Второе чрезвычайно важное обстоятельство, которое нужно учесть, заключается в том, что атомы находятся в постоянном тепловом движении. Мы же пока рассматривали испускание и погло­щение фотонов покоящимися атомами.

При испускании фотона движущимся атомом его частота (энергия) может оказаться как больше частоты фотона, испущенного неподвижным атомом (если фотон испускается в направлении движения атома), так и меньше этой частоты (если фотон испускается в направлении, противоположном движению атома). Это изменение энергии фотонов, связанное с движением изучающего атома, называется эффектом Допплера. Ве­личина изменения энергии ∆Ед называется допплеровским смеще­ние н описывается очень простой формулой:

Д£п = — £ф cosф « — Е cosф,                         (4)

где Еф энергия фотона, испускаемого неподвижным атомом, u - скорость атома, с — скорость света, а ф — угол между направдением скорости атома и направлением испускания фотона.

Если поглощение фотона происходит движущимся атомом, то энергия фотона, необходимая для возбуждения атома, также ока­зывается зависящей от величины скорости атома и ее направления по отношению к направлению распространения фотона. Эта энер­гия будет больше Еф—энергии фотона, необходимой для погло­щения его неподвижным атомом, если атом и фотон движутся в одну сторону, и меньше Еф, если фотон и атом движутся в проти­воположные стороны. В общем случае величина допплеровского сме­щения ∆Ед при поглощении фотона тоже описывается формулой (4), если ее правую часть взять со знаком минус.

Учет изменения энергий испускаемых и поглощаемых фотонов за счет эффекта Допплера, связанного с тепловым движением ато­мов, приводит к тому, что возможные значения Еф и Еф и в этом случае соответствуют рисунку 3.2, б, если на нем Г = ^Р£,

где vcp— средняя тепловая скорость атомов. Таким образом, ре­зонансное поглощение в случае теплового движения атомов со сред­ней скоростью vcpвыглядит точно так же, как испускание и погло­щение фотонов неподвижными атомами с естественной шириной Г = ^ Е. Поэтому величину ^2 Е называют допплеровской шириной линии испускания и поглощения и обозначают Гд. Есте­ственная ширина возбужденного уровня Г не зависит от темпера­туры. Допплеровская ширина Гд увеличивается с повышением тем­пературы, так как средняя тепловая скорость атомов возрастает по мере повышения,температуры. Если учесть одновременно естествен­ную ширину возбужденного уровня Г и допплеровскую ширину Гд, то возможные значения энергий Еф и Еф будут соответство­вать рисунку 3.2, в. Поскольку допплеровская ширина Гд возра­стает с температурой, то перекрытие кривых на рисунке 3.2, в и резонансное поглощение фотонов увеличиваются с повышением температуры.

Template Settings
Select color sample for all parameters
Red Green Blue Gray
Background Color
Text Color
Google Font
Body Font-size
Body Font-family
Scroll to top