G. ahmedova, I. Xolbayev
-§. Pashen va Bak effekti
Download 4.51 Kb. Pdf ko'rish
|
- Bu sahifa navigatsiya:
- Cathlar ajralishi.
- Nurlanish chiziqlarining ajralishi
- 9.3-§. Shtark effekti
- Vodorod atomida Shtark effekti.
- Murakkab atomlarda Shtark effekti.
9.2-§. Pashen va Bak effekti Kuchli maydon. Zeyemanning murakkab effekti kuchsiz magnit maydonida kuzatiladi. Kuchsiz magnit maydonida atomning magnit momenti bilan tashqi magnit maydon orasidagi o‘zaro ta’sir energiyasi spin-orbital o‘zaro ta’sir energiyasidan kichik bo‘ladi. Agar magnit maydon induksiyasi yetarlicha katta bo‘lsa, u vaqtda atom magnit momentining magnit maydoni bilan o‘zaro ta’sir energiyasi spin-orbital o‘zaro ta’sir energiyasidan katta bo‘ladi. Shuning uchun orbital va spin momentlari orasidagi bog‘lanish uziladi. Bu vaqtda atomning spin magnit momenti va orbital magnit momenti tashqi magnit maydon bilan har biri alohida ta’sirlasha boshlaydi, ya’ni har biri mustaqil ravishda magnit maydon kuchlanganligi yo‘nalishi atrofida presession harakat qiladi (9.4- rasm). Kuchli magnit maydonida spin-orbital bog‘lanishning uzilishi Pashen va Bak effekti deyiladi. 9.4-расм 291 Cathlar ajralishi. Atomning orbital va spin magnit momentlari tashqi magnit maydoni bilan mustaqil ta’sirlashgani uchun atomning tashqi magnit maydoni bilan o‘zaro ta’sir energiyasi orbital va spin magnit momentlarining tashqi magnit maydon bilan o‘zaro ta’sir energiyalarining yig‘indisiga teng bo‘ladi. Shuning uchun atomning tashqi magnit maydondagi to‘liq energiyasi quyidagi ko‘rinishda aniqlanadi: H H E E S L µ µ − − = 0 (9.18) (9.18)da (– µ L H) – atomning orbital magnit momenti µ L ning tashqi magnit maydoni bilan o‘zaro ta’sir energiyasi, (– µ S H) – atomning spin magnit momenti µ S ning tashqi magnit maydoni bilan o‘zaro ta’sir energiyasi. E 0 – magnit maydon bo‘lmaganda atomning ichki energiyasi yoki atomning magnit momentini ifodalovchi: J B J B B m g M g J g µ µ µ µ µ − = − = − = ; , formulaga asosan (9.18) formulada: L B L L m M g − = µ va S B S S m M g − = µ , yoki g L =1 va g S =2 ekanligidan: J B L m M − = µ va S B S m M 2 − = µ . m J va m S har doim butun qiymatlarga teng. Demak, kuchli magnit maydonda atom termlari bir-biridan normal siljish M B H ga karrali oraliqlarga siljigan termlarga ajraladi. Kuchli magnit maydonda atom energetik sathlarining ajralishi sathlarning tabiiy multiplet ajralishidan katta bo‘ladi. Misol tariqasida kuchli magnit maydonda natriy atomi 2 S va 2 P sathlarning ajralishini ko‘raylik. Bu ajralish 9.5-rasmda keltirilgan. Spin-orbital bog‘lanishning uzilganligi uchun atomning to‘liq momenti o‘z ma’nosini yo‘qotadi. Shuning uchun 2 P 1/2 sath 2 P 3/2 sathdan farq qilmaydi, chunki endi bu sathlar L=1 bo‘lgan bir xil qiymatli sathlar kabi