POLECAMY
Koszyk
Podstawy fizyki atomu
Autor:
Wydawca:
Format:
pdf, ibuk
Wielu z nas wydaje się, że wie, jak wygląda atom: to kulka, dookoła której latają elektrony... O atomie da się powiedzieć bardzo dużo ciekawych rzeczy, o których nawet nie wspomniano nam w szkole...
Obok teorii względności fizyka atomu stanowi jedną z istotnych gałęzi fizyki współczesnej. W książce w sposób kompleksowy zostały omówione następujące zagadnienia:
• podejście Bohra do teorii atomu oraz podejście w mechanice kwantowej;
• podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej oraz sposób opisu atomu wodoru w mechanice kwantowej;
• systematyka poziomów energetycznych atomów złożonych;
• zasada Pauliego;
• okresowy układ pierwiastków;
• zarys teorii promieniowania;
• struktura optycznych widm atomowych oraz liniowych widm rentgenowskich, a także wpływ jądra na strukturę widm atomowych;
• zachowanie atomu w polu magnetycznym oraz w polu elektrycznym;
• atomowa spektroskopia laserowa i fizyka zimnych atomów.
Publikacja została napisana z myślą o studentach i wykładowcach fizyki oraz chemii na różnych uczelniach, zarówno uniwersyteckich, jak i technicznych (politechniki).
| Rok wydania | 2015 |
|---|---|
| Liczba stron | 628 |
| Kategoria | Fizyka jądra atomowego i cząstek elementarnych |
| Wydawca | Wydawnictwo Naukowe PWN |
| ISBN-13 | 978-83-01-18014-0 |
| Numer wydania | 1 |
| Język publikacji | polski |
| Informacja o sprzedawcy | ePWN sp. z o.o. |
Ciekawe propozycje
Spis treści
| Przedmowa XXI | |
| 1. Wiadomości wstępne | 1 |
| 1.1. Przedmiot fizyki atomu | 1 |
| 1.2. Widma atomowe | 3 |
| 1.2.1. Charakterystyczne wielkości promieniowania atomowego | 4 |
| A. Równanie fali elektromagnetycznej | 4 |
| B. Długość fali – jednostki | 5 |
| C. Częstość i liczba falowa – jednostki | 6 |
| D. Energia – jednostki | 7 |
| 1.2.2. Rejestracja widm | 10 |
| 1.3. Widma emisyjne | 12 |
| 1.3.1. Widma liniowe, pasmowe i ciągłe – uwagi ogólne | 12 |
| A. Widma liniowe | 12 |
| B. Widma pasmowe | 14 |
| C. Widma ciągłe | 15 |
| 1.3.2. Widma ciągłe – przykłady | 15 |
| A. Promieniowanie ciała doskonale czarnego; wzór Plancka | 15 |
| B. Promieniowanie termiczne i luminescencyjne | 17 |
| C. Ciągłe promieniowanie optyczne | 19 |
| D. Ciągłe promieniowanie rentgenowskie | 19 |
| E. Promieniowanie synchrotronowe | 21 |
| 1.3.3. Widma absorpcyjne | 23 |
| 1.4. Początki spektroskopii atomowej | 24 |
| 1.4.1. Pierwsze pomiary spektroskopowe | 24 |
| A. Linie Fraunhofera | 24 |
| B. Rozwój techniki pomiarowej | 25 |
| 1.4.2. Pierwsze poszukiwania prawidłowości w widmach atomowych | 26 |
| 1.5. Serie widmowe | 26 |
| 1.5.1. Odkrycie Balmera | 27 |
| 1.5.2. Termy. Zasada kombinacji Ritza | 27 |
| 1.5.3. Serie wodorowe | 28 |
| 2. Stara teoria kwantów. Atom wodoru | 30 |
| 2.1. Bohra teoria atomu wodoru | 30 |
| 2.1.1. Prosty oscylator harmoniczny Plancka | 30 |
| 2.1.2. Pierwsze modele atomu | 33 |
| A. Model Thomsona | 33 |
| B. Model Rutherforda | 33 |
| 2.1.3. Postulaty kwantowe Bohra | 34 |
| 2.1.4. Wyprowadzenie wzoru Rydberga | 35 |
| A. Energia stanu stacjonarnego | 35 |
| B. Przejścia promieniste w atomie | 37 |
| C. Stała Rydberga dla jądra nieruchomego | 38 |
| D. Termy | 39 |
| 2.2. Graficzna ilustracja atomowych stanów energetycznych | 39 |
| 2.2.1. Kołowe orbity elektronowe w atomie wodoru | 40 |
| 2.2.2. Schemat poziomów energetycznych | 40 |
| 2.2.3. Stany nieskwantowane i widmo ciągłe atomów | 42 |
| 2.3. Widma jonów wodoropodobnych | 43 |
| 2.3.1. Serie widmowe jonów wodoropodobnych | 43 |
| A. Spektroskopowe oznaczanie widm jonów | 43 |
| B. Seria Pickeringa | 43 |
| C. Widma jonów wodoropodobnych w teorii Bohra | 44 |
| D. Ciężkie jony wodoropodobne | 45 |
| 2.3.2. Wpływ masy jądra na poziomy energetyczne atomów | 46 |
| A. Masa zredukowana | 46 |
| B. Izotopowy efekt masy | 48 |
| C. Stała Rydberga atomu wodoru i jonów wodoropodobnych | 49 |
| 2.4. Doświadczalny dowód istnienia skwantowanych stanów energetycznych w atomach | 49 |
| 2.4.1. Zderzenia pierwszego i drugiego rodzaju | 50 |
| A. Zderzenia pierwszego rodzaju | 50 |
| B. Zderzenia drugiego rodzaju | 50 |
| C. Zderzenia pierwszego i drugiego rodzaju w fizyce atomowej | 50 |
