Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

Специальность 01.04.05 - оптика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

МОДЕЛИ РЕЛАКСАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ ДВУХ- И ТРЕХАТОМНЫХ МОЛЕКУЛ ПРИ СИЛЬНОМ КОЛЕБАТЕЛЬНОМ ВОЗБУЖДЕНИИ

Стройнова Валентина Николаевна

Томск - 2010

Работа выполнена в ГОУ ВПО Национальный исследовательский

Томский политехнический университет

Научный консультант: доктор физико-математических наук

Быков Александр Дмитриевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Черкасов Михаил Романович

доктор физико-математических наук

Перевалов Валерий Иннокентьевич

доктор физико-математических наук,

профессор Суторихин Игорь Анатольевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО Национальный исследовательский

Томский государственный университет

Защита состоится 3 декабря 2010 г. в 14 ч. 30 мин. на заседании диссертационного совета Д 003.029.01 в Институте оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН по адресу: 634021, г. Томск, пл. Академика Зуева, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета,

д.ф.-м.н. Веретенников В.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Спектроскопическая информация о высоких колебательных состояниях молекул и параметрах контура линий, образованных переходами на такие состояния, необходима для решения многих задач физики межмолекулярных взаимодействий, лазерной физики, оптики атмосферы Земли и других планет, физики межзвездной среды.

Актуальность работы. В исследованиях высоковозбужденных молекулярных газовых сред спектры излучения, поглощения или рассеяния содержат важнейшую информацию о состоянии среды. Например, в спектре излучения СО лазера наблюдаются линии, соответствующие переходам между состояниями в которых возбуждено 20 - 40 колебательных квантов. Измерения и теоретический анализ спектров, в том числе и коэффициентов уширения и сдвига позволяют определить необходимые характеристики переходов, рабочей среды и провести моделирование процессов возбуждения и излучения лазера. Высоковозбужденные состояния также участвуют в формировании спектров излучения других лазеров, например, HF - лазера.

Для ряда приложений важнейшим является вопрос о колебательной зависимости коэффициентов уширения и сдвига колебательно - вращательных (КВ) линий молекул атмосферных газов. Например, спектроскопические данные Н₂О в широком спектральном диапазоне, от микроволновой до ближней УФ области, занесены в банки данных HITRAN и GEISA поскольку водяной пар является важнейшим парниковым газом. Экспериментальные спектры Н₂О в указанном диапазоне содержит переходы, соответствующие возбуждению до 10 квантов изгибного колебания ₂ и до 8 квантов валентных колебаний ₁ и ₃. Столь сильное возбуждение, очевидно, может привести к изменению полуширин линий и должно учитываться в расчетах функции пропускания атмосферы.

Таким образом, в ряде областей спектроскопии возникает необходимость исследования КВ переходов на высоковозбужденные состояний двух- и трехатомных молекул, в том числе и коэффициентов уширения и сдвига линий. В указанных здесь примерах энергия возбуждения составляет от 1/3 до 1/2 энергии диссоциации молекулы.

В практических применениях теории ударного уширения неявно используется ряд приближений, в том числе приближение малых колебаний и жесткого ротатора. Эти приближения вполне оправданы для нижних колебательных состояний квазижестких молекул, и различные внутримолекулярные характеристики (функция потенциальной энергии, дипольный, квадрупольный моменты, поляризуемость и т.д.) можно представить в виде, содержащим несколько первых членов разложений в ряды по степеням колебательных координат. Для нижних состояний внутримолекулярные взаимодействия, как правило, дают малые поправки к уровням энергии и волновым функциям молекулы, а потенциал межмолекулярного взаимодействия слабо зависит от колебательных квантовых чисел.

