Collisional Effects on Molecular Spectra

Collisional Effects on Molecular Spectra pdf epub mobi txt 電子書 下載 在線閱讀 2026

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出版者:
作者:Hartmann, Jean-michel/ Boulet, Christian/ Robert, Daniel
出品人:
頁數:432
译者:
出版時間:2008-9
價格:190
裝幀:
isbn號碼:9780444520173
叢書系列:
圖書標籤:
  • 物理,碰撞
  • 物理
  • 分子光譜學
  • 碰撞效應
  • 分子物理
  • 原子物理
  • 量子力學
  • 光譜分析
  • 氣體動力學
  • 稀薄氣體
  • 躍遷幾率
  • 綫形吸收
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具體描述

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Gas phase molecular spectroscopy is a powerful tool for obtaining information on the geometry and internal structure of isolated molecules as well as on the interactions that they undergo. It enables the study of fundamental parameters and processes and is also used for the sounding of gas media through optical techniques. It has been facing always renewed challenges, due to the considerable improvement of experimental techniques and the increasing demand for accuracy and scope of remote sensing applications.

In practice, the radiating molecule is usually not isolated but diluted in a mixture at significant total pressure. The collisions among the molecules composing the gas can have a large influence on the spectral shape, affecting all wavelength regions through various mechanisms. These must be taken into account for the correct analysis and prediction of the resulting spectra.

This book reviews our current experimental and theoretical knowledge and the practical consequences of collisional effects on molecular spectral shapes in neutral gases. General expressions are first given. They are formal of difficult use for practical calculations often but enable discussion of the approximations leading to simplified situations. The first case examined is that of isolated transitions, with the usual pressure broadening and shifting but also refined effects due to speed dependence and collision-induced velocity changes. Collisional line-mixing, which invalidates the notion of isolated transitions and has spectral consequences when lines are closely spaced, is then discussed within the impact approximation. Regions where the contributions of many distant lines overlap, such as troughs between transitions and band wings, are considered next. For a description of these far wings the finite duration of collisions and concomitant breakdown of the impact approximation must be taken into account. Finally, for long paths or elevated pressures, the dipole or polarizability induced by intermolecular interactions can make significant contributions. Specific models for the description of these collision induced absorption and light scattering processes are presented.

The above mentioned topics are reviewed and discussed from a threefold point of view: the various models, the available data, and the consequences for applications including heat transfer, remote sensing and optical sounding. The extensive bibliography and discussion of some remaining problems complete the text.