| 2.4.2. Doświadczenie Francka–Hertza | 51 |
| 2.5. Rozszerzenie teorii Bohra przez Sommerfelda | 52 |
| 2.5.1. Uogólnione warunki kwantowe Sommerfelda | 53 |
| 2.5.2. Orbity eliptyczne Sommerfelda | 54 |
| 2.5.3. Energia elektronu na torze eliptycznym | 55 |
| A. Niezależność energii elektronu od kształtu elipsy | 55 |
| B. Interpretacja liczb kwantowych n i k | 55 |
| 2.5.4. Subtelna struktura w widmie atomu wodoru według Sommerfelda | 56 |
| A. Relatywistyczne rozszczepienie poziomów energetycznych w teorii Sommerfelda | 56 |
| B. Stała struktury subtelnej | 57 |
| C. Reguła wyboru dla azymutalnej liczby kwantowej | 59 |
| 2.6. Zasada odpowiedniości | 61 |
| 2.6.1. Nieciągłość wartości wielkości fizycznych w mikro- i makroświecie | 61 |
| A. Moment pędu | 61 |
| B. Częstość promieniowania atomu | 62 |
| 2.6.2. Sformułowanie zasady odpowiedniości | 62 |
| 2.7. Wady i zalety starej teorii kwantów | 63 |
| 2.7.1. Wady starej teorii kwantów | 63 |
| 2.7.2. Zakres stosowalności starej teorii kwantów | 64 |
| 2.7.3. Zalety starej teorii kwantów | 64 |
| 3. Odkrycie mechaniki kwantowej | 65 |
| 3. Odkrycie mechaniki kwantowej | 65 |
| 3.1. Wprowadzenie | 65 |
| 3.1.1. Teorie kwantowe Heisenberga i Schrödingera | 65 |
| 3.1.2. Obecny status mechaniki kwantowej | 66 |
| 3.1.3. Mechanika kwantowa w niniejszym podręczniku | 67 |
| 3.2. Dualizm falowo-korpuskularny | 67 |
| 3.2.1. Falowa natura promieniowania elektromagnetycznego | 68 |
| A. Interferencja | 68 |
| B. Interferometr Fabry’ego–Pérota | 70 |
| C. Dyfrakcja na wąskiej szczelinie | 79 |
| D. Doświadczenie Younga z dwiema szczelinami | 80 |
| E. Siatka dyfrakcyjna | 81 |
| 3.2.2. Falowa natura promieniowania rentgenowskiego | 85 |
| A. Podstawy teoretycznej analizy dyfraktogramów rentgenowskich | 85 |
| B. Metody otrzymywania dyfraktogramów rentgenowskich | 86 |
| C. Bezwzględny pomiar długości fali promieniowania rentgenowskiego | 88 |
| 3.2.3. Korpuskularna natura promieniowania | 88 |
| A. Zjawisko fotoelektryczne | 88 |
| B. Zjawisko Comptona | 90 |
| 3.2.4. Hipoteza de Broglie’a. Fale materii | 93 |
| 3.2.5. Doświadczalne dowody falowych własności materii | 94 |
| 3.2.6. Dualizm falowo-korpuskularny – podsumowanie wyników doświadczalnych | 96 |
| 3.3. Równanie Schrödingera | 97 |
| 3.3.1. „Wyprowadzenie” równania Schrödingera | 98 |
| A. Cząstka swobodna, ruch jednowymiarowy | 98 |
| B. Cząstka swobodna, ruch trójwymiarowy | 99 |
| C. Cząstka w potencjalnym polu sił | 100 |
| 3.3.2. Uwagi o równaniu Schrödingera zależnym od czasu | 100 |
| A. Separacja zmiennych przestrzennych i czasowych | 100 |
| B. Czasowe równanie Schrödingera | 101 |
| C. Równanie Schrödingera niezależne od czasu | 101 |
| D. Ewolucja funkcji stanu w czasie | 102 |
| 3.3.3. Równanie Schrödingera jako równanie na wartości własne | 102 |
| A. Wprowadzenie | 102 |
| B. Zagadnienia własne w fizyce klasycznej | 102 |
| C. Ogólne własności równań własnych | 103 |
| D. Operatorowa postać równań Schrödingera | 104 |
| 3.3.4. Operatory składowych pędu i współrzędnych położenia | 104 |
| A. Tworzenie operatorów w mechanice kwantowej | 104 |
| B. Operatory składowych pędu | 105 |
| C. Operatory współrzędnych położenia | 105 |
| 4. Podstawowe pojęcia mechaniki kwantowej | 106 |
| 4.1. Formalne przejście od mechaniki klasycznej do kwantowej | 106 |
| 4.2. Fizyczna interpretacja mechaniki kwantowej | 106 |
| 4.2.1. Fizyczne znaczenie wartości własnych | 107 |
| A. Operatory wielkości fizycznych | 107 |
| B. Algebra operatorów hermitowskich; komutatory | 109 |
| 4.2.2. Ogólne własności funkcji falowych | 113 |
| A. Probabilistyczna interpretacja funkcji falowej | 113 |
| B. Normalizacja funkcji falowej | 115 |
| C. Funkcje falowe ortogonalne i ortonormalne | 116 |
| D. Własności funkcji własnych | 116 |
| 4.2.3. Wartości oczekiwane | 119 |
| A. Wartości oczekiwane w fizyce klasycznej | 119 |
| B. Wartości oczekiwane w mechanice kwantowej | 120 |
| C. Obliczanie wartości oczekiwanych | 121 |
| D. Twierdzenie Ehrenfesta | 123 |
| E. Stałe ruchu i prawa zachowania | 125 |
| 4.2.4. Zasada nieokreśloności Heisenberga | 125 |
| A. Sformułowanie zasady nieokreśloności Heisenberga | 125 |