Однако для рассматриваемых в диссертации высоковозбужденных КВ состояний, энергия которых сравнима с диссоциационным пределом функции потенциальной энергии, колебания атомов уже не могут считаться малыми. Внутримолекулярные эффекты: центробежное искажение, ангармонизм колебаний, кориолисово взаимодействие, случайные резонансы могут оказывать сильное влияние на энергетический спектр и волновые функции, средние значения мультипольных моментов и, следовательно, на уширение и сдвиг линий. Влияние внутримолекулярной динамики на релаксационные параметры линий высоких обертонных полос ранее не исследовались.

Решаемая проблема может быть сформулирована как "спектроскопия межмолекулярных взаимодействий при сильном колебательном возбуждении". Указанная проблема имеет несколько аспектов.

Во-первых, поглощение вблизи центра линии определяется элементами релаксационной матрицы, причем соотношение между ее диагональными и недиагональными элементами определяет форму контура (эффект интерференции линий). Колебательное возбуждение может изменить это соотношение и привести к изменению формы контура: линии, соответствующие одним и тем же вращательным переходам в основных и высоких обертонных полосах, могут иметь различную форму

Во-вторых, колебательное возбуждение приводит к изменению межмолекулярного потенциала, что может повлиять на уширение и сдвиг линий посредством различных факторов. Необходимо отметить, что колебательное возбуждение изменяет анизотропную часть потенциала (дипольный, квадрупольный и т.д. моменты) и приводит к перераспределению вкладов различных мультипольных взаимодействий в уширение и сдвиг центров линий. При колебательном возбуждении изменяется также изотропная часть межмолекулярного потенциала (средние значения поляризуемости, дипольного момента), что приводит к изменению значений релаксационных параметров спектральных линий.

В третьих, возбуждение колебаний в молекуле может вызывать кардинальную перестройку вращательного энергетического спектра. В молекулах, содержащих только "тяжелые" атомы (UF₆, SF₆, SO₂ и др.) возбуждение уже 2-3-х колебательных квантов приводит к возникновению энергетического квазиконтинуума - близко расположенных КВ уровней энергии. Это обстоятельство приводит к особенностям в уширении и сдвиге линий, обусловленных ведущей ролью неадиабатического перемешивания КВ состояний столкновениями. С другой стороны, в молекулах, содержащих атомы водорода, возбуждение 3-4 квантов валентных колебаний приводит к "локализации", вращательный энергетический спектр меняется и наблюдается кластеризация вращательных уровней. Вследствие кластеризации может проявиться эффект интерференции линий. Таким образом, общая картина оказывается весьма сложной и многофакторной, что требует детальных и обширных расчетов.

Для молекулы Н₂О до начала данной работы было необходимо объяснить сильную зависимость коэффициентов сдвига линий от колебательных квантовых чисел, наблюдаемую в экспериментах. Измерения, проведенные еще в 80-х годах, показали, что сдвиг линии, в отличие от ее полуширины, возрастает в несколько раз при возбуждении 34 квантов валентных колебаний. Объяснение было предложено в наших работах на основе модели колебательно зависимого изотропного потенциала. Для коэффициентов уширения Н₂О и других газов, внесенных в банки данных HITRAN и GEISA (в версиях 80-х и 90-х годов), коэффициенты уширения спектральных линий предполагались одинаковыми для всех полос, включая и высокие обертонные и комбинационные полосы. Также одинаковой предполагалась их температурная зависимость. Очевидно, что эти предположения должны быть проверены в детальных расчетах, наиболее полно учитывающих эффекты колебательного возбуждения.

В связи с указанными выше обстоятельствами целью работы является::

1. Исследование влияния внутримолекулярной динамики на релаксационные параметры контура спектральных линий, обусловленных переходами между высоковозбужденными колебательными состояниями двух- и трехатомных молекул. Выявление механизмов влияния внутримолекулярной динамики, сильного колебательного возбуждения на форму контура, величину коэффициентов уширения и сдвига спектральных линий.

2. Объяснение имеющихся экспериментальных данных по сдвигу центров линий КВ полос Н₂О в ближней ИК и видимой области.

