Efekt Starka –
zjawisko fizyczne
polegające na rozszczepieniu oraz przesunięciu
linii spektralnych
atomu
lub
cząsteczki
wysyłających lub absorbujących
kwanty
świetlne
wywołane oddziaływaniem
pola elektrycznego
. Efekt został odkryty i opisany w
1913
roku przez
Johannesa Starka
za co został w
1919
uhonorowany
Nagrodą Nobla
.
W doświadczeniu Stark obserwował światło emitowane przez wzbudzone atomy
wodoru
przepuszczane przez pole elektryczne o dużym
natężeniu
wytworzone pomiędzy okładkami
kondensatora
. Linie widmowe rozszczepiały i przesuwały się. Efekt ten zaobserwowano później też dla innych atomów.
Przyczyną rozszczepienia i przesunięcia linii widmowych jest zaburzenie poziomów energetycznych wywołane polem elektrycznym. Odkrycie zjawiska umożliwiło wyjaśnienie przyczyny rozszczepienia linii widmowych występujących w atomach otoczonych naładowanymi cząsteczkami.
Dla słabych pól elektrycznych wielkość rozszczepienia jest proporcjonalna do natężenia pola (efekt Starka liniowy), dla silnych pól obserwuje się dodatkowo zależność od kwadratu natężenia pola (efekt Starka kwadratowy).
Efekt liniowy obserwuje się dla atomów wodoropodobnych (z jednym elektronem na powłoce walencyjnej) dla pozostałych obserwuje się efekt kwadratowy.
Obserwuje się też, że niektóre linie występują w kierunku prostopadłym i równoległym do pola elektrycznego, niektóre tylko w kierunku równoległym a inne tylko w kierunku prostopadłym. Linie występujące w kierunku prostopadłym do pola są
spolaryzowane
niektóre równolegle inne prostopadle do pola elektrycznego.
Efekt Starka obserwuje się również w
widmach rotacyjnych
cząsteczek umieszczonych w polu elektrycznym. Zjawisko to wykorzystuje się do pomiaru
elektrycznego momentu dipolowego
cząsteczek.
Wyjaśnienie zjawiska
Zjawisko wyjaśnia mechanika kwantowa.
Pole elektryczne usuwa degenerację ze względu na poboczną
liczbę kwantową
l.
Rozszczepienie
poziomów energetycznych
otrzymujemy wówczas ze wzoru:
gdzie
- Eel oznacza
natężenie pola elektrycznego
- μe - masę zredukowaną
elektronu
Występuje tu liniowy efekt Starka, gdyż zachodzą proporcjonalności:
- oraz
Jeżeli
atom
nie ma własnego
momentu dipolowego
, co zapiszemy równaniem:
wówczas pole elektryczne
indukuje
moment dipolowy tego dielektryka
Występuje wówczas kwadratowy efekt Starka, gdzie:
Efekt Starka nie umożliwia wyznaczenia liczb kwantowych atomów.
W silnych polach elektrycznych przestaje obowiązywać sprzężenie L-S (Russella-Saundersa), przez co możemy powiedzieć, że efekt Starka jest elektrycznym odpowiednikiem
efektu Paschena-Backa
zachodzącego w silnych
polach magnetycznych
.
Zobacz też