| B. Wyprowadzenie zasady nieokreśloności Heisenberga | 126 |
| C. Fale monochromatyczne i pakiety fal materii | 130 |
| D. Doświadczenie z podwójną szczeliną | 135 |
| E. Zasada nieokreśloności w mikro- i makrofizyce | 136 |
| F. Uwagi końcowe | 137 |
| 4.3. Mechanika kwantowa w notacji Diraca | 138 |
| 4.3.1. Przestrzeń wektorowa | 138 |
| 4.3.2. Przestrzeń Hilberta | 139 |
| 4.3.3. Notacja Diraca | 141 |
| A. Symbole ket i bra | 141 |
| B. Operatory | 142 |
| C. Wektory własne i reprezentacje | 143 |
| 4.3.4. Macierzowa reprezentacja mechaniki kwantowej | 146 |
| A. Elementy macierzowe | 146 |
| B. Macierze hermitowskie | 146 |
| C. Macierze diagonalne | 147 |
| D. Macierze niediagonalne | 147 |
| E. Macierzowy zapis iloczynu skalarnego | 148 |
| 5. Atom wodoru w mechanice kwantowej | 149 |
| 5.1. Przykłady stosowania metod rachunkowych mechaniki kwantowej | 149 |
| 5.1.1. Zagadnienie własne energii cząstki swobodnej | 149 |
| 5.1.2. Zagadnienie własne składowej momentu pędu | 150 |
| A. Wartości własne operatora składowej momentu pędu | 150 |
| B. Funkcje własne operatora składowej momentu pędu | 151 |
| 5.1.3. Zagadnienie własne kwadratu momentu pędu | 152 |
| A. Wartości własne operatora kwadratu momentu pędu | 152 |
| B. Funkcje własne operatora kwadratu momentu pędu | 154 |
| 5.1.4. Zagadnienie własne energii atomu wodoru | 155 |
| A. Energia całkowita układu dwu cząstek | 155 |
| B. Wartości własne operatora energii atomu wodoru | 157 |
| C. Funkcje własne operatora energii atomu wodoru | 159 |
| D. Symbolika stanów kwantowych elektronu | 161 |
| 5.2. Kwantowomechaniczny obraz atomu wodoru | 161 |
| 5.2.1. Unormowana pełna funkcja własna operatora energii | 161 |
| 5.2.2. Zależność φ*φ od kąta ϕ | 163 |
| 5.2.3. Zależność Θ*Θ od kąta ϑ | 163 |
| 5.2.4. Zależność R*R od promienia r | 164 |
| 5.2.5. Ogólny przebieg funkcji Ψ*Ψ | 166 |
| 5.3. Orbitalny moment magnetyczny elektronu | 167 |
| 5.3.1. Orbitalny moment magnetyczny elektronu według fizyki klasycznej | 167 |
| 5.3.2. Orbitalny moment magnetyczny elektronu w mechanice kwantowej | 168 |
| 5.3.3. Stosunek giromagnetyczny dla orbitalnego ruchu elektronu | 169 |
| 5.4. Wektorowy model atomu i kwantowanie kierunkowe wektora momentu pędu | 169 |
| 5.4.1. Precesja Larmora | 169 |
| 5.4.2. Wektor momentu pędu w modelu wektorowym | 171 |
| 5.4.3. Kwantowanie kierunkowe wektora orbitalnego momentu pędu | 171 |
| 5.5. Spin i spinowy moment magnetyczny elektronu | 172 |
| 5.5.1. Liczby kwantowe spinu elektronu | 173 |
| 5.5.2. Spinowy moment magnetyczny elektronu | 174 |
| A. Związek spinowego momentu magnetycznego ze spinem | 174 |
| B. Kwantowanie kierunkowe wektora spinu | 175 |
| C. Spinowy stosunek giromagnetyczny | 175 |
| 5.5.3. Elektronowy czynnik ge | 176 |
| A. Definicja czynnika ge | 176 |
| B. Czynnik ge – konfrontacja teorii i doświadczenia | 177 |
| 5.5.4. Funkcje falowe elektronu z uwzględnieniem spinu. Operatory spinu | 180 |
| A. Schrödingerowskie funkcje falowe ze spinem | 180 |
| B. Równanie własne operatora spinu | 180 |
| C. Relacje komutacyjne dla spinu | 181 |
| D. Macierze spinowe Pauliego; spinory | 182 |
| E. Spin a fizyka relatywistyczna | 185 |
| 6. Systematyka poziomów energetycznych atomów wieloelektronowych | 187 |
| 6.1. Problem atomu wieloelektronowego w mechanice kwantowej | 187 |
| 6.1.1. Rachunek zaburzeń | 188 |
| 6.1.2. Przybliżenie pola centralnego | 190 |
| 6.2. Równanie Schrödingera w przybliżeniu pola centralnego | 192 |
| 6.2.1. Przybliżenie jednoelektronowe | 192 |
| 6.2.2. Systematyka kwantowych stanów elektronowych w polu centralnym | 193 |
| 6.2.3. Konfiguracja elektronowa | 194 |
| 6.2.4. Samouzgodnione pole Hartree’ego | 195 |
| 6.3. Dodawanie momentów pędu w mechanice kwantowej | 196 |
| 6.3.1. Wypadkowy orbitalny moment pędu atomu wieloelektronowego | 196 |
| 6.3.2. Wypadkowy spin atomu wieloelektronowego | 198 |
| 6.3.3. Dodawanie momentów pędu według modelu wektorowego | 199 |
| 6.4. Całkowity moment pędu powłoki elektronowej atomu | 200 |
| 6.4.1. Całkowity moment pędu powłoki atomu jednoelektronowego | 200 |
| 6.4.2. Całkowity moment pędu powłoki elektronowej atomu o wielu elektronach | 201 |
