УРОВНИ ЭНЕРГИИ

УРОВНИ ЭНЕРГИИ возможные
значения энергии квантовых систем, т. е. систем, состоящих из микрочастиц
(электронов, протонов и др. элементарных частиц, атомных ядер, атомов,
молекул и т. д.) и подчиняющихся законам квантовой механики. Внутренняя
энергия квантовых систем из связанных микрочастиц (напр., атома, состоящего
из связанных электростатич. силами ядра и электронов, или ядра атомного,
состоящего
из связанных ядерными силами протонов и нейтронов) квантуется - принимает
только определённые дискретные значения е(еустойчивым (стационарным) состояниям системы. Графически эти состояния
можно изобразить по аналогии с потенциальной энергией тела, поднятого на
различные высоты (уровни), в виде диаграммы У. э. (см. рис.). Каждому значению
энергии соответствует горизонтальная линия, проведённая на высоте е
(i = = 0, 1, 2,...). Совокупность дискретных У. э. рассматриваемой
квантовой системы образует её дискретный энергетический спектр.

Нижний уровень есоответствующий наименьшей возможной энергии системы, наз. основным, а
все остальные У. э. е,е,...- возбуждёнными,
т.к. для перехода на них системы её необходимо возбудить - сообщить ей
энергию.

Квантовые переходы между
У. э. обозначают на диаграммах вертикальными (или наклонными) прямыми,
соединяющими соответствующие пары У. э. На рис. показаны излучательные
переходы с частотами vудовлетворяющими условию частот
hv= еh - Планка постоянная. Безызлучательные
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
hvДискретному энергетич. спектру соответствуют дискретные
спектры испускания и поглощения (см. Спектры оптические).

Для квантовой системы, имеющей
в определённых диапазонах значений энергии непрерывный энергетич. спектр,
на диаграмме получаются непрерывные последовательности У. э. в соответствующих
диапазонах. Напр., для атома водорода имеет место такая непрерывная последовательность
У. э. при энергии e>е, где еграница ионизации (см. рис. 1,6 в ст. Атом). Для электрона
в кристалле получается чередование разрешённых и запрещённых энергетич.
зон (см., напр., рис. 1 в ст. Диэлектрики). При излуча-тельных квантовых
переходах между дискретными У. э. и У. э., относящимися к непрерывной последовательности
(а также между непрерывными последовательностями У. э.), получаются сплошные
спектры поглощения (напр., при фотоионизации атома, соответствующей переходу
с дискретных У. э. на непрерывные У. э., лежащие выше границы ионизации)
или испускания (напр., при рекомбинации ионов и электронов, соответствующей
переходу с непрерывных У. э. на дискретные).

Важной характеристикой У.
э. явля-ются их ширины, связанные с временем жизни квантовой системы
на уровне. У. э. тем уже, чем больше время жизни, в согласии с неопределённостей
соотношением для энергии и времени (см. Ширина уровня).

При рассмотрении У. э. квантовых
систем значения энергии принято отсчитывать от осн. уровня. Наряду со шкалой
энергий, обычно выражаемых в эв (а для атомных ядер в Мэв или
кэв),
в спектроскопии применяют пропорциональные ей шкалы частот v = e/h
(в радиоспектроскопии) и волновых чисел v/c = e/hс (в оптич. спектроскопии;
с - скорость света); 1 эв соответствует 2,4180*10¹⁴гц,
или 8065,5 см^-1. В рентгеновской спектроскопии в качестве
единицы энергии применяют ридберг: 1 Ry = 13,606 эв.

В оптич. спектроскопии часто
применяют термин "спектральный терм", подразумевая под этим значение Т
=
-e/hc, отсчитываемое для атомов от границы ионизации и выражаемое
в см^-1.

Лит. см. при статьях
Атом,
Moлeкyлa

М. А. Ельяшевич.