xarakterlanadi. L=1 bo‘lganda atomning orbital momenti magnit maydon kuchlanganligi yo‘nalishiga nisbatan uch xil usul bilan oriyentasiyalanadi. m L =1, 0, –1, bu esa o‘zaro ta’sir energiyasining uch xil qiymatga ega bo‘lishiga va P sathning uchta sathga ajralishiga olib keladi. Orbital magnit momentining har bir oriyentasiyasida spin magnit momenti bir-biriga bog‘liq bo‘lmagan ikki xil usul bilan oriyentirlanishi mumkin. Shuning uchun uchta orbital sathlarning har biri ikkita spin sathlarga ajraladi. Natijada, 292 kuchli magnit maydonda 2 P sath oltita sathga ajraladi. L=0 bo‘lgani uchun 2 S sathining ajralishi spin magnit momenti oriyentasiyasi natijasida hosil bo‘ladi, ya’ni ikkita sathga ajraladi. Nurlanish chiziqlarining ajralishi. ∆ L= ± 1 va ∆ S=0 tanlash qoidalaridan foydalangan holda ruxsat etilgan o‘tishlarni topish mumkin. 9.5-rasmda strelkalar bilan natriy atomining bosh seriyasidagi mumkin bo‘lgan o‘tishlar ko‘rsatilgan. Hammasi bo‘lib oltita nurlanish chizig‘i hosil bo‘ladi. Tashqi magnit maydonida spinning oriyentasiyasi tufayli hosil bo‘lgan ajralish P holatda ham S holatda ham bir xil. Bu oltita chiziq juft-juft bo‘lib, bir-biri bilan ustma-ust tushadi. Natijada, nurlanish spektrida triplet hosil bo‘ladi. Tanlash qoidalarini hisobga olgan holda (9.18) formula orqali nurlanish chiziqlarining ajralishini hisoblash mumkin. Qulaylik uchun (9.18) formulani quyidagicha yozamiz: H H E E Z S L µ µ − − = Ζ 0 yoki H H Z S Z S Z L Z L ) ( ) ( 2 1 2 1 2 . 1 µ µ µ µ ω ω − − − − = h h (9.19) S L S L L L m Н m H Z Z ω µ ω µ h h 2 ; = = ekanligi va tanlash qoidalari 1 , 0 ± = ∆ L m va 0 = ∆ S m Hisobga olinsa, (9.19) formuladan − = − = − = ∆ L L L ω ω ω ω ω ω 0 1 0 1 12 . Ya’ni uchta chastota hosil bo‘ladi. Demak, nurlanish chiziqlarining ajralishi oddiy Zeyeman ajralishiga teng bo‘ladi. Shunday qilib, 9.5-rasm 293 kuchli magnit maydonda murakkab Zeyeman effektining oddiy effektiga aylanishiga Pashen-Bak effekti deyiladi. Demak, kuchli magnit maydonda spektr chiziqlari uchta komponentaga ajraladi. 9.3-§. Shtark effekti Shtark effekti shundan iboratki, elektr maydoni ta’sirida atomlar, molekulalar, kristallarning energetik sathlari siljiydilar va sathchalarga ajraladilar. Bu hodisani atom, molekula yoki kristallarning chiqarish va yutilish spektrlaridagi spektr chiziqlarining ajralishi va siljishida kuzatish mumkin. Shtark tomonidan birinchi marta aniqlangan bu hodisa uning nomi bilan atalgan bo‘lib, Shtark effekti deyiladi. 