| A. Sprzężenie L-S (sprzężenie Russela–Saundersa) | 201 |
| B. Sprzężenie j-j | 201 |
| C. Liczba wartości liczby kwantowej J w sprzężeniu L-S i j-j | 202 |
| 6.4.3. Stosunki energetyczne w przybliżeniu sprzężeń L-S i j-j | 203 |
| A. Niecentralna część oddziaływania kulombowskiego i oddziaływanie spin-orbita | 203 |
| B. Przybliżenie sprzężenia L-S i j-j | 205 |
| 6.5. Cechy charakterystyczne przybliżenia sprzężenia L-S | 206 |
| 6.5.1. Termy LS i struktura p rosta p oziomów e nergetycznych w schemacie L-S | 207 |
| A. Symbole literowe termów LS | 207 |
| B. Krotność termów LS | 207 |
| C. Przykłady znajdowania symboli termów LS | 208 |
| 6.5.2. Subtelna struktura termów LS i poziomy LSJ | 209 |
| A. Oddziaływanie spin-orbita w przybliżeniu wiązania L-S | 209 |
| B. Poprawka do energii wynikająca z oddziaływania spin-orbita | 209 |
| C. Przykłady znajdowania symboli poziomów LSJ | 210 |
| D. Multiplety struktury subtelnej | 210 |
| 6.5.3. Względne położenia poziomów energetycznych w sprzężeniu L-S | 211 |
| A. Reguła Hunda | 211 |
| B. Reguła odległościowa (interwałów) | 212 |
| C. Waga statystyczna poziomu energetycznego | 213 |
| D. Środek ciężkości multipletu | 213 |
| E. Multiplety regularne i odwrócone | 214 |
| F. Struktura subtelna termów na przykładzie konfiguracji nsnp | 214 |
| 6.6. Cechy charakterystyczne przybliżenia sprzężenia j-j | 214 |
| 6.6.1. Termy jj i struktura prosta poziomów energetycznych w schemacie j-j | 214 |
| 6.6.2. Struktura subtelna termów jj; poziomy jjJ | 216 |
| 6.6.3. Występowanie wiązania j-j w strukturach atomowych | 217 |
| 6.7. Sprzężenie L-S i j-j w modelu wektorowym | 218 |
| 6.8. Magnetyczny moment powłoki elektronowej związany z jej całkowitym momentem pędu | 219 |
| 6.8.1. Atom jednoelektronowy: związek między wektorami μ oraz j | 219 |
| 6.8.2. Atom wieloelektronowy: związek między wektorami μ i J w sprzężeniu L-S | 221 |
| 6.8.3. Atom wieloelektronowy: związek między wektorami μ i J w sprzężeniu j-j | 223 |
| 6.9. Reprezentacje atomowych stanów kwantowych | 224 |
| 6.9.1. Reprezentacje kwantowych stanów elektronów atomowych | 224 |
| 6.9.2. Reprezentacje kwantowych stanów układów wieloelektronowych | 225 |
| 7. Zasada Pauliego. Okresowy układ pierwiastków | 227 |
| 7.1. Zasada wykluczenia Pauliego | 227 |
| 7.1.1. Zasada wykluczenia w sformułowaniu Pauliego | 227 |
| 7.1.2. Własności zespołów identycznych cząstek elementarnych | 228 |
| A. Zasada nierozróżnialności cząstek elementarnych | 228 |
| B. Symetria operatorów obserwabli względem przestawiania cząstek | 228 |
| C. Zwyrodnienie wymienne | 228 |
| D. Status symetryczności funkcji falowych względem przestawiania cząstek | 230 |
| E. Zasada zachowania statusu symetryczności funkcji falowej | 230 |
| F. Funkcje falowe układów elektronowych | 231 |
| G. Niemieszanie się stanów o różnym statusie symetryczności | 232 |
| H. Fermiony i bozony | 233 |
| 7.1.3. Kwantowomechaniczne sformułowanie zasady wykluczenia Pauliego | 234 |
| 7.1.4. Samouzgodnione pole Hartree’ego–Focka | 234 |
| 7.2. Konsekwencje zasady Pauliego dla struktury atomów | 236 |
| 7.2.1. Powłokowa struktura atomów | 236 |
| A. Maksymalne liczby elektronów równoważnych | 236 |
| B. Stan podstawowy atomu | 237 |
| C. Zamknięte powłoki nl | 238 |
| 7.2.2. Termy elektronów równoważnych | 238 |
| A. Termy elektronów równoważnych a zasada Pauliego | 238 |
| B. Ogólna metoda znajdowania termów elektronów równoważnych | 239 |
| C. Multiplety normalne i odwrócone a liczba elektronów w powłoce nl | 241 |
| 7.2.3. Zależność energii oddziaływania elektrostatycznego od liczb kwantowych L i S | 242 |
| A. Antysymetryczne funkcje falowe elektronów atomu helu | 242 |
| B. Stany singletowe i trypletowe atomu helu | 244 |
| C. Poprawki pierwszego rzędu do energii stanów kwantowych atomu helu | 244 |
| 7.3. Okresowy układ pierwiastków | 246 |
| 7.3.1. Ogólna budowa okresowego układu pierwiastków | 247 |
| A. Cechy charakterystyczne okresowego układu pierwiastków | 247 |
| B. „Idealna” a rzeczywista struktura układu okresowego pierwiastków | 253 |
| C. Gazy szlachetne i alkalia | 254 |
| 7.3.2. Szczegółowa struktura okresowego układu pierwiastków | 256 |