State of the art on the subject

A bibliography of nearly 1000 references

Tools for practical calculations

Consequences for other scientific fields

Numerous illustrative examples

Fulfilling a need since there is no equivalent monograph on the subject

《分子光譜的碰撞效應》 書籍簡介 《分子光譜的碰撞效應》是一部深入探討碰撞過程如何深刻影響分子光譜特性的專業著作。本書旨在為光譜學、原子與分子物理、化學物理以及相關領域的科研人員、研究生和高年級本科生提供一個全麵而詳實的參考。全書圍繞分子光譜學中的一個關鍵且復雜的方麵——碰撞引起的譜綫展寬、位移以及其他變化——展開論述,揭示瞭碰撞作為一種普遍存在的微觀相互作用,在精確測量分子性質、理解分子動力學、乃至在天體化學和等離子體診斷等應用領域扮演著至關重要的角色。 本書的結構設計力求邏輯清晰、循序漸進。首先,書籍會從分子光譜學的基本原理入手,迴顧不同類型的分子光譜(如轉動光譜、振動光譜、電子光譜)及其産生機製,為後續章節的深入討論奠定基礎。隨後,將重點介紹碰撞在分子光譜中産生的各種效應,包括但不限於: 譜綫展寬(Line Broadening): 詳細闡述不同類型的碰撞展寬,如多普勒展寬(由分子熱運動引起)、洛倫茲展寬(或稱碰撞展寬/壓力展寬),並深入剖析碰撞導緻譜線展寬的微觀機製,包括相乾損耗、能量轉移以及誘導偶極矩等。本書將區分不同的碰撞模型,如硬核模型、軟核模型,並討論其適用範圍和局限性。 譜綫位移(Line Shifting): 探討碰撞如何引起譜綫頻率的淨偏移,從“藍移”到“紅移”的各種現象。本書會深入解析産生譜綫位移的物理根源,如分子間的相互作用勢能麵的影響,以及不同碰撞夥伴(例如,同種分子、不同種類的分子、惰性氣體原子等)對位移大小和方嚮的差異性。 非共綫效應(Non-resonant Effects): 介紹碰撞過程中能量的非輻射轉移,以及這些過程如何影響光譜的整體形狀和強度。這包括能量弛豫、轉動-振動能量轉移等。 多譜綫相互作用(Inter-multiplet Transitions/Collisional Coupling): 討論當存在多個可能的躍遷通道時,碰撞如何耦閤不同的光譜支綫,導緻觀察到的光譜強度分布與獨立躍遷理論預測不符。 量子乾涉效應(Quantum Interference Effects): 對於某些特定情況,碰撞還會引發復雜的量子乾涉現象,影響譜綫的形狀,本書會對此類現象進行理論上的闡述和討論。 在理論框架方麵,《分子光譜的碰撞效應》將涵蓋多種重要的理論工具和模型,為讀者理解和計算碰撞效應提供堅實的理論基礎。這包括: 量子理論方法: 深入介紹量子力學在描述分子碰撞過程中的應用,如散射理論、S矩陣方法、以及林德曼(Lindemann)-西奧伯特(Chien)理論等。 半經典近似: 探討在某些條件下,半經典方法(如高斯型勢能麵模型)在處理碰撞積分和譜綫參數計算中的有效性。 分子動力學模擬: 介紹計算化學中的分子動力學模擬技術,如何通過模擬大量分子間的碰撞過程來獲得宏觀光譜參數。 勢能麵的構建與應用: 強調精確的分子間相互作用勢能麵對於準確預測碰撞效應的重要性,並介紹構建和使用這些勢能麵的方法。 除瞭理論分析,《分子光譜的碰撞效應》還將廣泛引用和討論近年來在實驗觀測和理論計算方麵取得的重要進展。本書會展示不同實驗技術(如高分辨率激光光譜、傅裏葉變換紅外光譜、微波光譜、以及真空紫外光譜等)在探測碰撞效應方麵的能力,並結閤具體的分子體係(如H2O, CO2, CH4, O3, 以及自由基等)的實驗數據,來說明碰撞效應在不同分子中的具體錶現形式和影響程度。 本書的另一重要方麵在於其應用價值的探討。通過深入理解碰撞效應,我們可以: 提高光譜測量的精度: 在低壓或高溫條件下,碰撞效應對精確確定分子內部參數(如能級、偶極矩、力場常數等)至關重要。 診斷等離子體環境: 在等離子體物理中,通過分析等離子體中粒子的碰撞導緻的譜綫展寬和位移,可以推斷等離子體的溫度、密度、以及粒子組成等關鍵參數。 研究天體化學過程: 在星際介質、行星大氣等遙遠環境中,分子間的碰撞是影響化學反應速率和分子豐度的重要因素,碰撞效應的研究對於理解宇宙的化學演化具有重要意義。 優化氣體激光器和發光器件: 碰撞過程是影響氣體激光器增益和發光效率的關鍵因素之一,深入理解碰撞效應有助於優化這些器件的設計和性能。 《分子光譜的碰撞效應》將力求提供詳盡的理論推導、清晰的圖錶展示、以及豐富的參考文獻,以幫助讀者深入理解這一復雜而迷人的研究領域。本書不僅是一部理論的指南,更是一本能夠激發新研究思路的參考書。它將幫助讀者認識到,在看似簡潔的分子光譜信號背後,隱藏著由無數微觀碰撞所編織齣的復雜動力學圖景。

作者簡介

目錄資訊

讀後感

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用戶評價

评分☆☆☆☆☆

這本書的排版和圖錶呈現方式也透露齣一種古典的、近乎於“學術原教旨主義”的風格。圖錶的數量相對較少,且多為黑白綫稿,缺乏現代教科書為瞭吸引眼球而引入的那些五彩斑斕的分子軌道圖或模擬截麵圖。這使得抽象的概念更依賴於讀者的想象力和對符號的熟練掌握。我印象最深的是,它對分子碰撞時轉子能級分布的描述,完全是基於玻爾茲曼因子和角動量守恒的積分推導,沒有一個直觀的圖形輔助說明,純粹依靠嚴密的數學邏輯來引導理解。這要求讀者必須具備極強的空間想象能力和對積分的直覺判斷。對於那些依賴視覺輔助來學習的讀者來說,這無疑是一個巨大的挑戰,可能需要自己動手繪製大量的輔助圖錶纔能跟上作者的思維步伐。總而言之,這是一部為少數深度探索者準備的傑作,它犧牲瞭易讀性和普適性,以換取理論上的絕對純粹和嚴謹性,適閤那些誌在拓寬理論邊界的研究者,而不是那些尋求快速解決實驗問題的實踐者。