Для достижения цели необходимо решить задачи по построению теоретических моделей, которые позволяли бы исследовать зависимости коэффициентов уширения и сдвига спектральных линий двух- и трехатомных молекул от вращательных, колебательных квантовых чисел, температуры, типа буферного газа при сильном колебательном возбуждении.

Объектом исследования являются релаксационные параметры линий, принадлежащих высоким КВ полосам молекул Н₂О, HF, СО в условиях самоуширения и уширения посторонними газами. Необходимо отметить, что в диссертации рассматриваются переходы на высокие КВ состояния, лежащие в пределах основного синглетного электронного состояния двух- и трехатомных молекул; а также сильные столкновения оптически активной молекулы с двух-, трехатомными молекулами и атомами инертных газов.

Для диссертационных исследований применялись следующие методы:

1. Методы квантовой механики (теория возмущений и вариационный метод).

2. Методы асимптотической теории возмущений (суммирование рядов методом Паде, преобразование Паде-Бореля).

3 Методы теории уширения в ударном приближении: варианты Anderson-Tsao-Curnutte (ATC), Korf-Leavitt (KL), Ma-Tipping-Boulet (MTB.

В диссертации предложены модели, которые позволяют объяснить колебательные, вращательные и температурные зависимости полуширины и сдвига центров линий двух- и трехатомных молекул при сильном колебательном возбуждении.

1. KL/MTB-UPP (KL/MTB-Unzold Polarization Potential). Включает известные методы Корфа-Левита или Ма-Типинга-Буле и поляризационный потенциал в приближении Унзольда, который определяется колебательно зависимыми компонентами тензора поляризуемости. Анизотропная часть межмолекулярного взаимодействия представляется в виде мультипольного разложения. Параметры разложения (дипольный, квадрупольный и т.д. моменты) также зависят от межъядерного расстояния. Модель полностью учитывает эффекты внутримолекулярной динамики и не содержит подгоночных параметров. Это позволяет вычислять полуширины и сдвиги центров линий высоких обертонных полос при любых уширяющих газах.

2. ATC/MTB-VDIP (ATC/MTB-Vibrational Dependent Isotropic Potential). Включает методы Андерсона-Тсао-Карната или Ма-Типинга-Буле и колебательно зависимый изотропный потенциал, представляемый в виде разложения в ряд по обратным степеням межмолекулярного расстояния. Модель является полуэмпирической, для расчетов необходимо восстановить из измеренных значений сдвигов центров линий одну или несколько величин, учитывающих колебательную зависимость изотропной части межмолекулярного потенциала. Модель учитывает колебательную зависимость мультипольных моментов, поляризуемости оптически активной молекулы и влияние внутримолекулярной динамики на вероятности и частоты переходов, вызванных столкновениями. Позволяет объяснить вращательную и температурную зависимости полуширин и сдвигов центров линий одной колебательной полосы для конкретного буферного газа.

3. ATC/KL-UQP (ATC/KL-Unzold Quasipolarization Potential). Полуэмпирическая модель с поляризационным потенциалом в приближении Унзольда, в котором средняя поляризуемость (определяемая далее как квазиполяризуемость) является подгоночным параметром. Анизотропная часть представляется обычным образом в виде мультипольного разложения. Квазиполяризуемость определяется по измеренному сдвигу центра одной линии и является "универсальным" параметром, переносимым от одного буферного газа к другому.

Предсказательная способность защищаемых моделей обеспечена:

1.Использованием хорошо разработанных методов квантовой механики и ударной теории уширения, проверенных неоднократно другими авторами для низких колебательных состояний

2. Согласием значений уровней энергии и молекулярных параметров для низких колебательных состояний с вычисленными в данной работе

3.Использованием функций потенциальной энергии, дипольного, квадрупольного моментов и поляризуемости для двухатомных молекул, имеющих правильное асимптотическое поведение при больших и малых межъядерных расстояниях

Достоверность защищаемых моделей и полученных на их основе результатов подтверждается:

1. Использованием в расчетах волновых функций и уровней энергии, учитывающих все необходимые факторы внутримолекулярной динамики; физически обоснованным использованием подгоночных параметров межмолекулярного потенциала.