| A. Okres pierwszy: 1H i 2He | 256 |
| B. Okres drugi: 3Li – 10Ne | 257 |
| C. Okres trzeci: 11Na – 18Ar | 258 |
| D. Okres czwarty: 19K – 36Kr | 259 |
| E. Okres piąty: 37Rb – 54Xe | 259 |
| F. Okres szósty: 55Cs – 86Rn | 260 |
| G. Okres siódmy: 87Fr – 294118 | 260 |
| 7.3.3. Pierwiastki promieniotwórcze | 261 |
| A. Czasy życia pierwiastków promieniotwórczych | 261 |
| B. Naturalne pierwiastki promieniotwórcze | 261 |
| C. Pierwiastki wytwarzane sztucznie. Transuranowce | 262 |
| D. Pierwiastki transfermowe | 263 |
| 7.4. Energetyczna kolejność wewnętrznych powłok elektronowych w atomach | 266 |
| 7.5. Kwantowomechaniczny obraz atomu o wielu elektronach | 268 |
| 8. Zarys teorii promieniowania | 270 |
| 8.1. Wprowadzenie | 270 |
| 8.2. Promieniowanie elektryczne dipolowe | 270 |
| 8.2.1. Promieniowanie klasycznego dipola elektrycznego | 270 |
| 8.2.2. Elektryczno-dipolowe promieniowanie atomu według mechaniki kwantowej | 272 |
| A. Elektryczny moment dipolowy atomu w mechanice kwantowej | 272 |
| B. Status elektrycznego dipolowego momentu atomu w czasie | 273 |
| C. Moc linii widmowej | 274 |
| D. Siła linii widmowej | 275 |
| E. Względne natężenia linii widmowych | 276 |
| 8.2.3. Współczynniki Einsteina określające prawdopodobieństwa przejść | 278 |
| 8.2.4. Siła oscylatora | 281 |
| A. Sens fizyczny siły oscylatora | 281 |
| B. Zespolony współczynnik załamania | 282 |
| C. Związek siły oscylatora ze współczynnikiem Einsteina dla absorpcji | 286 |
| D. Reguły sum dla sił oscylatorów | 287 |
| 8.3. Promieniowanie multipolowe | 288 |
| 8.3.1. Retardacja fali elektromagnetycznej | 288 |
| 8.3.2. Elektryczne i magnetyczne układy multipolowe | 290 |
| A. Statyczne multipole elektryczne | 290 |
| B. Statyczne multipole magnetyczne | 291 |
| C. Polowość i promieniowanie multipoli | 292 |
| 8.3.3. Multipolowe promieniowanie atomów | 292 |
| A. Przybliżenie elektryczno-dipolowe | 292 |
| B. Dalsze wyrazy rozwinięcia multipolowego | 293 |
| C. Promieniowanie M1 i E2 | 293 |
| 8.4. Reguły wyboru | 297 |
| 8.4.1. Reguły wyboru w starej i nowej teorii kwantowej | 297 |
| 8.4.2. Reguły wyboru związane z prawem zachowania momentu pędu | 298 |
| A. Reguły wyboru dla liczb kwantowych całkowitego momentu pędu | 298 |
| B. Reguły wyboru dla kwantowej liczby orbitalnej l | 301 |
| C. Reguły wyboru o wąskim zakresie działania | 301 |
| D. Polaryzacyjne reguły wyboru | 302 |
| 8.4.3. Reguły wyboru związane z parzystością funkcji falowych | 302 |
| A. Parzystość funkcji falowych | 302 |
| B. Reguła Laporte’a | 304 |
| 8.4.4. Zestawienie reguł wyboru dla promieniowania E1, M1 i E2 | 306 |
| 8.5. Szerokość linii widmowych | 308 |
| 8.5.1. Naturalna szerokość linii widmowej | 308 |
| A. Naturalna szerokość linii widmowej według elektrodynamiki klasycznej | 308 |
| B. Naturalna szerokość linii widmowej w mechanice kwantowej;czas życia stanów kwantowych | 311 |
| C. Naturalna szerokość linii a prawdopodobieństwa przejść | 312 |
| D. Stany metatrwałe | 313 |
| E. Autojonizacja | 314 |
| 8.5.2. Wpływ czynników zewnętrznych na szerokość linii widmowej | 315 |
| A. Poszerzenie dopplerowskie | 315 |
| B. Poszerzenie ciśnieniowe | 320 |
| C. Poszerzenie starkowskie | 320 |
| D. Poszerzenie zderzeniowe (ze ściankami źródła) | 321 |
| E. Poszerzenie związane z czasem przelotu | 321 |
| 9. Ogólna struktura optycznych widm atomowych | 322 |
| 9.1. Serie widmowe atomów i jonów o konfiguracji podstawowej ns | 322 |
| 9.1.1. Fenomenologiczny opis widmowych serii alkaliów | 322 |
| A. Geneza symboliki termów LS | 322 |
| B. Defekt kwantowy | 324 |
| 9.1.2. Modelowe objaśnienie widmowych serii alkaliów | 325 |
| A. Rola zamkniętych powłok elektronowych w alkaliach | 325 |
| B. Orbity zanurzające się | 326 |
| C. Orbity niezanurzające się | 328 |
| 9.1.3. Serie widmowe atomów o konfiguracji podstawowej ns w mechanice kwantowej | 328 |
| 9.1.4. Widma jonów alkalipodobnych | 333 |
| 9.1.5. Efektywny ładunek jądra | 333 |
| 9.1.6. Szeregi izoelektronowe; diagramy Bohra–Costera (Moseleya) | 334 |
| 9.2. Serie widmowe atomów i jonów o konfiguracjach podstawowych innych niż ns | 335 |
| 9.2.1. Serie widmowe atomów i jonów o konfiguracji podstawowej ns2 | 336 |
