ШТАРКА ЭФФЕКТ это:

ШТАРКА ЭФФЕКТ
ШТАРКА ЭФФЕКТ

       
расщепление спектр. линий атомов, молекул и др. квант. систем в электрич. поле. Открыт в 1913 нем. физиком Й. Штарком (J. Stark), явл. результатом сдвига и расщепления на подуровни уровней энергии под действием электрич. поля Е (штарковское расщепление, штарковские подуровни; термин «Ш. э.» относят также к сдвигу и расщеплению уровней энергии).
Ш. э. получил объяснение на основе квант. механики. Атом (или др. квант. система), находясь в состоянии с определ. энергией ?, приобретает во внеш. поле Е дополнит. энергию D? вследствие поляризуемости его электронной оболочки и возникновения индуцированного дипольного момента. Уровень энергии, к-рому соответствует одно возможное состояние атома (невырожденный уровень), в поле Е характеризуется энергией ?+D?, т. е. смещается. Разл. состояния вырожденного уровня энергии могут приобретать разные дополнит. энергии D?a (a=1, 2,. . ., g, где g — степень вырождения уровня; (см. АТОМ). В результате вырожденный уровень расщепляется на штарковские подуровни, число к-рых равно числу разл. значений D?a. Так, уровень энергии атома с заданным значением момента кол-ва движения М=ћ?(J(J+1) (где J = 0, 1, 2,. . . — квантовое число полного момента кол-ва движения) расщепляется на подуровни, характеризуемые разными значениями магн. квант. числа mJ, к-рое определяет величину проекции М на направление Е. Значениям -mJ и +mJ соответствует одинаковая дополнит. энергия D?, поэтому штарковские подуровни (кроме подуровня с m=0) дважды вырождены (в отличие от Зеемана эффекта, для к-рого все подуровни не вырождены).
Различают линейный Ш. э. (D? пропорц. Е; рис. 1) и квадратичный Щ. э. (D? пропорц. Е2; рис. 2). В первом случае получается симметричная относительно первичной линии картина расщепления, во втором — несимметричная. Линейный Ш. э. характерен для атомов Н в не слишком сильных полях и составляет
ШТАРКА ЭФФЕКТ1
Рис. 1. Зависимость величины расщепления уровня энергии D? от напряжённости электрич. поля Е при линейном эффекте Штарка (расщепление уровня энергии атома Н, определяемого гл. квант. числом n= 3, на 5 подуровней).
ШТАРКА ЭФФЕКТ2
Рис. 2. Зависимость величины расщепления уровней энергии D? от напряжённости электрич. поля Е при квадратичном эффекте Штарка.
тысячные доли эВ для Е=104В/см. Уровень энергии атома Н с заданным значением гл. квант. числа n симметрично расщепляется на 2n-1 равноотстоящих подуровней (рис. 3). Компоненты штарковского расщепления поляризованы. При наблюдении в направлении, перпендикулярном направлению Е, появляются продольно поляризованные p-компоненты и поперечно поляризованные s-компоненты. При наблюдении вдоль Е p-компоненты не появляются, а на месте
ШТАРКА ЭФФЕКТ3
Рис. 3. Расщепление линии Нa водорода в поле Е. Различно поляризованные компоненты (линии я и а) возникают при определ. комбинациях подуровней.
s-компонент возникают неполяризованные компоненты. Интенсивности разных компонент различны. Линейный Ш. э. наблюдается также для водородоподобных атомов и для сильно возбуждённых уровней др. атомов. Иногда Ш. э. приводит к появлению запрещённых линий.
Для многоэлектронных атомов типичен квадратичный Ш. э. Величина его невелика — в полях = 105 В/см расщепление =10-4 эВ. Для достаточно симметричных молекул, обладающих постоянным дипольным моментом, характерен линейный Ш. э., в др. случаях обычно наблюдается квадратичный Ш. э.
Важный случай Ш. э.— расщепление электронных уровней энергии иона в крист. решётке под действием внутрикрист. поля, к-рое может достигать сотых долей эВ. Это поле учитывается в спектроскопии кристаллов и в квант. электронике.
Ш. э. наблюдается и в перем. электрич. поле, причём изменение положения штарковских подуровней может быть использовано для изменения частоты квант. перехода в квант. устройствах (штарковская модуляция; (см. МИКРОВОЛНОВАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ). Влияние быстропеременного электрич. поля на уровни энергии атомов (ионов) определяет, в частности, штарковское уширение спектр. линий в плазме, к-рое позволяет оценить концентрацию в ней заряж. ч-ц (напр., в атмосферах звёзд).

Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. . 1983.

ШТАРКА ЭФФЕКТ

- расщепление спектральных линий атомов, молекул и др. квантовых систем в электрич. поле. Открыт в 1913 Й. Штарком (J. Stark) на линиях Бальмера серии водорода, является результатом сдвига и расщепления на подуровни уровней энергии системы под действием электрич. поля E (штарковское расщепление, штарковские подуровни; термин "Ш. э." относят также к сдвигу и расщеплению уровней энергии).

Ш. э. получил объяснение на основе квантовой механики. Атом (или др. квантовая система), находясь в состоянии с определ. энергией 469-512_02-10.jpgприобретает во внеш. поле E дополнит, энергию 469-512_02-11.jpgвследствие его поляризуемости- приобретения в поле E диполъного момента. Уровень энергии, к-рому соответствует одно возможное состояние атома (невырожденный уровень), в поле E характеризуется энергией 469-512_02-12.jpg т. е. смещается. Разл. состояния, соответствующие вырожденному уровню энергии, могут приобретать разные дополнит, энергии 469-512_02-13.jpgгде g -степень вырождения уровня). В результате вырожденный уровень расщепляется на штарковские подуровни, число к-рых равно числу разл. значений 469-512_02-14.jpgТак, уровень энергии атома с заданным значением полного механич. момента 469-512_02-15.jpg ...-соответств. квантовое число) расщепляется на подуровни, характеризуемые разными значениями магн. квантового числа mJ, к-рое определяет величину проекции M на направление E. В однородном электрич. поле, обладающем аксиальной симметрией, сохраняется квантование проекции M. Однако, в отличие от расщепления в магн. поле при Зеемана эффекте на 469-512_02-16.jpg невырожденных подуровня, значениям 469-512_02-17.jpg соответствует одинаковая дополнит, энергия 469-512_02-18.jpg поэтому штарковские подуровни (кроме подуровня с J=0 )дважды вырождены и уровень с заданным J расщепляется при целом J на J+1 подуровень, а при полуцелом J на 469-512_02-19.jpgподуровней (при J= 1/2 вообще не расщепляется). Двукратное вырождение в случае атомов с нечётным числом электронов, для к-рых значения J полуцелые, сохраняется и в неоднородных электрич. полях (см. Крамерса теорема).

Различают линейный Ш. э.469-512_02-20.jpgрис. 1), к-рый наблюдается в важнейшем частном случае водорода (а также для водородоподобных атомов и для сильно возбуждённых уровней др. атомов), и квадратичный Ш. э. 469-512_02-23.jpg рис. 2), типичный для общего случая уровней энергии многоэлектронных атомов. Расщепление при линейном Ш. э. для атомов H составляет тысячные доли эВ при напряжённостях полей 469-512_02-24.jpgпри квадратичном Ш. э. оно значительно меньше, достигая 469-512_02-25.jpg при напряжённостях полей 469-512_02-26.jpg


469-512_02-21.jpg

Рис. 1. Зависимость величины расщепления уровней энергии 469-512_02-22.jpg от напряжённости электрического поля E при линейном эффекте Штарка (расщепление уровня энергии атома H, определяемого главным квантовым числом n= 3, на 5 подуровней).

469-512_02-27.jpg

Рис. 2. Зависимость величины расщепления уровней энергии 469-512_02-28.jpgот напряжённости электрического поля E при квадратичном эффекте Штарка (расщепление уровня энергии многоэлектронного атома при J=3 на 4 подуровня).

