Может ли электрон перескочить на более высокий энергетический уровень, если энергия недостаточна или превышает ΔEΔE\Delta E?

Допустим, у нас есть атом водорода. имеет один электрон на Е 1 знак равно − 13,6   е В     ( Е 2 знак равно − 3.4   е В ) уровень энергии. Я знаю, что если мы выпустим фотон с энергией 10,2 эВ, атом водорода поглотит его, и электрон перепрыгнет на следующий энергетический уровень E2. И ниже мои вопросы.

  • Q1: Если бы фотон с энергией 10,1 эВ ( недостаточной для возбуждения электрона ) столкнулся бы с атомом водорода, что бы произошло? Будет ли фотон поглощен атомом и тут же испущен, а испущенный фотон (или фотоны?) будет иметь ту же энергию 10,1 эВ? Или фотон пройдет через атом или что произойдет?
  • Q2: Тот же вопрос, что и выше, в этом случае у нашего фотона немного больше энергии, скажем, у него 10,3 эВ. Опять что будет? Поглотит ли атом фотон и возбудит электрон, но поскольку энергия фотона превышает необходимую энергию для возбуждения электрона, атом излучит фотон с энергией 0,1 эВ или что произойдет в этом случае?

Я провел некоторое исследование по этому поводу и действительно запутался. Некоторые говорят, что ему нужно точное количество энергии ( Δ Е знак равно Е 2 − Е 1 в нашем случае Δ Е равна 10,2 эВ), чтобы перейти на более высокий энергетический уровень, некоторые говорят, что он может перепрыгнуть, если энергия превышает Δ Е . Чего я действительно не мог найти, так это того, что происходит с дополнительным количеством энергии, или, может быть, электрон может быть включен. Е 2 энергетический уровень с чуть большей/меньшей энергией.

В конце концов я хочу понять концепцию отражения. Как мы видим объекты, почему они прозрачные, или глянцевые, или красные, или что-то еще. Но это выходит за рамки моего вопроса.

Я не эксперт, хотя; поэтому отметьте ошибки выше, если они есть.

Интересный вопрос... в полуклассической модели взаимодействия света с электронами существует очень малая (но конечная!) вероятность перехода электрона на более высокий уровень, даже когда частота падающего света меньше энергетической щели; Интересно, существует ли такой же результат в полностью квантовой модели взаимодействия света с электронами? Я подозреваю, что неопределенность энергия-время как-то связана с этим.

Ответы (2)

Когда фотон сталкивается с граничным условием, могут произойти три вещи: а) он может упруго рассеиваться, что означает, что он сохраняет свою частоту, но меняет угол, б) он может рассеиваться неупруго, что означает, что он меняет частоту, или в) он может поглощаться при повышении энергетического уровня электрона (в решетке, в молекуле, в атоме) излучается другой фотон и фазы теряются.

Вопрос 1: Что произойдет, если фотон с энергией 10,1 эВ (недостаточной для возбуждения электрона) попадет в атом водорода? Будет ли фотон поглощен атомом и сразу же испущен, а испущенный фотон (или фотоны?) будет иметь ту же энергию 10,1 эВ? Или фотон пройдет через атом или что произойдет?

Атом водорода столкнулся с фотоном с энергией ниже, чем переход энергетического уровня подпадает под а) или б) Фотон будет упруго рассеиваться в центре масс всего атома и продолжать свой путь под другим углом, или неупруго отдавая кинетическую энергию ко всему атому и изменяющейся частоте.

Q2: Тот же вопрос, что и выше, в этом случае наш фотон имеет немного большую энергию, скажем, 10,3 эВ. Опять что будет? Будет ли атом поглощать фотон и возбуждать электрон, но поскольку энергия фотона превышает энергию, необходимую для возбуждения электрона, будет ли атом излучать фотон с энергией 0,1 эВ или что произойдет в этом случае?

Если дополнительная энергия фотона не находится в пределах энергетической ширины энергетического уровня водорода, он снова продолжит свой путь, упруго или неупруго рассеиваясь в центре масс «фотонного атома». Если энергия фотона выше энергии ионизации атома, работа выхода, электрон может быть выбит, а ион протона останется. Фотоэлектрический эффект .

Нужно понимать, что на квантово-механическом уровне важны вероятности. Вероятность того, что фотон с правильной разницей энергий поднимет электрон атома с неправильной разницей энергий, очень высока. очень очень маленький.

Для взаимодействия с объемным веществом см. мой ответ здесь.