| 9.2.2. Serie widmowe pierwiastków trzeciej i dalszych kolumn układu okresowego | 340 |
| 9.3. Subtelna struktura w widmach atomów wieloelektronowych | 342 |
| 9.3.1. Multiplety sprzężenia L-S | 342 |
| A. Multiplet jako zbiór linii widmowych | 342 |
| B. Multiplety proste | 343 |
| C. Multiplety złożone | 343 |
| 9.3.2. Subtelna struktura serii widmowych atomów wieloelektronowych w sprzężeniu L-S | 344 |
| 9.3.3. Stosunki sił linii widmowych i ich natężeń wewnątrz multipletów LS | 346 |
| A. Reguła sum dla sił linii widmowych | 346 |
| B. Względne natężenia linii widmowych a reguła sum | 348 |
| 9.3.4. Subtelna struktura linii widmowych w sprzężeniu j-j i pośrednim | 350 |
| 9.4. Subtelna struktura w widmie atomu wodoru | 351 |
| 9.4.1. Subtelna struktura linii wodorowych według mechaniki kwantowej | 351 |
| 9.4.2. Przesunięcie Lamba | 356 |
| A. Odkrycie i pomiary klasycznego przesunięcia Lamba w wodorze | 356 |
| B. Teoretyczne wyjaśnienie przesunięcia Lamba | 358 |
| C. Przesunięcie Lamba podstawowego stanu atomu wodoru | 359 |
| D. Przesunięcie Lamba w jonach wodoropodobnych | 360 |
| 9.5. Optyczne przejścia wzbronione | 361 |
| 9.5.1. Przejścia wzbronione a stany metatrwałe | 361 |
| 9.5.2. Obserwacje spontanicznego promieniowania M1 i E2 w widmach optycznych | 362 |
| A. Linie wzbronione w badaniach astrofizycznych | 362 |
| B. Wzbronione linie widmowe w badaniach laboratoryjnych | 363 |
| 9.5.3. Optyczne przejścia wymuszone | 363 |
| 10. Struktura liniowych widm rentgenowskich | 365 |
| 10.1. Wprowadzenie | 365 |
| 10.1.1. Powstawanie liniowego widma rentgenowskiego | 365 |
| 10.1.2. Ogólna charakterystyka liniowego widma promieni Röntgena | 365 |
| A. Symbolika widm rentgenowskich | 365 |
| B. Struktura widm rentgenowskich w porównaniu z optycznymi | 366 |
| 10.2. Prawo Moseleya dla widm rentgenowskich | 367 |
| 10.2.1. Sformułowanie i znaczenie prawa Moseleya | 367 |
| 10.2.2. Termy rentgenowskie; diagramy Bohra–Costera | 369 |
| 10.3. Prosta i subtelna struktura widm rentgenowskich | 371 |
| 10.3.1. Prosta i subtelna struktura termów rentgenowskich | 371 |
| 10.3.2. Atomowe przejścia rentgenowskie | 372 |
| 10.4. Schematy rentgenowskich poziomów energetycznych | 373 |
| 10.4.1. Porównanie optycznych i rentgenowskich poziomów energetycznych | 373 |
| 10.4.2. Schematy rentgenowskich poziomów energii wzbudzenia atomu | 374 |
| 10.4.3. Schematy rentgenowskich poziomów energii wiązania atomu | 376 |
| 10.5. Atomowa absorpcja promieniowania rentgenowskiego | 378 |
| 10.5.1. Rentgenowskie widma absorpcyjne | 378 |
| A. Powstawanie i struktura widm absorpcyjnych | 378 |
| B. Spektroskopia fotoelektronów rentgenowskich | 379 |
| 10.5.2. Elektrony Augera | 380 |
| 10.6. Rentgenowskie promieniowanie atomów egzotycznych | 381 |
| 10.6.1. Ogólne cechy atomów egzotycznych | 383 |
| 10.6.2. Atomy mionowe | 386 |
| 10.6.3. Atomy hadronowe | 388 |
| 11. Wpływ jądra na strukturę widm atomowych | 390 |
| 11.1. Wprowadzenie | 390 |
| 11.2. Nadsubtelna struktura linii widmowych | 391 |
| 11.2.1. Multipole jądrowe | 391 |
| 11.2.2. Spin jądra i moment pędu całego atomu | 392 |
| 11.2.3. Magnetyczny moment dipolowy jądra | 394 |
| 11.2.4. Magnetyczne oddziaływanie jądra z powłoką elektronową | 395 |
| A. Stała struktury nadsubtelnej | 395 |
| B. Hipermultiplet jako zbiór podpoziomów struktury nadsubtelnej | 397 |
| C. Hipermultiplet jako zbiór linii widmowych | 398 |
| 11.2.5. Wyznaczanie spinu i magnetycznego momentu jądra ze struktury nadsubtelnej | 398 |
| A. Metody wyznaczania spinu jądra z nadsubtelnej struktury linii widmowych | 398 |
| B. Przykłady wyznaczania spinu jądra z nadsubtelnej struktury linii widmowych | 399 |
| C. Wyznaczenie magnetycznych dipolowych momentów jąder ze struktury nadsubtelnej | 401 |
| 11.2.6. Wpływ elektrycznego kwadrupolowego momentu jądra na strukturę nadsubtelną | 401 |
| 11.2.7. Wpływ momentów jądrowych M3 i E4 na strukturę nadsubtelną | 404 |
| 11.3. Efekt izotopowy w optycznych widmach atomowych | 405 |
| 11.3.1. Ogólna charakterystyka atomowego efektu izotopowego | 405 |
| 11.3.2. Izotopowe efekty masowe | 407 |