Причиной линейного Ш. э., наблюдаемого для H, является, при заданном значении гл. квантового числа n (при 469-512_02-29.jpg наличие вырождения по l (связанного с движением электрона в кулоновском поле ядра и отсутствующего в многоэлектронных атомах). Если пренебречь влиянием спина на орбит. движение (ввиду малости спин-орбитального взаимодействия это справедливо при не очень малых полях E, когда штарковское расщепление оказывается значительно больше величины тонкой структуры, см. Атом), то при заданном h совпадают уровни с 469-512_02-30.jpg обладающие разл. чётностью (чётные уровни с 469-512_02-31.jpg и нечётные уровни с 469-512_02-32.jpg В электрич. поле нарушается сферич. симметрия атома, исчезает его центр симметрии, с отражением в к-ром связано деление уровней энергии на чётные и нечётные, квантовое число l теряет свой смысл и происходит смешение состояний разл. чётности, что приводит, согласно квантовой механике, к линейному Ш. э. Квантовомеханич. задача проще всего решается в т. н. параболических координатах, при введении к-рых состояния атома характеризуются параболическими квантовыми числами 469-512_02-33.jpg- 1 и 469-512_02-34.jpg Разность этих квантовых чисел n1-n2 входит в ф-лу, определяющую линейное расщепление уровня с заданным п:

469-512_02-35.jpg

где A0- постоянная. Расщепление симметрично и происходит на 469-512_02-36.jpgподуровней с расстояниями 469-512_02-37.jpgмежду ними. Переходы между подуровнями двух комбинирующих уровней энергии дают симметричную картину расщепления спектральных линий, как и при эффекте Зеемана.

При наблюдении в направлении, перпендикулярном E, получаются продольно поляризованные 469-512_02-38.jpg компоненты и поперечно поляризованные 469-512_02-39.jpgкомпоненты. При наблюдении вдоль E469-512_02-40.jpgкомпоненты отсутствуют, а на месте s-компонент возникают неполяризованные компоненты. Рассчитанные интенсивности компонент находятся в согласии с опытом. Для линии 469-512_02-41.jpgсерии Бальмера (переход 469-512_02-42.jpg уровень n = 3 (l=0, 1, 2, степень вырождения 9) расщепляется на 5 подуровней, а уровень 469-512_02-43.jpg степень вырождения 4) на 3 подуровня, переходы между к-рыми дают 15 компонент (8 p-компонент и 7 s-компонент).

Квадратичный Ш. э. может быть объяснён на основе представлений о поляризуемости атома. В поле E атом приобретает дипольный момент 469-512_02-44.jpg -поляризуемость. Cp. значение этого момента для атома как системы, обладающей центром симметрии, равно нулю, что и обусловливает отсутствие, в общем случае многоэлектронных атомов, линейного Ш. э. Дополнит. энергия атома с дипольным моментом d в поле E равна 469-512_02-45.jpgчто даёт, с учётом работы поляризации для индуцированного дипольного момента 469-512_02-46.jpg квадратичную зависимость V от E:

469-512_02-47.jpg

Согласно квантовомеханич. расчёту, для подуровня с заданным значением квантового числа 469-512_02-48.jpgдополнит, энергия при квадратичном Ш. э. равна

469-512_02-49.jpg

где А и В- постоянные. Это и приводит к несимметричной картине расщепления уровней энергии и спектральных линий.

Для молекул вследствие Ш. э. происходит расщепление вращательных уровней энергии, причём для молекул типа симметричного волчка, обладающих пост. дипольным моментом (примером является молекула аммиака NH3), характерен линейный Ш. э. Для таких молекул методом ЭПР в молекулярных пучках, аналогичным методу ЯМР, могут наблюдаться переходы между подуровнями штарковского расщепления и с большой точностью определяться величины дипольных моментов.

Важный случай Ш. э.- расщепления электронных уровней энергии иона в ионном кристалле (а также примесного иона в молекулярном кристалле, содержащем дипольные молекулы) под действием внутрикристаллич. поля; штарковское расщепление может достигать сотых долей эВ. Этот эффект учитывается в спектроскопии кристаллов и важен для твердотельных лазеров.