2.Согласием расчетных значений коэффициентов уширения и сдвига центров линий Н₂О, HF и CO с имеющимися экспериментальными данными для различных буферных газов.

3.Согласием результатов расчета полуширин и сдвигов центров линий Н₂О, HF, CO с расчетными данными других авторов.

Научная новизна результатов диссертации обусловлена:

1. Впервые исследована зависимость коэффициентов уширения и сдвига центров линий двухатомных молекул HF и CO от колебательных, вращательных квантовых чисел для переходов на состояния с большой амплитудой колебаний и энергией, сравнимой с энергией диссоциации молекулы (в рамках модели KL/MTB-UPP)

2. Впервые обнаружен и объяснен немонотонный характер колебательных зависимостей релаксационных параметров спектральных линий HF и CO (в рамках модели KL/MTB-UPP)

3. Впервые исследовано влияние внутримолекулярной динамики на уширение и сдвиг спектральных линий, образованных переходами на высоковозбужденные колебательные состояния двух- и трехатомных молекул (в рамках моделей KL/MTB-UPP, ATC/MTB-VDIP, ATC/KL-UQP)

4. Впервые обнаружены и объяснены зависимости коэффициентов сдвига центров линий Н₂О от колебательных, вращательных квантовых чисел, от типа буферного газа (в рамках модели ATC/KL-UQP)

5. Впервые получено хорошее согласие между экспериментальными и теоретическими значениями коэффициентов сдвига линий Н₂О в широком спектральном интервале от МВ до видимого диапазона, от 0 до 17000 см^-1 (в рамках модели ATC/KL-UQP)

6. Впервые определена зависимость коэффициентов сдвига линий Н₂О от температуры, впервые обнаружено качественное различие температурной зависимости сдвигов центров линий в основных и обертонных полосах (в рамках модели ATC/KL-UQP)

7. Впервые решена обратная задача по определению средней поляризуемости из измерений коэффициентов сдвига центров линий Н₂О (в рамках модели ATC/KL-UQP)

8. Впервые обнаружен и объяснен эффект центробежного сужения линий в полосах типа n₂ молекулы Н₂О (в рамках модели ATC/KL-UQP)

9. Впервые поставлена обратная задача по определению колебательно зависимых параметров межмолекулярного потенциала из измерений коэффициентов сдвига центров линий Н₂О, HF и CO (в рамках модели ATC/MTB-VDIP)

Практическая значимость полученных результатов и предложенных моделей заключается в возможности их использования для создания банков данных спектроскопической информации и программных комплексов..

Личный вклад автора заключается в определении целей и постановке задач, выводе большинства новых формул, создании вычислительных программ, анализе результатов исследований. Часть результатов получена совместно с А.Д.Быковым и Д.С.Емельяновым, некоторые результаты по сдвигу центров линий Н₂О опубликованы в соавторстве с сотрудниками ИОА СО РАН, проводившими измерения коэффициентов сдвига спектральных линий. Имеется 11 публикаций без соавторов, из них 4 опубликованы в журналах, рекомендованных ВАК.

На защиту выносятся следующие положения:

1. Коэффициенты сдвига центров спектральных линий двух- и трехатомных молекул сильно зависят от внутримолекулярной динамики: изменение вращательного энергетического спектра, центробежное искажение, ангармонизм колебаний приводят к изменению величины коэффициентов сдвига в несколько раз и даже, изменяют его знак

2.Увеличение амплитуды колебаний атомов в высокоэнергетических состояниях двухатомных молекул, сравнимое с равновесным значением длины связи, приводит к сильному изменению полуширин и сдвигов центров линий. Вызванное колебательным возбуждением изменение средних значений дипольного, квадрупольного моментов и поляризуемости определяет немонотонный характер зависимости полуширины и сдвига центров линий от колебательного квантового числа.

