью должна быть теорией неидеалъной бозонной системы, в которой соединяются эффекты взаимодействий и квантовостатистические эффекты. В этой области в последнее время наблюдается значительный прогресс, хотя мы еш в не имеем вполне удовлетворительной теории жидкого гелия. [c.206]

Накачка излучательиыми каскадными переходами. Интенсивные лазерные переходы могут быть использованы для получения селективного возбуждения верхних уровней других лазерных переходов, которые, вследствие того что их четность совпадает с четностью основного состояния, не могут эффективно возбуждаться прямым электронным удчром. Эта ситуация осуществляется на ряде лазерных переходов в гелий-неоновом лазере. [c.675]

При пропускании тока через гелий-неоновую смесь газов электронным ударом атомы гелия возбуждаются до состояний 2 8 и 2 8, которые являются метастабильными, поскольку переход в основное состояние из них запрещен квантово-механическими правилами отбора. При прохождении тока атомы накапливаются на этих уровнях. Когда возбужденный атом гелия сталкивается с невозбужденным атомом неона, энергия возбуждения переходит к последнему. Этот переход осуществляется очень эффективно вследствие хорощего совпадения энергии соответствующих уровней. Вследствие этого на уровнях 35 и 28 неона образуется инверсная заселенность относительно уровней ЗР и 2Р, приводящая к возможности генерации лазерного излучения. Лазер может оперировать в непрерывном режиме. Типичная схема гелий-неонового лазера показана на рис. 289. Концы лазерной трубки закрыты соответствующим прозрачным материалом так, чтобы аксиальные моды падали на него под углом Брюстера Благодаря эток обеспечивается полное пропускание одной из поляризаций света и устранение из пучка другой. Излучение гелий-неонового лазера линейно поляризовано. Обычно давление гелия в камере составляет 332 Па а неона — 66 Па Постоянное напряжение на трубке около 4 кВ. Одно из зеркал имеет коэффициент отражения порядка 0,999, а второе, через которое выходит лазерное излучение, — около 0,990. В качестве зеркал используют многослойные диэлектрики (см. 29), поскольку более низкие коэффициенты отражения не обеспечивают достижения порога генерации. [c.323]

С точки зрения энергетического спектра совокупность атомов Не аналогична электронам в металле. Свойства этого спектра прош е всего понять, если представить себе, что при абсолютном нуле температур когда жидкость находится в основном состоянии, в ней имеются элементарные возбуждения, которые заполняют в импульсном пространстве сферу с радиусом ро = (Зл ) Й, где N — число атомов гелия в единице объема. [c.696]

Нейтральные недиссоцн-ирующне органические жидкости практически не действуют на стекло посуды, однако кислые или щелочные, а также нейтральные водные растворы в незначительной степени разрушают стекло. Водой и кислыми растворами с поверхностного слоя гидролитически растворяются основные составные части стекла. Оставшаяся свободная кремневая кислота в результате обезвоживания переходит в состояние геля и защищает стекло от дальнейшего разрушения (рис. 11). Щелочные растворы выщелачивают кремнекислоту они разрушают также защитную пленку, образованную гелем кремнекислоты. Попеременное действие растворов кислот и щелочей приводит к постепенной потере массы стекла такого использования посуды следует избегать. Действие разрушающих жидкостей на стекло посуды усиливается при повышении температуры. Рис, 12 показывает, что подъем температуры на 10° С увеличивает потерю стекла приблизительно вдвое. [c.20]

Если применить формулу (6.89) для описания возбуждения атомов из основного состояния ударами электронов с небольшими надпорого-выми энергиями, то оказывается, что формула дает некоторое завышение по сравнению с экспериментальными сечениями. Для водорода она завышает сечение примерно в 3—3,5 раза, для некоторых других атомов (гелия, натрия) завышение меньше. Надо сказать, что в работе [84] переходы связанного электрона в атоме под действием электронных ударов рассматривались на основе классической механики (было учтено орбитальное двия ение связанного электрона), причем получились результаты по порядку величины, совпадающие с тем, что дают квантовомеханические расчеты ). [c.337]

Мы далее увидим, что первые два обстоятельства приводят к образованию парамагнитной составляющей намагниченности, а третье — к диамагнитной составляюндей. В основном состоянии атома водорода (Ь-состоянии) орбитальный момент равен нулю и магнитный момент атома связан главным образом со спином электрона, который параллелен слабому индуцированному диамагнитному моменту. В состоянии 15 атома гелия спиновый и орбитальный моменты оба равны нулю и возможен, таким образом, лишь индуцированный момент. У атома с заполненными электронными оболочками спиновый и орбитальный моменты равны нулю неравенство их нулю обычно связано с незаполненными электронными оболочками. [c.514]