Итак, в основном, как я понял, есть одна вещь, которую мы знаем наверняка: если и только если энергия фотона равна переходу энергетического уровня атома, произойдет поглощение. И когда энергии меньше или больше, может произойти одно из двух. И что именно повлияет на фотон, чтобы пойти с а) или б), или это что-то, что невозможно определить, что на самом деле еще хуже. Насколько я понимаю, это как-то связано с самим атомом (молекулой)?
@EdwardChopuryan не точно, но в пределах ширины энергетического состояния. Это вопрос граничных условий и вероятностей для конкретной задачи, а также энергии фотона; будет вычислимая вероятность упругого рассеяния и еще одна вероятность комптоновского рассеяния (неупругое с потерей энергии). Что происходит с конкретным фотоном, зависит от вероятностей.

Если у вашего фотона недостаточно энергии, чтобы возбудить электрон, то он просто не поглотится и пройдет мимо, а если у вас есть электрон с избыточной энергией, то он поглотится и фотон с избыточной энергией автоматически испустится и электрон перейдет в возбужденное состояние. Так что да, в вашем случае у вас может быть фотон с 0,1   е В энергии, которая соответствует фотографии с длиной волны 12,4   мю м так в инфракрасном.

Это работает не совсем так. Закон сохранения энергии и импульса не допускает простого излучения второго фотона с разностной энергией, если только атом не связан с другими атомами, например, в газе высокого давления. Вот почему одиночные атомы (или газы низкого давления) имеют чистые линейчатые спектры с естественной шириной линий, которые определяются связью с вакуумом (без учета доплеровского сдвига). Я не знаю, что существует линия водорода с естественной шириной линии 0,1 эВ.
Хм да вы правы, не подумал об этом. Но тогда это большой вопрос, что происходит с 10.3   е В фотон?
Что ж, даже атомарный водород имеет очень маленький показатель преломления, поэтому атому должна передаваться небольшая доля импульса (классически это можно было бы назвать световым давлением), а это значит, что у нас есть некоторая передача энергии, но не в внутренние степени свободы. Для целей атомной физики мы обычно полностью пренебрегаем этим. Это еще больше усложняется тем фактом, что существует вынужденное излучение, и при достаточно больших плотностях фотонов мы можем иметь двухфотонные процессы, которые будут смешивать разные частоты и даже приводить к фотоионизации ниже энергии ионизации.
Одна из причин, по которой я не пытался написать ответ на этот вопрос, заключается в том, что я не знаю, как суммировать все возможные эффекты и различные уровни их объяснения... атомная физика заполняет учебники за цель.
@CuriousOne Итак, если коротко, то мы точно не знаем, что произойдет с фотоном 10,3 эВ? Также допустим, что у нас есть более одного атома, не обязательно водород. Что произойдет в том случае, если энергия фотона превысит требуемую энергию или окажется недостаточной?
@EdwardChopuryan: Водород имеет очень узкую ширину линии, и только вблизи этих линий мы можем получить поглощение и возбуждение. Ширина линий задается связью с электромагнитным полем, и мы можем рассматривать это либо классически, либо как квантовое поле. Используя квантовую электродинамику, мы можем восстановить такие эффекты, как сверхтонкое расщепление. При энергиях, не близких к этим линиям, водород проявляет, насколько мне известно, очень малую оптическую активность, за исключением упругого рассеяния (т.е. имеет низкий показатель преломления). Все это меняется, как только мы говорим о плотных ЧАС 2 .
@EdwardChopuryan: На университетском уровне требуется целый семестр для обсуждения основных аспектов этих спектров, а затем еще один семестр для двухатомных и трехатомных веществ и спектров простых молекул... и затем вы можете добавить несколько занятий для особых случаев, таких как Спектры ЭПР и ЯМР, инфракрасная спектроскопия, рамановская спектроскопия и т. д. Я просто не знаю, как обсуждать в ответе даже основы, слишком много материала. Если я могу предложить, если вы хотите знать эти вещи, попробуйте прочитать материалы на таких сайтах, как гиперфизика по атомной физике.
@CuriousOne Ну, я думал, что на мой вопрос должен быть простой ответ, но я думаю, что это действительно очень сложный и сложный материал! Спасибо, в любом случае.
Что ж, после пары дней исследований я выяснил, что на самом деле, если фотон, посветивший на атом, имеет немного больше или меньше энергии, чем разница энергетических уровней, то фотон пройдет через атом, не взаимодействуя с ним! Я надеюсь, что это правильный ответ, но все еще не уверен. Мне просто любопытно, сделает ли это объект прозрачным? Если да, то, наверное, я не понимаю, как работает рефракция.
Может ли электрон перескочить на более высокий энергетический уровень, если энергия недостаточна или превышает ΔEΔE\Delta E?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v