Рівні енергії
 
а б в г д е ж з и й к л м н о п р с т у ф х ц ч ш щ ъ ы ь э ю я
 

Рівні енергії

Рівні енергії, можливі значення енергії квантових систем, тобто систем, що складаються з мікрочасток (електронів, протонів і ін. елементарних часток, атомних ядер, атомів, молекул і т.д.) і підкоряються законам квантової механіки . Внутрішня енергія квантових систем із зв'язаних мікрочасток (наприклад, атома, що складається із зв'язаних електростатичними силами ядра і електронів, або ядра атомного, що складається із зв'язаних ядерними силами протонів і нейтронів) квантується – набуває лише певних дискретних значень E 0 , E 1 , E 2 ... ( E 0 < E 1 < E 2 ...), відповідні стійким (стаціонарним) станам системи. Графічно ці стани можна змалювати по аналогії з потенційною енергією тіла, піднятого на різні висоти (рівні), у вигляді діаграми В. е. (см. мал.(малюнок) ). Кожному значенню енергії відповідає горизонтальна лінія, проведена на висоті E i ( i = 0, 1, 2...). Сукупність дискретних В. е. даної квантової системи утворює її дискретний енергетичний спектр.

загрузка...

  Нижній рівень E 0 відповідний найменшій можливій енергії системи, називається основним, а всі інші В. е. E 1 , E 2 ... – збудженими, т.к. для переходу на них системи її необхідно збудити – повідомити їй енергію.

  Квантові переходи між В. е. позначають на діаграмах вертикальними (або похилими) прямими, що сполучають відповідні пари В. е. На мал. показані випромінювальні переходи з частотами n ik що задовольняють умові частот, де h – Планка постійна . Безвипромінювальні переходи часто позначаються хвилястими лініями. Напрям переходу вказують стрілкою: стрілка, направлена вниз, відповідає процесу випускання фотона, стрілка у зворотному напрямі – процесу поглинання фотона з енергією . Дискретному енергетичному спектру відповідають дискретні спектри випускання і поглинання (див. Спектри оптичні ) .

  Для квантової системи, що має в певних діапазонах значень енергії безперервний енергетичний спектр, на діаграмі виходять безперервні послідовності В. е. у відповідних діапазонах. Наприклад, для атома водню має місце така безперервна послідовність В. е. при енергії E > E ¥ де E ¥  – кордон іонізації (див. мал.(малюнок) 1, би в ст. Атом ) . Для електрона в кристалі виходить чергування дозволених і заборонених енергетичних зон (див., наприклад, мал.(малюнок) 1 в ст. Діелектрики ). При випромінювальних квантових переходах між дискретними В. е. і В. е., що відносяться до безперервної послідовності (а також між безперервними послідовностями В. е.), виходять суцільні спектри поглинання (наприклад, при фотоіонізації атома, відповідній переходу з дискретних В. е. на безперервних В. е., лежачі вище кордони іонізації) або випускання (наприклад, при рекомбінації іонів і електронів, відповідній переходу з безперервних В. е. на дискретних).

  Важливою характеристикою В. е. є їх ширина, пов'язана з часом життя квантової системи на рівні. В. е. тим вужчий, чим більше час життя, у згоді з неопределенностей співвідношенням для енергії і часу (див. Ширіна рівня ) .

  При розгляді В. е. квантових систем значення енергії прийнято відлічувати від основного рівня. Поряд з шкалою енергій, що зазвичай виражаються в ев (а для атомних ядер в Мев або кев ) , в спектроскопії застосовують пропорційні нею шкали частот  (у радіоспектроскопії) і хвилевих чисел  (у оптичній спектроскопії; з – швидкість світла); 1 ев відповідає 2,4180·10 14 , або 8065,5 см -1 . В рентгенівській спектроскопії як одиницю енергії застосовують рідберг : 1 Ry = 13,606 ев.

  В оптичній спектроскопії часто застосовують термін «спектральний терм», маючи на увазі під цим значення Т = – E/hc, відлічуване для атомів від кордону іонізації і виразиме в см -1 .

 

  Літ. див.(дивися) при статтях Атом, Молекула, Тверде тіло, Ядро атомне .

  М. А. Ельяшевіч.

До ст. Рівні енергії.