Реферат на тему Излучения Атомов и Молекул

Содержание:

Введение 3
1. Принципы симметрии волновых функций, принцип Паули, орбитали и оболочки 4
2. Периодическая система элементов Менделеева. Рентгеновские спектры 7
3. Вынужденное излучение, лазеры. 10
Заключение 13
Список использованной литературы 14

Введение:

Периодическая таблица элементов Менделеева была получена на основе анализа свойств химических элементов. При создании этой системы не было серьезного физического обоснования. Только в рамках квантовой механики можно было бы описать периодичность свойств химических элементов и создать основу для объяснения физических и химических свойств атомов и молекул. Одним из основных инструментов для описания свойств атомов и молекул является уравнение Шредингера.
В описании атомов и молекул концепция электронного спина играет важную роль. Это чисто квантовое понятие, не имеющее аналогов в классической физике. В этой главе, с точки зрения квантовой механики, мы рассмотрим простейшие свойства атомов и молекул, структуру периодической таблицы и различные проблемы, связанные с излучением атомов и молекул.
Актуальность заключается в том, что атом и молекула могут находиться в стационарных энергетических состояниях. В этих состояниях они не излучают и не поглощают энергии. Изменение состояния атомов связано с энергетическими переходами электронов. В молекулах энергия может изменяться не только в результате электронных переходов, но и вследствие изменения колебания атомов и переходов между вращательными уровнями.
При переходе с более высоких энергетических уровней на нижние атом или молекула отдает энергию, при обратных переходах — поглощает. Атом в основном состоянии способен только поглощать энергию.
Цель работы: излучения атомов и молекул.
Задачи: рассмотреть принципы симметрии волновых функций, принцип Паули, орбитали и оболочки, изучить периодическую систему элементов Менделеева, рентгеновские спектры, рассмотреть вынужденное излучение, лазеры.

Заключение:

Атом и молекула могут находиться в стационарных энергетических состояниях. В этих состояниях они не излучают и не поглощают энергию. Энергетические состояния схематически представлены в виде уровней. Самый низкий энергетический уровень — основной — соответствует основному состоянию.
При квантовых переходах атомы и молекулы быстро переходят из одного стационарного состояния в другое, с одного энергетического уровня на другой.
Изменение состояния атомов связано с энергетическими превращениями электронов. В молекулах энергия может изменяться не только в результате электронных переходов, но и в результате изменений атомных колебаний и переходов между уровнями вращения.
При переходе с более высоких энергетических уровней на более низкие атом или молекула отдают энергию, а при обратном переходе поглощают. Атом в основном состоянии может только поглощать энергию.
Существует два типа квантовых переходов:
1) без излучения или поглощения электромагнитной энергии атомом или молекулой. Такой безызлучательный переход происходит, когда атом или молекула взаимодействуют с другими частицами, например, в процессе столкновения. Существуют неупругие столкновения, при которых изменяется внутреннее состояние атома и происходит безызлучательный переход, а упругие — с изменением кинетической энергии атома или молекулы, но с сохранением внутреннего состояния; 2) с излучением или поглощением фотона.
Энергия, излучаемая атомами или молекулами, образует спектр излучения, а поглощенная энергия — спектр поглощения.
Интенсивность спектральных линий определяется количеством идентичных переходов, происходящих в секунду, и, следовательно, зависит от количества излучающих (поглощающих) атомов и вероятности соответствующего перехода.

Фрагмент текста работы:

1. Принципы симметрии волновых функций, принцип Паули, орбитали и оболочки
Чтобы изучить магнитные моменты атомов, Штерн и Герлах пропустили поток атомов через сильное неоднородное поле. Атомы с собственным магнитным моментом в таком поле должны быть отклонены, и величина отклонения может быть использована для оценки величины магнитного момента.
Векторы магнитных моментов атомов случайным образом распределены по всем направлениям. В этом случае непрерывный спектр распределения атомов должен наблюдаться на экране, на котором размещена пленка. Результаты экспериментов оказались неожиданными. Вместо непрерывного спектра были получены отдельные линии — спектр оказался дискретным. Кроме того, для разных элементов оказалось, что распределение атомных интенсивностей было различным [6].
Спин — это внутренний механический угловой момент, не связанный с движением электрона в пространстве. Собственный момент импульса является постоянным для всех электронов. Это внутренняя характеристика электрона, похожая на массу или заряд. Спин электрона является чисто квантовой величиной; не имеет аналогов в классической механике. Первоначально считалось, что спин возник благодаря вращению электрона вокруг своей оси, но позже они отказались от такой интерпретации, поскольку это привело к неразрешимым противоречиям.
Проекция спина на направление магнитного поля также квантуется и определяется выражением, ms — магнитное спиновое квантовое число. Для электрона ms = 1/2. На рисунках спин электрона символически изображают стрелкой в одну и другую стороны.
Позже оказалось, что все элементарные частицы имеют спин, и поведение частиц, особенно в группах, часто определяется размером спина. Возникновение спина не следует из уравнения Шредингера. Учет релятивистских эффектов означает, что уравнение Шредингера заменяется уравнением Дирака [1]. Существование спина элементарных частиц и новые законы квантования для этих частиц вытекают из уравнения Дирака. С учетом спина положение электрона в атоме характеризуется не тремя, а четырьмя квантовыми числами: главным n, орбитальным l, магнитным ml, магнитным спиновым ms.
В зависимости от величины спина элементарные частицы делятся на фермионы и бозоны. Частицы с полуцелым спином (названным в честь Э. Ферми) называются фермионами. Это электроны, протоны, нейтроны (для них s = 1/2). Цельные спиновые частицы (называемые Ш. Бозе) называются бозонами. Это фотоны, π — мезоны (для них s = 1), составные частицы — ядра и т. д. Системы, состоящие из множества частиц, описываются функциями ψ, содержащими координаты этих частиц. Чтобы определить функции psi, необходимо решить соответствующее уравнение Шредингера (или Дирака). В зависимости от типа частиц (фермионов или бозонов) наборы частиц ведут себя очень по-разному.
Частицы с целым половинным вращением описываются антисимметричными волновыми функциями и подчиняются статистике Ферми-Дирака. Эти частицы называются фермионами. Частицы с нулевым или целым спином описываются симметричными функциями и подчиняются статистике Бозе-Эйнштейна. Это бозоны. Теоретическое обоснование такого разделения частиц было дано Паули. Для изучения свойств таких частиц существует специальная наука: статистическая физика.
Принцип Паули: фермионные системы встречаются в природе только в состояниях, описываемых функциями антисимметричных волн. Для распределения электронов в атоме принцип Паули может быть дан в упрощенной формулировке: в одном и том же атоме не может быть более одного электрона с одним и тем же набором из четырех квантовых чисел.