1樓:匿名使用者
躍遷(英文quantum transition)量子力學體系狀態發生跳躍式變化的過程。原子在光的照射下從高(低)能態跳到低(高)能態發射(吸收)光子的過程就是典型的量子躍遷。即使不受光的照射,處於激發態的原子在真空零場起伏的作用下,也能躍遷到較低能態而發射光子(自發輻射)。
除了輻射過程之外,其他散射過程、衰變過程等也都屬於量子躍遷。量子躍遷是概率性過程,這是量子規律的根本特徵。以原子能級躍遷為例,無法預言某個原子什麼時刻發生躍遷,有的原子躍遷可能發生得早,有的原子躍遷可能發生得遲,因此原子處於激發態的壽命不是整齊劃一的,但對大量原子來說,激發態的平均壽命是確定的,可以實驗測定和理論計算。
量子躍遷的速率與體系的相互作用以及躍遷前後的狀態有關,並遵從一定的守恆定律。原子能級躍遷所遵從的選擇定則就是角動量守恆和宇稱守恆的結果。
微觀粒子量子狀態的變化.包括從高能態到低能態以及從低能態到高能態.當粒子由於受熱,碰撞或輻射等方式獲得了相當於兩個能級之差的激發能量時,他就會從能量較底的初態躍遷到能量較高的激發態,但不穩定,有自發地回到穩定狀態的趨勢。在釋放出相應的能量後,粒子自動地回到原來的狀態,這些行為稱為躍遷,遵守嚴格的量子規則。其吸收或發射的能量都是h的整數倍。
如果以光的形式表現出來,就造成光譜線的分立性。
在某些科幻作品中,躍遷是一種假想的星際旅行方式。通常被描述成通過「蟲洞」等通道,讓宇宙飛船的航行軌跡短於兩點間的最短距離:直線。該種假想的航行方式也受到相當一部分科學家的重視。
2樓:匿名使用者
電子躍遷 電子躍遷就是指原子的外層電子從低能軌道轉移到高能軌道,或者從高能軌道轉移到低能軌道。轉移過程中會吸收或者放出一個光子,該光子能量為兩個軌道能量之差的絕對值。電子躍遷分為自發躍遷和受激躍遷,在沒有外界激勵的情況下電子處在平衡狀態下,再有外界激勵下,電子平衡被打破,如果電子吸收光子能量則會跳躍到離原子核更遠的軌道上(光子能量大於或等於兩軌道能及之差),但這樣的電子不穩定,容易放出能量而返回原來的軌道,這部分放出的能量就表現為熒光。
波爾用氫原子軌道理論成功結識了電子躍遷。該理論假設氫原子電子在某些特定的軌道上執行,每個軌道對應著一個能級,且能級是分離的。在外界光子的激發下,電子可以從低能級躍遷到高能級,其中入射光子的能量必須要大於或者等於兩軌道能級絕對值之差。
同時合適的光子入射下,原子電子也可以從高能級躍遷到低能級,同時放出一個光子,該光子能量與入射光子能量相同,且相干,這是鐳射產生的基本原理,也叫做受激輻射。除此之外,原子內部電子也可以自發的從高能級躍遷到低能級,或者從低能級躍遷到高能級,不過這種過程處於靜態平衡之中。
普朗克認為光子能量是一份一份的,因此躍遷吸收或者放出的光子能量可表示為:
其中h為普朗克常數6.626196×10^-34j·s. 在氫原子中光子能量又可以與軌道數聯絡起來,他們之間有一個李德博格常數聯絡起來,該理論可以**電子的所處的軌道,從而**氫原子的譜線,同時也可以拓展到其他元素譜線的**。
電子躍遷的一個例子就是焰色反應。某些金屬或它們的揮發性化合物在無色火焰中灼燒時使火焰呈現特徵的顏色的反應.灼燒金屬或它們的揮發性化合物時,原子核外的電子吸收一定的能量,從基態躍遷到具有較高能量的激發態,激發態的電子回到基態時,會以一定波長的光譜線的形式釋放出多餘的能量,從焰色反應的實驗裡所看到的特殊焰色,就是光譜譜線的顏色.
每種元素的光譜都有一些特徵譜線,發出特徵的顏色而使火焰著色,根據焰色可以判斷某種元素的存在.如焰色洋紅色含有鍶元素,焰色玉綠色含有銅元素,焰色黃色含有鈉元素等. 原子躍遷 原子(或分子、離子)總是力圖使自己的能量狀態處於基態上,被激發到高能級後的粒子,力圖回到基態上去,與此同時放出激發時所吸收的能量。
基態是粒子能量最平衡最穩定的狀態,從高階回到低能級去的過程稱為躍遷,躍遷時釋放的能量即輻射。躍遷的形式有以下幾種:
1、自發躍遷
不受外界能量的影響,只是由於原子內部運動規律所導致的躍遷稱為自發躍遷。這種躍遷釋放能量的形式又有兩種:一種是變為熱運動釋放能量,叫做無輻射躍遷;另一種是以光的形式將能量輻射出來,叫做自發輻射躍遷。
自發輻射出來的光頻率γ,由發生躍遷的兩能級間之能量差所決定。 普通光源如白熾燈、日光燈、高壓水銀燈、氙燈等都是通過自發躍遷輻射產生光,這種光是非相干光。
2、受激躍遷
由於入射光子的感應或激勵,導致激發原子從高能級躍遷到低能級去,這個過程稱為受激躍遷或感應躍遷。這種躍遷輻射叫做「受激輻射」。受激輻射出來的光子與入射光子有著同樣的特徵,如頻率、相位、振輻以及傳播方向等完全一樣。
這種相同性就決定了受激輻射光的相干性。入射一個光子引起一個激發原子受激躍遷,在躍遷過程中,輻射出兩個同樣的光子,這兩個同樣的光子又去激勵其它激發原子發生受激躍遷,因而又獲得4個同樣的光子。如此反應下去,在很短的時間內,輻射出來大量同模樣、同效能的光子,這個過程稱為「雪崩」。
雪崩就是受激輻射光的放大過程。受激輻射光是相干光,相干光有疊加效應,因此合成光的振幅加大,表現為光的高亮度性。
激發壽命與躍遷機率取決於物質種類的不同。處於基態的原子可以長期的存在下去,但原子激發到高能級的激發態上去以後,它會很快地並且自發地躍遷回到低能級去。在高能級上滯留的平均時間,稱為原子在該能級上的「平均壽命」,通常以符號「τ」表示。
一般說,原子處於激發態的時間是非常短的,約為10-8秒。
激發系統在1秒內躍遷回基態的原子數目稱為「躍遷機率」,通常以「a」表示。大多數同種原子的平均躍遷機率都有固定的數值。躍遷率a與平均壽命τ的關係:a=1/τ
由於原子內部結構的特殊性,決定了各能級的平均壽命長短不等。例如紅寶石中的鉻離子e3的壽命非常短,只有10-9秒,而e2的壽命比較長,約為數秒。壽命較長的能級稱為「亞穩態」。
具有亞穩態原子、離子或分子的物質,是產生鐳射的工作物質,因亞穩態能更好地為粒子數反轉創造條件。 常見題型:量子數為4的一個氫原子向低能級躍遷有幾種情況?
答案:如果不算引發的次級躍遷,應該是三種。如果算引發的次級躍遷,是六種。
分別是4—>1
4—>2 可以引發 2—>1
4—>3 可以引發 3—>1,3—>2,另外3—>2又可以引發2—>1
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