Основное состояние описывается детерминантом Слэтера с блоховскими функциями Гу, 5). Для описания возбужденного состояния мы заменим блоховские функции (к, з)-го столбца детерминанта функциями зоны проводимости Гу, 5 ). Энергию такого возбуждения можно легко получить. Для основного состояния она задается уравнением (43.1). Удаление одного валентного электрона из состояния т, к, з вносит изменение —(А), где W к) задается выражением (43.3), и в нем суммирование надо проводить по всем валентным состояниям т, к. Введение одного электрона в зону проводимости п, к, з вносит три изменения в энергию, которые мы рассмотрим раздельно. Во-первых, одноэлектронная энергия W (k ) получается из (43.3), когда т, к заменяются на п, к и опять суммируются по всем х валентной зоны. Эта добавка содержит взаимодействие с заполненной валентной зоной. Поэтому сначала вычитаем взаимодействие электрона зоны проводимости с электронной парой пг, к, 5. Это вносит добавку— 2<пЛ, тк е 1 г — г ) пк, ткУ- -+ < , тк (е 1 г— г ) тк, пк У. Остается еще взаимодействие электронов п, к, з и т, к, —з. Здесь надо различать возможные положения спинов. Из аналогичной проблемы гелия мы знаем, что в первом возбужденном состоянии (15(1)25(2)) при параллельных спинах получается триплетное состояние, при антипа-раллельных спинах —синглетное. Из-за требования антисимметричности волновой функции при перестановке обоих электронов надо выбирать спиновую часть волновой функции соответственно симметричной или антисимметричной а(1)а(2), Р(1)Р(2), (1/К2)(ос (1)Р(2) Р(1)а(2)). Соответственно и здесь, чтобы получить состояния определенной мультиплетности, мы должны выбрать подходящие линейные комбинации детерминанта Слэтера. Если мы это сделаем, то в качестве энергии взаимодействия мы можем установить кулоновское взаимодействие пары плюс (в син-глетном состоянии) или минус (в триплетном состоянии) обменная энергия. Эта добавка частично компенсируется второй добавкой, [c.183]

По наклону йР/с1Т экспериментальной кривой давления насыщенных паров можно найти скрытую теплоту испарения жидкого гелия. Экстраполяция экспериментальных данных показывает, что при абсолютном нуле производная йР1йТ положительна. Следовательно, жидкий гелий обладает неисчезающей энергией связи на атом при абсолютном нуле. Иными словами, основное состояние жидкого гелия [c.416]

С другой стороны, если протоны находятся очень близко друг к другу, то приближение независимых электронов (32.8) дает более правильное описание истинного основного состояния, чем приближение Гайтлера — Лондона (32.14). Это легко видеть в предельном случае, когда положения обоих протонов совпадают. В приближении независимых электронов в качестве исходного рассматривается состояние с двумя одноэлектронными волновыми функциями, отвечающими одному двукратно заряженному ядру, в то время как приближение Гайтлера — Лондона имеет дело с одноэлектропными волновыми функциями нри единичном заряде ядра. Волновые функции Гайтлера — Лондона имеют слишком большую протяженность в пространстве, чтобы служить в качестве исходных для описания системы, которая представляет собой уже не молекулу водорода, а атом гелия. [c.293]

Рио. 5. Атомы гелия и неона (черные точки) образуют активную среду газового мазера. Сначала оба типа атомов находятся в основном состоянии (а). Бомбардирующие электроны накачивают атомы гелия на более высокий уровень (б). Когда атомы гелия и неона сталкиваются, гелий передает энергию неону, который поднимается на один из четырех различных энергетических уровней (в). Под действием внешнего фотона неон поставляет фотон (волнистая цветная стрелка вверху в (г)) в лазерный луч и переходит в одно из 10 энергетических состояний. После этого неон возвращается в основное состояние по ступенькам фотон, испущенный при первом переходе (волнистая пунктирная цветная стрелка), не вносит вклада в мазерный луч. [c.12]

Газовый лазер на смеси неона и гелия является в настоящее время одним из самых популярных и распространенных. Газовая смесь помещается в электрический разрядник, а накачка осуществляется путем неупругих столкновений атомов Не и Кс с электронами, разгоняемыми высоким напряжением. При каскадной релаксации возбужденных атомов гелия к основному состоянию многие из них накапливаются на долгоживущих метастабильных уровнях 2 5 и 2 5 (время жизни и 5 10" с соответственно). Так как эти мстастабильные уровни почги совпадают по энергии с уровнями 2 и 3 неона, при столкновениях происходит передача возбуждения (рис. 17.6, а). Осуществляя спектральную селекцию, можно сменой зеркал резонатора настроить гелий-неоновый лазер на одну из трех длин волн красную 0,63 мкм (переход 3 -2/ ) или инфракрасные 1,15 (переход 25-2р) и 3,39 мкм (переход 35-3р). [c.262]

Гелий выполняет роль буферного газа через неупругие столкновершя с его атомами молекулы СО2 переводятся в основное состояние кроме того, более эффективно отводится тенло на стенки трубки. Для СО2 лазера характерен высокий КПД (до 30 %), объясняемый тем, что все рабочие уровни находятся очень близко к основному состоянию. [c.263]

Помимо трех основных методов получения пленочных мембран можно использовать также модифицирование промьппленных полимерных пленок, например прививку веществ, содержащих гидрофильные группы. В результате увеличения лиофильности полимера сорбция им воды возрастает, и полимер может набухать до состояния геля. [c.317]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...