1913-yilda Shtark bu hodisani vodorod atomi Balmer seriyasi spektral chiziqlarida batafsil tushuntirdi. Keyinchalik boshqa atomlar spektr chiziqlarida ham Shtark effekti kuzatildi. Shtark effektini klassik nazariya bilan tushuntirib bo‘lmaydi. Shtark effektining nazariyasi Borning yarim klassik nazariyasiga asoslangan holda K.Shvarsshildom va A.Eynshteyn tomonidan 1916-yilda berildi. Ularning asosiy natijalari 1926-yilda Shredinger rivojlantirgan kvant mexanikasi nazariyasi orqali tushuntirildi. Shtark effekti elektr maydonda atom zaryadlarining siljishi oqibatida atom elektr qutblangan bo‘lib qolishida yuz beradi. Qutblanish esa tashqi elektr maydoniga proporsional bo‘ladi. Tashqi elektr maydonda atomning elektr qutblanishidan vujudga kelgan elektr dipol momenti elektr maydon kuchlanganligi ε r ga proporsional bo‘ladi. ε α r r = el P (9.20) Bunda α – atomning elektr qutblanuvchanligidir. Atom elektr dipol momenti el P r ning qiymati maydonga nisbatan atom harakat miqdor momenti I r ning yo‘nalishiga, ya’ni orbita oriyentasiyasiga bog‘liq. Ma’lumki, atom har doim mumkin bo‘lgan minimum energiyali holatda bo‘ladi. Tashqi elektr maydon ta’sirida atom tizimining minimal energiyali holatga intilishi maydon yo‘nalishi ε r atrofida harakat miqdor momenti I r ning presessiyasini vujudga keltiradi. I r ning presessiyasi davomida m I saqlanadi (m I to‘liq moment I r ning z o‘qiga proyeksiyasi). 294 Atom energetik sathlarining ajralishi bir jinsli va bir jinsli bo‘lmagan elektr maydonlarida kuzatiladi. Bir jinsli maydonlarda energetik sathlarning ajralgan komponentalari orasidagi energetik oraliq (energiya farqi) elektr maydon kuchlanganligi ortishi bilan ortib boradi. Shtark effekti chiziqli va kvadratik effektlardan iborat bo‘ladi. Agar spektral chiziqlarning siljishi va ajralishi elektr maydon kuchlanganligi ε ga proporsional bo‘lsa, bunday holda Shtarkning chiziqli effekti hosil bo‘ladi. Agar spektral chiziqlarning siljishi va ajralishi elektr maydon kuchlanganligi kvadrati ε 2 ga proporsional bo‘lsa, Shtarkning kvadratik effekti deyiladi. Kvadratik effekt barcha atomlarda, chiziqli effekt esa vodorod va vodorodsimon atomlarda kuzatiladi. Atom elektr dipol momentining tashqi elektr maydoni bilan o‘zaro ta’sirlashuvi natijasida hosil bo‘lgan qo‘shimcha energiyani, ya’ni atomning tashqi elektr maydonidagi qo‘shimcha energiyasi quyidagi formula orqali aniqlanadi: 2 ) ( 2 0 αε ε αε ε ε − = − = ⋅ − = ∆ ∫ d P E el r r (9.21) P el ning z o‘qiga bo‘lgan proyeksiyasi: ε α r = = z P P (9.22) Shunday qilib, atom elektr dipol momentining tashqi elektr maydoni bilan o‘zaro ta’sirlashuvi natijasida atomning tashqi elektr maydonida olgan qo‘shimcha energiyasi ∆ E quyidagicha ifodalanadi: 2 2 1 αε − = ∆ E , (9.23) Qo‘shimcha energiyaning qiymati maydon yo‘nalishiga bog‘liq emas. Bu hol murakkab atomlarda kuzatiladi. Elektr maydonda atom sathlarining ajralishini atomning vektor modeliga asosan tushuntirish mumkin. Ma’lumki, murakkab atomlarda J r vektor, L r va S r larning vektor yig‘indisidan iborat. Agar tashqi maydon ta’sirida S L r r bog‘lanish uzilmasi, J r vektorining tashqi elektr maydoni yo‘nalishidagi proyeksiyasi m=–J,–J+1,…J–1,J ga teng qiymatlar qabul qiladi. Elektr maydonning ta’siri atom harakat miqdori momenti J r ning maydon yo‘nalishiga bog‘liq bo‘lishi sababli, tashqi elektr maydon atom energetik sathlarining ajralishiga olib keladi. 