рівні енергії

У ровни ен е ргіі, можливі значення енергії квантових систем, т. Е. Систем, що складаються з мікрочастинок (електронів, протонів і ін. Елементарних частинок, атомних ядер, атомів, молекул і т.д.) і підкоряються законам квантової механіки . Внутрішня енергія квантових систем із зв'язаних мікрочасток (наприклад, атома, що складається з пов'язаних електростатичними силами ядра і електронів, або ядра атомного , Що складається з пов'язаних ядерними силами протонів і нейтронів) квантів - приймає тільки певні дискретні значення E0, E1, E2, ... (E0 <E1 <E2 ...), відповідні стійким (стаціонарним) станів системи. Графічно ці стани можна зобразити за аналогією з потенційною енергією тіла, піднятого на різні висоти (рівні), у вигляді діаграми В. е. (див. рис.). Кожному значенню енергії відповідає горизонтальна лінія, проведена на висоті Ei (i = 0, 1, 2, ...). Сукупність дискретних В. е. розглянутої квантової системи утворює її дискретний енергетичний спектр.

Нижній рівень E0, відповідний найменшій можливій енергії системи, називається основним, а всі інші В. е. E1, E2 ... - збудженими, тому що для переходу на них системи її необхідно порушити - повідомити їй енергію.

квантові переходи між В. е. позначають на діаграмах вертикальними (або похилими) прямими, що з'єднують відповідні пари В. е. На рис. показані випромінювальні переходи з частотами n ik задовольняють умові частот , Де h - планка постійна . Безвипромінювальні переходи часто позначаються хвилястими лініями. Напрямок переходу вказують стрілкою: стрілка, спрямована вниз, відповідає процесу випускання фотона, стрілка в зворотному напрямку - процесу поглинання фотона з енергією . Дискретного енергетичного 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. рис. 1, б в ст. атом ). Для електрона в кристалі виходить чергування дозволених і заборонених енергетичних зон (див., Наприклад, рис. 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, відповідної переходу з дискретних В. е. на безперервні В. е., що лежать вище кордони іонізації) або випускання (наприклад, при рекомбінації іонів і електронів, що відповідає переходу з безперервних В. е. на дискретні).

Важливою характеристикою В. е. є їх ширини, пов'язані з часом життя квантової системи на рівні. В. е. тим вже, чим більше час життя, в згоді з невизначеностей співвідношенням для енергії і часу (див. Ширина рівня ).

При розгляді В. е. квантових систем значення енергії прийнято відлічувати від основного рівня. Поряд зі шкалою енергій, зазвичай виражаються в ев (а для атомних ядер в Мев або кев), в спектроскопії застосовують пропорційні їй шкали частот (В радиоспектроскопии) і хвильових чисел (в оптичній спектроскопії; с - швидкість світла); 1 ев відповідає 2,4180 · 1014, або 8065,5 см -1. У рентгенівської спектроскопії в якості одиниці енергії застосовують Ридберг : 1 Ry = 13,606 ев.

У оптичної спектроскопії часто застосовують термін «спектральний терм», маючи на увазі під цим значення Т = - E / hc, що відраховується для атомів від кордону іонізації і виражається в см -1.

Літ. см. при статтях атом , молекула , Тверде тіло , ядро атомне .

М. А. Ельяшевич.

До ст. Рівні енергії.