3. При сильном колебательном возбуждении двухатомных молекул возрастает адиабатический вклад в сдвиг центров линий до 80%, в полуширину до 20% от их величины в низких колебательных состояниях

4.Аномальное центробежное искажение в Н₂О изменяет вращательный энергетический спектр и приводит к сужению линий в полосах типа nн₂ (n=1,…,7) по сравнению с линиями вращательной полосы. При дальнейшем возбуждении изгибного колебания, вследствие изменения колебательной динамики, усиления полярности молекулы вследствие электронно - колебательного взаимодействия, коэффициенты уширения линий полос nн₂ (n=8,…,12) возрастают.

5.Знак и величина сдвига центров линий Н₂О давлением неполярных молекул, атомов и собственным давлением, в МВ и дальнем ИК диапазоне определяется неадиабатическим эффектом то есть конкуренцией частот вращательных переходов в нижнем и верхнем колебательных состояниях.

6. Колебательная зависимость поляризуемости молекулы Н₂О приводит к сильному возрастанию вклада в сдвиг от поляризационных взаимодействий. Увеличение вклада адиабатического сдвига уровней при колебательном возбуждении поглощающей молекулы полностью объясняет экспериментально наблюдаемые величину и отрицательный знак сдвига центров линий Н₂О давлением неполярных молекул и атомов в ближнем ИК и видимом диапазоне

7. Конкуренция адиабатического и неадиабатического вкладов в сдвиг линий приводит к немонотонной температурной зависимости коэффициентов сдвига некоторых спектральных линий Н₂О давлением воздуха в основных и вращательной полосах. Преобладающий вклад адиабатического эффекта приводит к монотонно убывающей температурной зависимости коэффициентов сдвига линий высоких обертонных и комбинационных полос.

Публикации и апробация работы.

Результаты диссертации изложены в 46 оригинальных статьях (из них 24 в журналах, рекомендованных ВАК) и 36 тезисах докладов на Международных и Всероссийских конференциях. Результаты работы были представлены на VIII Всесоюзном симпозиуме по молекулярной спектроскопии высокого разрешения (Томск, 1987); X, XI, XIV Коллоквиумах по молекулярной спектроскопии высокого разрешения (Дижон, 1987; Гессен, 1989; Дижон, 1995); XX, XXIII, XXIV Всесоюзном съезде по спектрооскопии (Киев, 1988; Звенигород, 2005; Москва, 2010); XV Международной конференции по лазерному зондированию (Томск, 1990); XI-XV Международных симпозиумах-школах по молекулярной спектроскопии (Омск, 1991; Санкт-Петербург, 1996; Томск, 1999; Красноярск, 2003; Нижний Новгород, 2006); VII-XI Международных симпозиумах по оптике атмосферы и океана (Омск, 1991; Томск, 2000; Иркутск, 2001; Томск, 2002; Томск, 2004; Томск, 2007,2009); на рабочей группе по прикладной атмосферной спектроскопии (Москва, 1990); на 49 Международном Симпозиуме по молекулярной спектроскопии (США, 1994); на XIII Международной конференции по спектроскопии высокого разрешения (Польша, 1994); на VII-VIII Международной конференции по импульсным лазерам (Томск, 2005; Томск, 2007, 2009); на I Международном симпозиуме по оптике, информатике и кибернетике (США, 2006).

Ссылки на цитируемую литературу приведены в квадратных скобках, на оригинальные статьи - в косых скобках.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, заключения (212 страниц текста, 28 рисунков, 32 таблиц). Список литературы содержит 199 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении кратко описано содержание и структура работы, сформулированы цель и задачи исследования, а также положения, выносимые на защиту. Обоснована актуальность темы диссертации, показаны новизна и достоверность моделей и полученных результатов, предложены возможности практического применения результатов.