Ш. э. наблюдается и в переменном электрич. поле, причём изменение положения штарковских подуровней может быть использовано для изменения частоты квантового перехода в квантовых устройствах (штарковская модуля-ция; см., напр., Микроволновая спектроскопия). Влияние быстропеременного электрич. поля на уровни энергии атомов (ионов) определяет, в частности, ударное штар-ковское уширение спектральных линий в плазме (см. Излучение плазмы), к-рое позволяет оценить концентрацию в ней заряж. частиц (напр., в атмосферах звёзд).

Лит.: Ельяшевич М. А., Атомная и молекулярная спектроскопия, M., 1962; Собельман И. И., Введение в теорию атомных спектров, 2 изд., M., 1977; Бете Г., СолпитерЭ., Квантовая механика атомов с одним и двумя электронами, пер. с англ., M., 1960. M. А. Ельяшевич.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. . 1988.


.

Смотреть что такое "ШТАРКА ЭФФЕКТ" в других словарях:

  • ШТАРКА ЭФФЕКТ — ШТАРКА ЭФФЕКТ, расщепление спектральных линий и уровней энергии атома и других атомных систем в электрическом поле. Открыт немецким физиком Й. Штарком в 1913 …   Современная энциклопедия

  • ШТАРКА ЭФФЕКТ — расщепление спектральных линий в электрическом поле. Под воздействием электрического поля изменяется движение заряженных частиц, образующих систему (напр., электронов в атоме), и система приобретает дополнительную энергию ее уровни энергии… …   Большой Энциклопедический словарь

  • Штарка эффект — ШТАРКА ЭФФЕКТ, расщепление спектральных линий и уровней энергии атома и других атомных систем в электрическом поле. Открыт немецким физиком Й. Штарком в 1913.   …   Иллюстрированный энциклопедический словарь

  • Штарка эффект — расщепление спектральных линий в электрическом поле. Под воздействием электрического поля изменяется движение заряженных частиц, образующих систему (например, электронов в атоме), и система приобретает дополнительную энергию  её уровни энергии… …   Энциклопедический словарь

  • ШТАРКА ЭФФЕКТ — расщепление спектральных линий испускания при воздействии сильного электрического поля на источник излучения. Поле может быть либо внешним по отношению к источнику, либо внутренним, создаваемым соседними атомами или ионами. Эффект назван по имени …   Энциклопедия Кольера

  • Штарка эффект —         расщепление спектральных линий в электрических полях. Открыт в 1913 Й. Штарком при изучении спектра атома водорода. Наблюдается в спектрах атомов и др. квантовых систем; является результатом сдвига и расщепления на подуровни их уровней… …   Большая советская энциклопедия

  • штарка эффект — (по имени нем. физика И. Штарка (Stark), 1874 1957) физ. расщепление уровней энергии атомов и молекул в электрическом поле, приводящее к расщеплению спектральных линий. Новый словарь иностранных слов. by EdwART, , 2009 …   Словарь иностранных слов русского языка

  • ШТАРКА ЭФФЕКТ — изменение уровней энергии атомов и молекул во внешнем по отношению к рассматриваемой системе электрич. поле. Проявляется в сдвигах и расщеплении спектральных линий. Во внешнем однородном электрич. поле напряженности Ек гамильтониану свободного… …   Химическая энциклопедия

  • ШТАРКА ЭФФЕКТ — расщепление спектральных линий в электрич. поле. Под воздействием электрич. поля изменяется движение заряж. частиц, образующих систему (напр., электронов в атоме), и система приобретает дополнит. энергию её уровни энергии смещаются и расщепляются …   Естествознание. Энциклопедический словарь

  • ЭФФЕКТ ШТАРКА — ЭФФЕКТ ШТАРКА, в физике расщепление спектральных линий атома или молекулы, попадающих в сильное электрическое поле. Открыт Иоганном ШТАРКОМ (1913). В основе лежит теория ЭЛЕКТРОНОВ Хендрика ЛОРЕНЦА. см. также ЭФФЕКТ ЗЕЕМАНА …   Научно-технический энциклопедический словарь


Поделиться ссылкой на выделенное

Прямая ссылка:
Нажмите правой клавишей мыши и выберите «Копировать ссылку»