| A. Normalny efekt masy w atomach jednoelektronowych | 407 |
| B. Efekty masowe w atomach wieloelektronowych. Specyficzny efekt masy | 408 |
| 11.3.3. Izotopowe efekty pola | 413 |
| A. Izotopowy efekt objętościowy | 413 |
| B. Izotopowy efekt kształtu | 416 |
| 11.3.4. Wykres Kinga | 417 |
| 11.3.5. Separacja efektów masowych i polowych | 420 |
| A. Separacja efektów masowych i polowych w widmach optycznych | 420 |
| B. Separacja efektów masowych i polowych w widmach rentgenowskich | 420 |
| 11.4. Egzotyczne atomy dwucząstkowe | 422 |
| 11.4.1. Mionium | 422 |
| 11.4.2. Pozytonium | 424 |
| 12. Atom w polu magnetycznym | 429 |
| 12.1. Ogólna charakterystyka efektu Zeemana | 429 |
| 12.1.1. Efekt Zeemana w fizyce klasycznej i kwantowej | 429 |
| 12.1.2. Szczególne przypadki efektu Zeemana | 430 |
| 12.2. Normalny efekt Zeemana | 431 |
| 12.2.1. Zeemanowskie rozszczepienie poziomów singletowych | 431 |
| 12.2.2. Zeemanowskie rozszczepienie linii singletowych; normalny tryplet Lorentza | 432 |
| 12.3. Anomalny efekt Zeemana | 434 |
| 12.3.1. Rozszczepienie poziomów energetycznych w anomalnym efekcie Zeemana | 434 |
| 12.3.2. Rozszczepienie linii widmowych w anomalnym efekcie Zeemana | 435 |
| 12.4. Efekt Paschena–Backa | 438 |
| 12.4.1. Normalny tryplet Lorentza w efekcie Paschena–Backa | 439 |
| 12.4.2. Struktura subtelna efektu Paschena–Backa | 440 |
| 12.4.3. Rozszczepienie linii widmowych w efekcie Paschena–Backa | 440 |
| 12.5. Efekt Zeemana w przypadku pól pośrednich | 443 |
| 12.6. Efekt Zeemana struktury nadsubtelnej | 444 |
| 12.6.1. Efekt Zeemana struktury nadsubtelnej: słabe pole magnetyczne | 444 |
| 12.6.2. Efekt Backa–Goudsmita: silne pole magnetyczne (efekt Zeemana struktury nadsubtelnej) | 445 |
| 12.7. Efekt Zeemana linii wzbronionych | 448 |
| 12.7.1. Reguły polaryzacyjne dla promieniowania E1, M1 i E2 | 448 |
| 12.7.2. Reguły polaryzacyjne a identyfikacja przejść wzbronionych | 449 |
| 12.8. Doświadczenie Sterna–Gerlacha | 450 |
| 12.8.1. Przebieg doświadczenia Sterna–Gerlacha | 450 |
| 12.8.2. Interpretacja doświadczenia Sterna–Gerlacha | 451 |
| 12.9. Metody rezonansowe w fizyce atomu | 452 |
| 12.9.1. Rezonans magnetyczny | 453 |
| A. Rezonans magnetyczny w obrazie klasycznym | 453 |
| B. Rezonans magnetyczny w obrazie kwantowym | 455 |
| C. Zastosowania rezonansu magnetycznego | 455 |
| 12.9.2. Podwójny rezonans optyczny. Pompowanie optyczne | 456 |
| A. Podwójny rezonans w badaniach atomowych stanów wzbudzonych | 456 |
| B. Podwójny rezonans w badaniach atomowych stanów podstawowych. Pompowanie optyczne | 458 |
| 12.9.3. Rezonans magnetyczny w wiązce atomowej | 461 |
| A. Rezonansowa metoda Rabiego | 461 |
| B. Metoda Ramseya rozdzielonych pól zmiennych | 463 |
| C. Atomowy zegar cezowy | 465 |
| 13. Atom w polu elektrycznym | 468 |
| 13.1. Odkrycie efektu Starka | 468 |
| 13.2. Ogólna charakterystyka efektu Starka | 469 |
| 13.2.1. Degeneracja stanów kwantowych w efekcie Starka | 470 |
| 13.2.2. Reguły polaryzacyjne w efekcie Starka | 470 |
| 13.2.3. Zależność rozszczepienia starkowskiego od głównej liczby kwantowej | 471 |
| 13.2.4. Ogólna teoria efektu Starka | 471 |
| 13.2.5. Indukowany elektryczny moment dipolowy atomu | 474 |
| 13.3. Efekt Starka w wodorze i jonach wodoropodobnych | 474 |
| 13.3.1. Silne pole elektryczne | 475 |
| A. Rozszczepienia starkowskie w silnym polu elektrycznym | 475 |
| B. Liniowy efekt Starka | 476 |
| 13.3.2. Bardzo silne pole elektryczne | 479 |
| A. Kwadratowy efekt Starka | 479 |
| B. Jonizacja polowa i autojonizacja poprzez zjawisko tunelowe | 480 |
| 13.3.3. Słabe pole elektryczne | 482 |
| 13.3.4. Bardzo słabe pole elektryczne | 483 |
| 13.4. Efekt Starka w atomach wieloelektronowych | 484 |
| 13.4.1. Słabe pole elektryczne | 485 |
| 13.4.2. Silne pole elektryczne | 486 |
| 13.4.3. Bardzo silne pole elektryczne | 487 |
| 14. Atomowa spektroskopia laserowa | 488 |
| 14.1. Fizyczne podstawy działania laserów | 488 |
| 14.1.1. Odkrycie laserów | 488 |
| 14.1.2. Ogólne warunki wywołania akcji laserowej | 489 |
| A. Promieniowanie wymuszone | 489 |
| B. Absorpcja i spontaniczna emisja promieniowania | 489 |
| C. Podstawowe elementy lasera | 490 |
| 14.1.3. Laser helowo-neonowy | 490 |
