Уровни энергии. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Уровни энергии - возможные значения энергии квантовых систем (атомов, молекул, кристаллов атомных ядер и т. д.), состоящих из микрочастиц и подчиняющихся законам квантовой механики. Внутр. энергия квантовых систем может принимать только определ. дискретные значения:

соответствующие устойчивым (стационарным) состояниям системы. Графически эти состояния можно изобразить по аналогии с потенц. энергией тела, поднятого на разл. высоты (уровни), в виде диаграммы У. э. (рис.). Каждому значению энергии соответствует горизонтальная линия, проведённая (в определ. масштабе) на высоте

(i=0, 1, 2, ...). Совокупность У. э. рассматриваемой квантовой системы образует её энергетический спектр. Ниж. уровень

, соответствующий наим. возможной энергии системы, наз. основным, все остальные-

...- возбуждёнными, т. к. для перехода из них необходимо возбудить систему-сообщить ей энергию.

Квантовые переходы между уровнями энергии обозначают на диаграммах вертикальными (или наклонными) прямыми, соединяющими соответствующие пары У. э. На рис. показаны излучат, переходы с частотами v_ik, удовлетворяющими условию частот:

безызлучат. переходы часто обозначаются волнистыми линиями. Направление перехода указывают стрелкой: стрелка, направленная вниз, соответствует процессу испускания фотона, стрелка в обратном направлении - процессу поглощения фотона с энергией

Дискретному энергетич. спектру соответствуют дискретные спектры поглощения и испускания (см. Спектры оптические).

Для квантовой системы, имеющей в определ. диапазонах значений энергии непрерывный энергетич. спектр, диаграмма выглядит в виде непрерывных последовательностей У. э. в соответствующих диапазонах. Напр., для атома Н такая непрерывная последовательность имеет место при

, где

-граница ионизации (рис. 1, б к ст. Атом ),а для электрона в кристалле получается чередование разрешённых и запрещённых энергетич. зон (см. Диэлектрики, Полупроводники). При излучательных квантовых переходах между дискретными У. э. и У. э., относящимися к непрерывной последовательности, а также между непрерывными последовательностями У. э. получаются сплошные спектры поглощения и испускания.

При рассмотрении У. э. квантовых систем значения энергии принято отсчитывать от осн. уровня. Наряду со шкалой энергий (обычно выражаемых в эВ, для атомных ядер - в МэВ или кэВ) в спектроскопии применяют пропорциональные ей шкалы частот

(в радиоспектроскопии) и волновых чисел

(в оптич. спектроскопии); 1 эВ соответствует 2,4180-10¹⁴ Гц и 8065,5 см^-1. В рентгеновской спектроскопии применяют единицу энергии ридберг; 1 Ry= 13,606 эВ.

В оптич. спектроскопии часто употребляют термин "спектральный терм", подразумевая под ним значение

отсчитываемое для атомов от границы ионизации и выражаемое в см^-1.

Литература по уровням энергии

Знаете ли Вы, что любой разумный человек скажет, что не может быть улыбки без кота и дыма без огня, что-то там, в космосе, должно быть, теплое, излучающее ЭМ-волны, соответствующее температуре 2.7ºК. Действительно, наблюдаемое космическое микроволновое излучение (CMB) есть тепловое излучение частиц эфира, имеющих температуру 2.7ºK. Еще в начале ХХ века великие химики и физики Д. И. Менделеев и Вальтер Нернст предсказали, что такое излучение (температура) должно обнаруживаться в космосе. В 1933 году проф. Эрих Регенер из Штуттгарта с помощью стратосферных зондов измерил эту температуру. Его измерения дали 2.8ºK - практически точное современное значение. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.