295 Lekin, sathlarning magnit maydon ta’siridagi ajralishidan farqli ravishda, termlarning elektr ajralish komponentalari soni 2J+1 ga teng emas, chunki (qo‘shimcha energiyaning elektr maydon yo‘nalishiga bog‘liq bo‘lmaganidek) magnit momentlarining qarama- qarshi yo‘nalganligi bilan farqlanuvchi ikki holatda ham atomning qo‘shimcha energiyalari teng bo‘ladi. Boshqacha aytganda, faqat m J va –m J bilan farqlanuvchi holatlar energiya sahlari ustma-ust tushgan bitta sathdan iborat bo‘ladi, ya’ni tashqi elektr maydon atom sathlarining ayniganligini to‘la yo‘qotmaydi. Shu sababdan, energiya sathlari to‘la momentning butun son qiymatli holida J+1 ta, yarim butun son qiymatida esa J+1/2 ta komponentalarga ajraladi. Bu komponentalarning har biri kuchsiz magnit maydonda (ya’ni tashqi elektr maydon ustiga magnit maydoni ham qo‘yilsa) yana ikkitaga ajraladi, chunki magnit maydonda m J va –m J holatlari ekvivalent emas. Vodorod atomida Shtark effekti. Vodorod atomi holida tashqi elektr maydondagi atom uchun Shredinger tenglamasini aniq yechish mumkin. Agar tashqi elektr maydonini z o‘qiga mos yo‘nalishda olsak, elektronning atomdagi ichki potensial energiyasi U=–e 2 /(4 πε 0 r)ga qo‘shimcha tashqi elektr maydondagi potensial energiyasi e ε z ga teng bo‘ladi. Odatda, atomning ichki elektr maydoni tashqi maydonga nisbatan juda katta bo‘ladi. Masalan, vodorod atomida birinchi Bor orbitasi (a 1 ) uchun Kulon maydonining kuchlanganligi m V a e / 10 5 4 11 2 1 0 0 ⋅ ≈ = πε ε . Shuning uchun atomning tashqi elektr maydonda olgan qo‘shimcha potensial energiyasi z e E ε = ∆ , uning maydon bo‘lmagandagi to‘la energiyasi r e m P E e 0 2 2 0 4 2 πε − = , ga tuzatma tarzida qarash mumkin. Kvant mexanikasida bu xil masalalar g‘alayonlanish nazariyasiga asoslangan usul bilan yechiladi. G‘alayonlanish nazariyasi kvant mexanikasiga oid maxsus darsliklarda beriladi. 296 Tashqi elektr maydondagi vodorod atomi uchun Shredinger tenglamasini g‘alayonlanish nazariyasi bo‘yicha yechish g‘alayonlanmagan holatning to‘la energiyasiga ikkinchi tartibli yaqinlashishdagi tuzatmani o‘z ichiga olgan quyidagi ifodani beradi: [ ] 2 2 2 2 1 2 3 3 1 2 1 1 2 ) 2 ( ) 1 ( 0 2 19 9 ) ( 3 17 2 ) ( 3 + − − − − − − + − = + + = n m n n n a n n n a e n Rh E E E E l ε ε (9.24) Bu yerda n – bosh kvant soni; n=1+|m l |+n 1 +n 2 , n 1 va n 2 lar butun musbat sonlar, m l – orbital magnit kvant soni. E 0 – atomning ε =0 holdagi to‘la energiyasi, E (1) va