| A. Inwersja populacji poziomów energetycznych | 490 |
| B. Rezonator optyczny; modowa struktura promieniowania laserowego | 491 |
| 14.1.4. Promieniowanie laserowe | 495 |
| A. Cechy charakterystyczne promieniowania laserowego | 495 |
| B. Spójność | 495 |
| C. Monochromatyczność | 497 |
| D. Ukierunkowanie | 499 |
| E. Gęstość mocy | 499 |
| F. Statystyczne własności promieniowania | 500 |
| 14.2. Atomowa spektroskopia laserowa; optyka nieliniowa | 503 |
| 14.2.1. Bezdopplerowska spektroskopia nasyceniowa | 503 |
| A. Zjawisko nasycenia i współczynnik absorpcji | 503 |
| B. Dziura Bennetta i dip Lamba | 506 |
| C. Dip Lamba rejestrowany przeciwbieżną wiązką sondującą | 508 |
| D. Pik Lamba, czyli odwrócony dip Lamba | 509 |
| 14.2.2. Spektroskopia wielofotonowa | 511 |
| A. Wprowadzenie | 511 |
| B. Podwajanie częstości fali elektromagnetycznej | 512 |
| C. Wzbudzenie wielofotonowe | 513 |
| D. Bezdopplerowska spektroskopia dwufotonowa | 514 |
| E. Optyczny grzebień częstości | 516 |
| F. Pomiar przejścia 1S–2S w wodorze | 520 |
| 14.3. Atomy rydbergowskie | 522 |
| 14.3.1. Ogólne własności atomów rydbergowskich | 523 |
| 14.3.2. Wytwarzanie i detekcja stanów rydbergowskich | 525 |
| 14.3.3. Atomy rydbergowskie w stanach kołowych | 525 |
| 15. Fizyka zimnych atomów | 528 |
| 15.1. Wprowadzenie | 528 |
| 15.2. Chłodzenie laserowe | 529 |
| 15.2.1. Dwa rodzaje chłodzenia laserowego | 530 |
| A. Chłodzenie dopplerowskie | 530 |
| B. Chłodzenie spowodowane odrzutem atomu | 532 |
| C. Względna wielkość obu rodzajów chłodzenia | 533 |
| 15.2.2. Melasa optyczna | 534 |
| 15.3. Pułapki jonowe | 535 |
| 15.3.1. Elektrostatyczne pole pułapek jonowych | 535 |
| 15.3.2. Pułapka Penninga | 537 |
| 15.3.3. Elektromagnetyczna pułapka Paula | 537 |
| 15.3.4. Zastosowanie pułapek jonowych | 538 |
| 15.4. Pułapkowanie atomów obojętnych | 539 |
| 15.4.1. Pułapki magnetyczne | 539 |
| 15.4.2. Pułapki optyczne | 543 |
| 15.4.3. Pułapka magnetooptyczna – PMO | 546 |
| 15.5. Atomowe gazy kwantowe | 548 |
| 15.5.1. Kwantowa degeneracja gazów atomowych | 548 |
| 15.5.2. Kondensacja Bosego–Einsteina | 550 |
| A. Historia odkrycia kondensacji BE | 550 |
| B. Parametr degeneracji bozonów | 551 |
| C. Metatrwałość kondensatu | 552 |
| D. Chłodzenie przez odparowanie | 552 |
| E. Realizacja kondensatu Bosego–Einsteina | 554 |
| F. Obserwacja kondensatu Bosego–Einsteina | 555 |
| 15.5.3. Lasery atomowe | 558 |
| A. Spójność funkcji falowej kondensatu | 558 |
| B. Atomowy laser impulsowy | 559 |
| C. Atomowy laser o pracy ciągłej wytworzony w pułapce magnetycznej | 559 |
| D. Atomowy laser o pracy ciągłej wytworzony w pułapce optycznej | 559 |
| 15.5.4. Rezonanse Feshbacha w gazach bozonowych | 560 |
| A. Rozpraszanie fali-s | 560 |
| B. Długość rozpraszania fali-s i równanie Grossa–Pitajewskiego | 561 |
| C. Modyfikacja długości rozpraszania. Rezonanse Feshbacha | 562 |
| 15.5.5. Ultraniskie temperatury fermionów | 565 |
| A. Wiadomości wstępne | 565 |
| B. Degeneracja kwantowa fermionów | 565 |
| C. Rezonanse Feshbacha i dwuatomowe cząsteczki fermionów | 567 |
| D. Kondensacja molekularna fermionów | 568 |
| E. Nadprzewodnictwo i nadpłynność. Pary Coopera | 570 |
| F. Złącze BCS-kBE. Kondensacja Fermiego | 571 |
| Uzupełnienie. Dielektryczne pokrycia cienkowarstwowe | 575 |
| U1. Wprowadzenie | 575 |
| U2. Spektralne charakterystyki układów cienkowarstwowych | 576 |
| U3. Analiza układów cienkowarstwowych | 580 |
| U4. Synteza układów cienkowarstwowych | 581 |
| U4.1. Układ startowy i funkcja celu | 581 |
| U4.2. Synteza półprzezroczystego zwierciadła szerokopasmowego | 582 |
| U4.3. Synteza skomplikowanych pokryć dielektrycznych | 584 |
| A. Metoda igłowa syntezy | 584 |
| B. Sylwetka Katedry Wawelskiej | 586 |
| Literatura | 589 |
| 1. Literatura cytowana | 589 |
| Uzupełnienie | 592 |
| 2. Podręczniki i opracowana monograficzne | 592 |
| Uzupełnienie | 593 |
| Skorowidz | 595 |
KUP NA PREZENT
Podstawy fizyki atomu
99,00 zł
Uzupełnij informacje na temat odbiorcy.
Produkt został pomyślnie dodany do koszyka.
Nieudana próba zakupu produktu. Spróbuj jeszcze raz.
Wypożyczaj w abonamencie!
Już od 2,66 zł za ebooka
