Квантовая физика. Водный курс - Гольдин Л.Л.
Скачать (прямая ссылка):
доля потерь составит 1 - г2.
Как известно, добротностью называется обратная величина от доли энергии,
теряемой колебательной системой за промежуток времени, в течение которого
фаза колебаний изменяется на один радиан. Фаза световой волны меняется на
2тг на длине пути А. На пути 21 она изменяется на 2тт21/\ радиан. Имеем,
следовательно,
262
Глава 10
т. е.
(10.35)
В нашем случае
47Г • 10 см
= 3 • ю7.
500 нм (1 - 0,952)
Это означает, что ширина резонансной кривой оптического резонатора, а
вместе с ней и ширина линии лазера составляют 3 • 10-8 от рабочей
частоты. При v " 0, 6 • 1015 Гц Аилаз ~ 2 • 107 Гц.
При улучшении качества зеркал и при увеличении расстояния между ними
линии продолжают сужаться, так что их ширина может быть сделана много
меньше не только доплеровской, но и естественной ширины оптического
перехода. Таким образом, лазеры позволяют получать интенсивные пучки
света с чрезвычайно высокой монохроматичностью, которая не может быть
получена никакими другими методами.
Исследуем направленность лазерного излучения. Расходимость лазерных
пучков, генерируемых твердотельными лазерами, обычно определяется
оптическими неоднородностями рабочего вещества и по величине составляет
около градуса. Газовые лазеры испускают световые пучки, расходимость
которых определяется только дифракцией на выходном отверстии - на зеркале
оптического резонатора. Угол дифракционной расходимости по порядку
величины равен X/d, где А - длина волны света, d - диаметр отверстия.
Подставляя для оценки А = 0,5 мкм, d = 1 см, найдем
При больших зеркалах расходимость может быть сделана еще меньшей.
Подводя итоги, отметим, что появление лазеров ознаменовало подлинный
переворот в оптике. Впервые получен метод, позволяющий с хорошим
коэффициентом полезного действия (десятки процентов) переводить другие
виды энергии в электромагнитное излучение, обладающее малыми углами
расходимости, высокой степенью монохроматичности, высокой временной и
пространственной когерентностью. В последние годы лазеры широко
используются для решения различных научных и технических задач. Область
их применения, несомненно, будет продолжать увеличиваться.
0 = Х/d = (0,5 • 10"4)/1 = 0,5 • 10"4 рад.
Глава 11
МОЛЕКУЛЫ И КРИСТАЛЛЫ
§ 51. Химическая связь. Образование молекул
При обычных температурах газообразные и жидкие вещества состоят не из
атомов, а из молекул. Исключение составляют только инертные газы. В
твердых веществах образуются огромные системы, соединяющие в одну
упорядоченную структуру (в кристалл) чрезвычайно большое число атомов.
Строением кристаллов мы займемся позднее.
Силы, объединяющие атомы в молекулы (химическая связь), носят
электрический характер. Некоторые свойства химических связей могут быть
поняты с помощью рассуждений, основанных на представлениях классической
физики, однако полную теорию можно построить только с помощью квантовой
механики.
Проще всего понять, как образуются молекулы, состоящие из двух
разнородных атомов, один из которых содержит электрон сверх заполненной
оболочки, а в оболочке другого не хватает одного электрона. Примером
такой молекулы является молекула поваренной соли NaCl. Единственный
электрон в М-слое электронной оболочки атома натрия (35-электрон)
сравнительно слабо связан с "атомным остовом". Энергия его связи
составляет всего 5,1 эВ (напомним, что энергия связи электрона в атоме
водорода равна 13,6 эВ). В Зр-оболочке атома хлора не хватает одного
электрона. Поэтому атом хлора способен присоединять к себе еще один
электрон (при этом он превращается в отрицательно заряженный ион).
Энергия связи этого лишнего электрона (или, как говорят, энергия сродства
атома хлора к электрону) сравнительно велика. Она составляет 3,8 эВ. Этой
энергии почти достаточно, чтобы ионизовать атом натрия. Молекула NaCl
может образоваться лишь в том случае, если ее энергия меньше энергии
атомов Na и С1, взятых порознь, так что при соединении атомов выделяется
энергия.
Расчет энергии, выделяющейся при образовании молекулы поваренной соли,
удобно вести в два этапа. Рассмотрим удаленные друг от друга атомы Na и
С1. Передадим электрон от натрия к хлору. На это придется
264
Глава 11
затратить 5,1 - 3,8 = 1,3 эВ. Но образовавшиеся ионы притягиваются друг к
другу. При их сближении выделяется энергия. Если окажется, что эта
энергия превосходит энергию, нужную для передачи электрона от атома к
атому - в нашем случае 1,3 эВ, то образование молекулы сопровождается
выделением энергии и молекула возникнет. Если энергии не хватит, молекула
образоваться не может. Расчет и опыт показывают, что энергия
электростатического притяжения ионов Na+ и С1_ заметно превышает
необходимую, и при соединении атомов Na и С1 в молекулу NaCl выделяется
довольно большая энергия 4,2 эВ.
Химическая связь в молекуле NaCl (и в других подобных молекулах) носит
название ионной связи. Происхождение этого названия ясно из сказанного
выше и не требует пояснений. Как следует из нашего примера, ионная связь