评分☆☆☆☆☆

坦白地說,我發現自己很難將這本書推薦給初涉分子光譜領域的新手。它的“深度”並非那種簡單的數值上的加深,而是一種範式的轉換。作者似乎假設讀者已經對基本的拉莫爾關係和量子力學基本假設瞭如指掌,並迫不及待地想進入到多體相互作用的復雜世界。在談及溶劑化效應對拉曼光譜的影響時,它沒有停留在常見的Kirkwood-Bauer-Magat模型上,而是迅速轉嚮瞭基於介觀尺度介質的響應函數理論,這需要的知識儲備已經超齣瞭常規物理係本科或碩士課程的範疇。我必須承認,有幾次我不得不暫時放下這本書,去閱讀幾篇相關的綜述文章來為自己“充能”,纔能重新理解作者在此提齣的某些論斷。它更像是一部麵嚮領域內資深研究人員的參考書,用以確認那些已經被廣泛接受的理論在更嚴格的數學框架下是如何被推導齣來的,而不是一本用來“學習”光譜學原理的入門教材。那種感覺就像是,你已經學會瞭開車,但這本書卻在教你如何設計內燃機的活塞結構。

评分☆☆☆☆☆

這本大部頭初上手時,著實讓人有些手足無措。我本來是抱著對量子化學基礎,特彆是光譜學部分的一個相對清晰的認識來翻閱的,期待能找到一些對實際實驗數據進行精確解析的指導手冊。然而,這本書的切入點明顯更為深邃和理論化,它似乎更關心的是“為什麼”而不是“怎麼做”。 पहिल्या印象是,作者試圖建立一個無比堅實的理論框架,這種對基礎物理的執著,在某些章節甚至讓人感覺有些過於抽象。我花瞭大量時間試圖理解那些傅裏葉變換和密度泛函理論在處理分子間相互作用時的細微差彆,這對於一個主要關注光譜歸屬和峰值解釋的研究者來說,顯得有點像是在用一把精密的瑞士軍刀去切麵包——工具強大,但操作流程復雜得多。它沒有直接提供現成的光譜數據庫或軟件操作指南,這讓期待快速上手應用的人可能會感到受挫。那種感覺就像是拿到瞭一張非常詳盡的宇宙星圖,但你卻找不到最近的加油站。如果你想直接跳到如何矯正壓力展寬效應的具體步驟,這本書可能會讓你繞一個大圈子,因為它更熱衷於從最基本的玻爾茲-馮·諾依曼熵的角度去重構這一切。

评分☆☆☆☆☆

當我深入閱讀到關於非絕熱耦閤態動力學的那幾章時,我纔真正體會到作者的良苦用心,盡管這個過程充滿瞭艱辛。這本書的敘述風格是典型的物理學傢的嚴謹,每一個推導都像是經過瞭韆錘百煉,生怕留下任何邏輯上的漏洞。我特彆欣賞它對激發態動力學中“交叉點”附近勢能麵扭麯的描繪,那不是簡單的二維圖示能涵蓋的。它巧妙地運用瞭張量分析來描述環境粒子對分子振動能級的微小擾動,這種處理方式在其他主流的分子光譜學教材中是相當罕見的。不過,這也帶來瞭極高的閱讀門檻。我發現自己不得不頻繁地查閱高等數學和綫性代數中關於對稱性群論的內容來跟上作者的思路。對我而言,這本書更像是供奉在案頭的一部“聖經”,需要定期迴顧和沉思,而不是一本可以隨意翻閱以解決眼前難題的工具書。它培養的不是應用能力,而是對物理實在的敬畏感。如果你期望看到清晰的實驗步驟和結果對比,你可能需要結閤其他文獻,這本書隻是提供瞭最堅固的理論基石,但如何將這基石轉化為實用建築,則需要讀者自己去摸索。

评分☆☆☆☆☆

這本書的敘事節奏控製得非常緩慢且內斂,它不是那種旨在快速傳授知識的快餐讀物。實際上,它更像是一部由一位深諳領域曆史的學者撰寫的學術編年史,隻不過是以現代數學語言重構的。在討論分子碰撞對洛倫茲綫形影響的章節中,作者花費瞭大量的篇幅來迴顧二十世紀中葉關於氣體動力學理論的爭論,那種曆史的厚重感撲麵而來。這種對曆史背景的細緻梳理,雖然增加瞭閱讀的趣味性,但對於急需掌握前沿技術的工程師或博士生來說,無疑是拖慢瞭進度。我個人偏愛那種直截瞭當的、麵嚮問題的結構,但這本書偏偏選擇瞭自下而上的構建方式。它在介紹任何現象之前,都要先將所需的理論框架打磨至完美無瑕。這種風格的好處是,一旦你理解瞭某個章節,你對該現象的理解將是無比透徹的,幾乎不可能産生誤解;而代價是,你必須投入遠超預期的學習時間,尤其是在那些涉及高階微擾理論的部分,簡直像是在攀登一座陡峭的冰山。

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