E (2) lar g‘alayonlanmagan holatning to‘la energiyasi E 0 ga birinchi va ikkinchi tartibli yaqinlashish tuzatmasi. Birinchi yaqinlashish elektr maydon kuchlanganligiga ( ε ) nisbatan birinchi tartibli Shtark effektsiga olib keladi: E=E 0 –E (1) , ikkinchi yaqinlashish esa ε 2 nisbatan ikkinchi tartibli Shtark effektini beradi. ε va ε 2 oldidagi doimiy koeffisiyenlarni hisoblab, , / 10 22 , 5 / 10 04 , 1 ) 2 ( 16 16 ; / 10 42 , 6 / 10 28 , 1 8 3 2 3 1 16 31 3 6 6 3 1 1 5 28 2 2 1 sm V sm sm V erg m e h a sm V sm sm V erg e m h еа e e − − − − − − ⋅ − = ⋅ − = − = ⋅ = ⋅ = = π π bunda birinchisi ikkinchisidan taxminan 10 11 marta katta ekanligi aniqlanadi. Xulosa qilish mumkinki, uncha kuchli bo‘lmagan elektr maydonlarda chiziqli Shtark effekti kuzatilar ekan. Vodorod atomi sathlarining tashqi elektr maydon ta’sirida ajralishini ko‘rish mumkin. n – bosh kvant soni va n 1 , n 2 lar musbat butun sonlar o‘rtasidagi munosabatlardan 0 ≤ n 1 ≤ n–1, 0 ≤ n 2 ≤ n–1 va | m ℓ |≤ n–1 ekanligi kelib chiqadi. Chiziqli Shtark effektida vodorod atomining birinchi to‘rt termining ajralishi 9.1-jadvalda keltirilgan. 9.1-jadval n m ℓ n 1 n 2 c(n 1 –n 2 )n n | m ℓ | n 1 n 2 c(n 1 –n 2 )n 1 0 0 0 0 4 3 0 0 0 2 1 0 0 0 4 2 1 0 4c 2 0 1 0 2c 4 2 0 1 –4c 2 0 0 1 –2c 4 1 2 0 8c 297 3 2 0 0 0 4 1 0 0 –8c 3 1 1 0 3c 4 1 1 1 0 3 1 0 1 –3c 4 0 3 0 12c 3 0 2 0 6c 4 0 0 3 –12c 3 0 0 2 –6c 4 0 2 1 4c 3 0 1 1 0 4 0 1 2 –4c [ ] n n n h E e m h С ) ( ) 8 ( 3 2 1 ) 1 ( 2 − = = l π ε . Bosh kvant son n=1+ | m ℓ | +n 1 +n 2 ; m ℓ – orbital magnit kvant soni. E (1) – g‘alayonlanmagan holatda birinchi yaqinlashishdagi energiya tuzatmasi. Shunday qilib, tashqi elektr maydoni ta’sirida atom sathlari ajralishidan quyidagi natijalarga kelish mumkin: 1. Bosh kvant sonining ortishi bilan ajralgan komponentalar soni juda tez o‘sadi. n=1 sath butunlay ajralmaydi; n=2 cath uchtaga ajraladi; n=3 sath oltitaga; n=4 sath o‘ntaga ajraladi. Oxirgi ikki holda ba’zi komponentalar energiyasi teng va tegishli sathlar ajralmagan. n=3 da birinchi va oxirgi komponentalar energiyasi nolga teng va ularning sathlari ε =0 dagi o‘rnidan siljimagan n=4 da esa birinchi va beshinchi, ikkinchi va to‘qqizinchi, uchinchi va o‘ninchi komponentalar energiyalari o‘zaro teng. Shunday qilib, berilgan n da sathlarning ajralish komponentalar soni (2n–1) ta bo‘ladi. 2. n sathning (2n–1) ta komponentasi bilan n' sathning (2n'–1) ta komponentasi o‘rtasidagi o‘tishlarning maksimal soni (2n–2)(2n'–1) taga teng chiziqni berishi kerak. (2n–1)(2n'–1) o‘tishlarning ba’zilari ∆| m | =0, ± 1 tanlash qoidasi bilan taqiqlangan bo‘lishi mumkin. 