Штарк эффектісі

Атом шығаратын жарықтың жиілігі мен поляризациясына магнит өрісінің ғана емес, электр өрісінің де əсері болады. Электр өрісінде спектрлік сызықтардың жіктелуі Штарк эффектісі деп аталады. Бұл құбылысты сутегі спектрін зерттеу кезінде ең алғаш 1913 ж. неміс физигі И. Штарк (1874-1957) бақылаған. Мұны бақылау Зееман эффектісіне қарағанда көп күрделі, өйткені сəуле шығаратын газ (плазма) немесе бу, алып жатқан көлемде күшті электр өрісін жасау қиын. Осы қиындықты жеңу үшін əдетте былай жасайды. Разрядтық түтіктің катодына жасалған жіңішке каналдар арқылы газ разрядынан (3.6-сурет) K катод пен B пластина аралығына, яғни күшті электр өрісі бар кеңістікке, оң иондар жəне де қоздырылған атомдар шоғы түсіріледі ("каналдық сəулелер")

3.6-сурет

B-K аралығынан, осында газ атомдарының еркін жолының ұзындығы жеткілікті үлкен болуы үшін газға қосымша сору жүргізіледі. Электр өрісінің кернеулігі əдетте 10⁷-10⁸ B/м болады.

~ 95 ~

Атомға электр өрісі əсер етіп, оны поляризациялайды, яғни оң зарядталған ауыр ядроға қатысты электрондарды ығыстырады. Атомда өрісін туғызған (индукцияланған)

d_инд () дипольдық момент пайда болады; ол өріспен əсерлесіп, жүйе энергиясын өзгертеді.

Дипольдық моменттің өзі өріске тəуелді болғандықтан, энергияға E электрлік қосымша өріс кернеулігінің

квадратық функциясы болуы тиіс (Штарктың квадраттық эффектісі). Классикалық электрондық теория спектрлік

сызықтардың жіктелуін емес, бұлардың ² -қа пропорционал ығысуын ғана түсіндіруге жарайды. Ал Штарктың квадраттық эффектісі көп электронды атомдардың көпшілігі үшін тəжірибелерде байқалады. Мысал ретінде 3.7-суретте калийдің

дублет сызықтарының (4s²S1/2→5p²P 1/2 жəне 4s²S1/2→5p²P3/2) ығысуы электр өрісі кернеулігі квадратына тəуелділігі

келтірілген. 3.8-суретте сутегі атомы Бальмер сериясының H _a

-сызығы шығарылуына жауапты атомдық термдердің Штарк эффектісі жағдайында жіктелу сипаты көрсетілген.

3.7-сурет

~ 96 ~

Суреттің төменгі бөлігінде кескінделген сызықтардың биіктігі спектрдің жеке құраушыларының салыстырмалы интенсивтілігін береді. Штарк эффектісін Z осі бойымен бағытталған сыртқы бір текті электр өрісінде (3.8-сурет) электронның потенциалдық энергиясына қосымшаны сипаттайтын eεZs қосымша мүшесі бар сутегі атомы үшін Шредингер теңдеуін шығарып, Штарк эффектісін теориялық қарастыруға болады:

симметриясын бұзатындықтан, оған кіші қосымша ұйытқу теориясы пайдаланылады.

Ұйытқу теориясын қолданып екінші жуықтауда термнің қосымша энергиясы үшін формуланы алуға болады

– орбиталық магниттік кванттық санның абсолют мəнімен мағынасы бойынша дəл келеді.

өрнегінің бірінші мүшесі сызықтық, екіншісі – Штарктың квадраттық эффектісін бейнелейді. Штарктың квадраттық эффектісі ε>10⁸В/м болған жағдайда ғана біліне бастайды.

(n n) k белгілеуін енгізіп спектрлік сызықтардың Штарк-эффект кезінде жіктелуі үшін өрнекті былай жазамыз

~ 97 ~

3.8-сурет

Сұрыптау ережелері: (n k) жұп санға тең болғанда сəуленің -құраушысы, ал (n k) тақ санға тең болғанда –

-құраушысы пайда болады. -құраушы деп, Зееман эффектісіндегідей, сыртқы өріс бағыты сызықты поляризацияланған сəуле құраушысын айтады, ал - құраушы-өріске перпендикуляр жазықтықта сызықты поляризацияланған сəуле. Квадраттық эффект жағдайында сəулені өріс бойымен бақылағанда поляризация болмайды,

өйткені энергия m ₁ -дің таңбасына тəуелсіз болғандықтан, оң

жəне теріс дөңгелек бойынша поляризацияланған құраушылар бірдей болады. Штарк эффектісінің тəжірибедегі нəтижелері кванттық теориямен жақсы үйлеседі.

Атомдар соқтығысқан кезде деңгейлердің орны атомды қоршап тұрған бөлшектердің өрістері əсерінен өзгеруі мүмкін екендігін ескеру керек. Бұл спектрлік сызықтардың штарктық кеңеюі деп аталады. Электр өрісінің атомға əсерінің тағы бір көрінісі спектрде тыйым салынғандарға жататын жаңа сызықтардың пайда болуы. Электр өрісі ықпалынан пайда

болған d_ИНД () электрлік дипольдық момент кванттық сандары əртүрлі күйлер үшін əртүрлі болады. Сондықтан

~ 98 ~

осындай күйлер арасындағы көшулер кезінде d_ИНД () дипольдық момент өзгереді, демек тек L 1 жағдайда емес, əуелі L 0,2 жəне 3 болған жағдайда да сəуле шығарылатын болады.