December 10 2016 04:59:57
School Nogma
Навигация
 
Авторизация
Логин

Пароль



Вы не зарегистрированы?
Нажмите здесь для регистрации .

Забыли пароль?
Запросите новый здесь.
 
Взаимодействие атома с переменным электронным полем
Физические основы информации
  1. Энергия взаимодействия электромагнитного поля с атомом. Оператор взаимодействия. Полуклассическое приближение.

  2. Теория возмущений. Взаимодействие атома с заданным постоянным или меняющимся по гармоническому закону электрическим полем.

  3. Резонансное возбуждение атома. Модель двухуровневой системы. Самоиндуцированная прозрачность среды.

  4. Спонтанное и вынужденное излучения атома. Коэффициенты Эйнштейна.

  5. Физические основы лазера.

  6. Свойства лазерного излучения. Когерентность. Плотность энергии. Длительность импульса.

  7. Тепловое излучение. Модель абсолютно черного тела. Формула Планка для спектральной плотности энергии равновесного теплового излучения. Закон Стефана-Больцмана.

  8. Электронный парамагнитный резонанс. Ядерный магнитный резонанс.


Взаимодействие электромагнитного излучения с атомом позволяет получить информацию о структуре энергетического спектра атома, который включает в себя все виды энергии, связанной с электронами атома. С помощью этого взаимодействия можно управлять движением атомных электронов и получать новые атомные состояния, а также генерировать электромагнитные волны с уникальными физическими характеристиками.

Рассмотрим отклик электрически нейтрального атома на внешнее электромагнитное поле. Если скорость движения атомных электронов v << c, где с – скорость света в вакууме, а величина электромагнитного поля не очень большая, то в первом приближении действием магнитного поля на атом можно пренебречь и учитывать только электрическое поле. Согласно классической физике атом во внешнем электрическом поле img233 поляризуется, т.е. приобретает электрический дипольный момент

img234,                                                                                                                           (II.5.1)

где α – поляризуемость атома. При этом атом приобретает дополнительную энергию

img235.                                                                                                                      (II.5.2)

Если в единице объема находится N одинаковых атомов, то их суммарный дипольный момент

img236                                                                                                                            (II.5.3)

связан с электрическим смещением (вектором электрической индукцией) img237 известным соотношением

img238.                                                                                          (II.5.4)

Здесь

ε = 1 + αN                                                                                                                        (II.5.5)

- относительная диэлектрическая проницаемость среды.

В квантовой физике взаимодействие атома с внешним электромагнитным полем описывается с помощью уравнения Шредингера. При этом считаются заданными стационарные состояния атома в отсутствие внешнего электромагнитного поля:

img239                                                              (II.5.6)

где img240 – волновая функция стационарного состояния атома с энергией Еn, img241– оператор полной энергии (гамильтониан) изолированного атома, вместе с характеристиками электромагнитного поля.

Взаимодействие атома с электромагнитным полем описывается с помощью оператора взаимодействия, который в электрическом дипольном приближении имеет вид

img242,                                                                                                                                (II.5.7)

где img243– оператор электрического дипольного момента атома, img244– оператор вектора напряженности электрического поля.

В полуклассическом приближении напряженности электрического поля рассматривается как классическая величина (квантование электромагнитного поля не учитывается), а движение электронов в атоме описывается законами квантовой механики. В одноэлектронном приближении

img245,                                                                                                                                          (II.5.8)

где img246– радиус-вектор электрона атома, взаимодействующего с электрическим полем. Таким образом, оператор взаимодействия атома с электромагнитным  полем принимает вид

img247.                                                                                                                                (II.5.9)

Нестационарное уравнение Шредингера для атома во внешнем электромагнитном поле с учетом сделанных выше упрощений запишется следующим образом

img248.                                                                                                                      (II.5.10)

Будем предполагать, что в момент времени t = 0, когда «включается» внешнее поле атом находился в основном стационарном состоянии n = 0. Эта начальная задача часто может быть решена методом теории возмущений, где волновая функция и энергия системы записываются в виде ряда по степеням некоторого малого параметра. Таким малым параметром является отношение энергии взаимодействия к характерной энергии атома.

Сначала рассмотрим случай, когда энергия взаимодействия не зависит от времени, т.е. на атом действует электростатическое поле. Согласно теории возмущений решение уравнения (II.5.10) имеет вид

img249,                          (II.5.11)

где

img250.                                           (II.5.12)

Эти формулы справедливы, если начальное состояние атома не является вырожденным, и соответствуют первому приближению теории возмущений. Малым параметром служит отношение энергии взаимодействия к разности энергий различных стационарных состояний изолированного атома. Внешнее воздействие переводит атом в состояние, которое является суперпозицией всех его стационарных состояний, причем вероятность нахождения атома в состоянии img251 равна

img252,                                                                                                                           (II.5.13)

т.е. квадрату модуля соответствующего коэффициента разложения волновой функции (II.5.11). С помощью теории возмущений можно рассчитать эффект Штарка.

Комментарии
Нет комментариев.
Добавить комментарий
Пожалуйста, залогиньтесь для добавления комментария.
Рейтинги
Рейтинг доступен только для пользователей.

Пожалуйста, авторизуйтесьили зарегистрируйтесь для голосования.

Нет данных для оценки.

Время загрузки: 0.05 секунд 4,204,167 уникальных посетителей