Глоссарий по физике

Ширина спектральной линии

Ширина спектральной линии - мера немонохроматичности спектральной линии. Ш.с. л. определяют как расстояние между точками контура спектральной линии, в к-рых интенсивность равна половине её макс, значения. В научной литературе вместо термина "Ш.с. л." иногда используют англ. аббревиатуру FWHM - Full Width at Half Maximum. Ш. с. л. выражают в единицах круговой частоты - dw (с^-1), частоты - dv (Гц), длины волны - dl (нм) или волнового числа - d(1/l) = dv/c (см^-1). Иногда под Ш.с.л. понимают полуширину g = dw/2; для классич. осциллятора g есть константа затухания амплитуды свободных колебаний.

Для изолированной квантовой системы характерна естественная (радиационная) Ш. с. л. dv_e, определяемая суммой ширин уровней энергии, между к-рыми происходит соответствующий данной спектральной линии спонтанный квантовый переход. Для разрешённых отбора правилами переходов dv_el^-2. Величина dv_e очень мала в радиодиапазоне, для ИК-линий dv_e~100 Гц, в видимом и УФ-диапазонах dv_e~ 10 МГц (для интенсивных линий). Для излучат. переходов из метастабильных состояний естеств. ширина может быть очень малой; так, для строго запрещённой линии водорода 2S_1/2 - 1S_1/2 величина dv_e обусловлена двухфотонным распадом верх. уровня и составляет всего ок. 1,3 Гц.

В разреженных газах с максвелловским распределением частиц по скоростям спектральные линии имеют доплеровскую ширину, определяемую Доплера эффектом:

где -наиб. вероятная скорость частиц в газе, M - масса атома (или молекулы), w₀ - круговая частота спектральной линии. T. о., доплеровская ширина зависит от температуры и часто используется для её определения.

В плотных газах, плазме, жидкостях и твёрдых телах Ш.с. л. обусловлена взаимодействием частиц (см. Уширение спектральных линий). Так, Ш. с. л. водородоподобного иона с зарядом ядра Z в плазме в осн. определяется квазистатич. уширением ионами:

где Z,- заряд возмущающих ионов, N_i - их концентрация (число в 1 см³), n и п' - гл. квантовые числа уровней энергии, участвующих в квантовом переходе. В большинстве случаев, однако, механизм уширения спектральных линий в плазме ударный. Если при этом на излучающую систему воздействует неск. видов возмущающих частиц, то полная Ш.с. л. равна сумме ширин, вызванных ударным воздействием всех частиц:

где N_m-концентрация частиц вида т, a K_m = 2<us'_m> - константа уширения спектральной линии при соударении с частицами вида т (s'_т- эфф. сечение уширения). Ширина неводородоподобных линий в плазме обусловлена гл. обр. столкновениями с электронами. По порядку величины

где n - гл. квантовое число верх. уровня, m - его квантовый дефект, z- спектроскопич. символ иона, N_e - концентрация электронов, множитель а0,2-0,5 для нейтральных атомов, для однократных ионов а1. Ударным механизмом объясняется также уширение радиолиний, соответствующих переходам между высоковозбуждёнными уровнями атомов водорода. При этом Ш. с. л. обусловлена неупругими переходами и пропорц. концентрации заряж. частиц.

В нейтральных газах уширение спектральных линий атомами посторонних газов определяется потенциалом ван-дер-ваальсовского взаимодействия V=C₆/R⁶(R - расстояние между атомами, C₆ - постоянная для данного типа взаимодействующих атомов); Ш.с. л. выражается ф-лой

где M - приведённая масса сталкивающихся частиц, N- их концентрация. Наиб. уширение в атомарных нейтральных газах испытывают резонансные линии в однородном газе (резонансное уширение). Для изолированной резонансной линии

где т - масса электрона, f₀₁-сила осциллятора перехода 01, J₀ и J₁-квантовые числа полного момента для основного и резонансного уровней.

Константы уширения К для колебательно-вращат. и вра-щат. линий большинства молекул практически одного порядка величины. При температуре T= 300 К характерное значение K~ 1 · 10^-9 см³ с^-1. Для больших вращат. квантовых чисел, когда разность энергий уровней сопоставима с kT, ущирение становится в неск. раз меньше. Величина К обычно T^a, причём эмпирич. значения показателя a для разл. пар молекул составляют 0,12-0,40. Уширение, связанное с собств. давлением газа, существенно превышает уширение посторонним газом лишь в нек-рых случаях - чаще всего у полярных молекул. Так, константа уширения давлением для вращат. линии H₂O с частотой 380 ГГц составляет 7,5 · 10^-9 см³ с^-1. По Ш.с. л., обусловленной взаимодействием частиц, определяют их концентрацию в излучающих и поглощающих объектах (см., напр., Диагностика плазмы).

Спектральные линии с очень малой шириной реализуются при ядерных переходах в кристаллах при Мёссбауэра эффекте, узкие спектральные линии испускаются квантовыми генераторами - мазерами и лазерами.

Литература по

1. Konjevic N., Dimitrijevic M.S., Wiese W. L., Experimental stark widths and shifts for spectral lines of neutral atoms, "J. Phys. Chem. Ref. Data", 1984, v. 13, № 3, p. 619: Konjevic N., DimitrijevicM. S., Experimental stark widths and shifts for spectral lines of positive ions, там же, p. 649; см. также лит. при ст. Уширение спектральных линий. E. А. Юков.
   
   к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  
   
   
   Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
   (Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
   Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

   НОВОСТИ ФОРУМА Рыцари теории эфира

   10.11.2021 - 12:37: ПЕРСОНАЛИИ - Personalias -> WHO IS WHO - КТО ЕСТЬ КТО - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: СОВЕСТЬ - Conscience -> РАСЧЕЛОВЕЧИВАНИЕ ЧЕЛОВЕКА. КОМУ ЭТО НАДО? - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:36: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от д.м.н. Александра Алексеевича Редько - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:35: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> Биологическая безопасность населения - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> ПРАВОСУДИЯ.НЕТ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 12:34: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вадима Глогера, США - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> Волновая генетика Петра Гаряева, 5G-контроль и управление - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:18: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ЭКОЛОГИЯ ДЛЯ ВСЕХ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:16: ЭКОЛОГИЯ - Ecology -> ПРОБЛЕМЫ МЕДИЦИНЫ - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:15: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Екатерины Коваленко - Карим_Хайдаров. 10.11.2021 - 09:13: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вильгельма Варкентина - Карим_Хайдаров.