3. Chiziqli Shtark effektida komponentalarning o‘zaro siljish kattaligi magnit kvant soni m ℓ ga bog‘liq bo‘lmasdan (n 1 –n 2 ) ayirmaga bog‘liqdir. Chunki (n 1 –n 2 ) kattalik (n–1) dan (n+1) gacha o‘zgaradigan qiymatlar qabul qiladi. Demak, vodorod atomida chiziqli Shtark effekti hosil bo‘lganda, yuqori sathlarning bir-birini qoplashi kuzatilishi kerak. Tashqi elektr maydon kuchlanganligining 10 6 V/sm qiymatlaridan boshlab, kvadratik Shtark effekti sezilarli bo‘ladi. Ajralgan har bir chiziq yuqorisidagi chizig‘iga qaraganda ko‘proq siljiydi. Natijada spektr chiziqlari chastotasining ortishi va spektrning qizil tomonga siljishi kuzatiladi. 298 Murakkab atomlarda Shtark effekti. Kuchsiz tashqi elektr maydonida vodorod atomi uchun to‘g‘ri bo‘lgan chiziqli Shtark effekti orbital kvant son (ℓ) ga nisbatan aynishga ega bo‘lmagan sathlarda (vodorodsimon va murakkab atomlarda) yo‘qoladi. Shuning uchun vodorodsimon va boshqa murakkab atomlarda sathlarning kuchsiz tashqi elektr maydoni ta’sirida maydon kuchlanganligining kvadratiga ( ε 2 ) proporsional ravishda ajralishi kuzatiladi va bu hol esa (9.23) formulada ifodalangan. Kuchsiz elektr maydonlaridan kuchli maydonlarga o‘tishda kvadratik Shtark effekti asta-sekin chiziqli effektga o‘tadi. Ishqoriy metallarning D chizig‘i uchun Shtark effektini ko‘rish mumkin (9.6-rasm). D chiziq sathlari 2 P 3/2 , 2 P 1/2 va 2 S 1/2 tashqi kuchsiz elektr maydonida, to‘la momentning yarim butun son qiymatiga mos. I+1/2 ta komponentalarga ajraladi, ya’ni 2 P 3/2 sath I+1/2=3/2+1/2=2 taga ajraladi, 2 P 1/2 va 2 S 1/2 uchun esa I+1/2=1 ajralmaydi. Bundan tashqari, sathlarning hammasi har xil qiymatga, energiyasi kam tomonga siljiydi. Bu holat 9.6-rasmda ko‘rsatilgan. Shunday qilib, 2 P termlar uchta termga ajraladi: 2 P 3/2 ikkitaga va 2 P 1/2 ning o‘ziga. 2 P ning bu uchta komponentalaridan 2 S 1/2 sathga o‘tishlar uchta chiziqni beradi: 2 / 1 2 2 / 3 2 S P → 2 / 1 2 2 / 3 2 ; 2 / 1 2 / 3 S P m → → = l , 2 / 1 2 2 / 1 2 ; 2 / 1 2 / 1 S P m → → = l 2 / 1 2 / 1 → = J m . 9.6-rasm 299 Kuchli elektr maydonga o‘tishda, sathlarning elektr ajralishi shu sathning S L r r , o‘zaro ta’siri ostida ajralishi bilan tenglashadi. Tashqi maydon kuchlanganligining ortishida L r va S r vektorlarning o‘zaro ta’sirini kichik deb, bu ta’sirning energiyasini atom energiyasiga tuzatma sifatida qarash mumkin. Natijada, S L r r bog‘lanish uziladi va L r vektorning tashqi kuchli maydonda mustaqil kvantlanishi yuz beradi. Berilgan L r bilan aniqlanadigan term 2L+1 komponentalarga ajraladi, lekin ℓ+1 ta komponentagina har xil energiyaga ega bo‘ladi. Shunday qilib, chiziqli Shtark effekti kuchli elektr maydonda, kvadratik Shtark effekti esa kuchsiz elektr maydonida hosil bo‘ladi. Download 4.51 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: |
Ma'lumotlar bazasi mualliflik huquqi bilan himoyalangan ©fayllar.org 2024
ma'muriyatiga murojaat qiling
ma'muriyatiga murojaat qiling