Глава 1. Теория контура спектральных линий и релаксационных параметров в формализме супероператора Лиувилля

В первой главе приводится обзор литературы, посвященной теории уширения спектральных линий, и критический анализ методов расчета коэффициентов уширения и сдвига центров линий в ударном приближении. Спектральная функция поглощения, описывающая форму контура, в общем случае имеет вид [1]:

(1)

Здесь Tr_s означает, что шпур вычисляется по состояниям взаимодействующей с излучением системы; - матрица плотности, - дипольный момент, - Лиувилевские операторы текущей частоты и центра линии, - релаксационный оператор, учитывающий влияние термостата на поглощение излучения выделенной молекулой. Релаксационный оператор определяется взаимодействием системы с частицами термостата и содержит информацию о динамике системы. Усреднение по переменным термостата и выделение релаксационной части было впервые проведено Фано с применением техники проекционных операторов Цванцига.

Выражение (1) для формы контура весьма сложное и с целью упрощения вычислений вводится ударное приближение, приближения бинарных столкновений и классических траекторий. Выражения для диагональных и недиагональных приведенных матричных элементов релаксационного оператора были впервые получены в [2] во вращательно-инвариантной форме:

(2)

где

- коэффициенты Клебша-Гордана; Q=0;±1; l,µ - вращательные квантовые числа молекул термостата; S - двухчастичная матрица рассеяния. Угловые скобки в (2) означают усреднение по прицельному расстоянию b и скорости v. Здесь i и f - квантовые числа начального и конечного состояний перехода активной молекулы, , , - квантовое число полного углового момента и магнитное квантовое число соответственно, - обозначает все остальные квантовые числа. Для молекул термостата аналогичные квантовые числа обозначены как .

В приближении изолированной линии, когда недиагональные матричные элементы релаксационного оператора пренебрежимо малы по сравнению с диагональными, спектральная функция поглощения (1) представима суммой лорентцевских контуров независимо от силы внутримолекулярных взаимодействий. Полуширина и сдвиг центра представляются в виде

(3)

Здесь индекс p обозначает квантовые числа уширяющей молекулы. Применение теории возмущений для определения матрицы рассеяния приводит к расходимости интеграла по прицельному расстоянию в (3). Для устранения расходимости в методе Андерсона-Тсао-Карната [3,4] вводится радиус прерывания такой, что при b<b_c. В методах Бонами-Робера (RB) [5], Корфа-Левита (KL) [2,5-6] используется теорема о связанных диаграммах, как следствие расходимость интегралов устраняется. Последовательное применение теоремы о связанных диаграммах, проведенное Ма-Типпингом-Буле (MTB) [8] приводит в следующему выражению для полуширины и сдвига:

(4)

(5)

где - хорошо известные функции прерывания первого и второго порядков [4]. В формулах (4) и (5) угловыми скобками обозначено усреднение по состояниям уширяющей молекулы: и - есть заселенность уровня p уширяющей частицы.

В данной работе использованы методы Андерсона-Тсао-Карната [3-4], Корфа-Левита [6], Ма-Типпинга-Буле [8] для исследования колебательной зависимости релаксационных параметров молекул Н₂О,HF,CO. В практических расчетах рассматривались случаи сильных столкновений и переходы на высокие колебательные состояния в пределах основного электронного состояния молекул.

Глава 2. Особенности формы контура спектральных линий двухатомных молекул при сильном колебательном возбуждении

В [1-2] показано, что форма контура является суперпозицией лоренцевских контуров при малых давлениях до 100 Торр, при возрастании давления контур трансформируется вследствие интерференции линий. Существенно, что для изолированных линий, когда нет значительного перекрывания контуров соседних линий, внутримолекулярные взаимодействия могут только изменить полуширину и сдвиг лоренцевского контура, но не меняют его форму.

При учете спектрального обмена внутримолекулярные взаимодействия могут изменить соотношение диагональных и недиагональных матричных элементов релаксационного оператора (2) и привести к изменению профиля спектральной линии. В [2] исследована интерференция линий в инверсионном спектре NH₃, рассчитаны параметры кросс-релаксации. Интерференция линий исследовалась теоретически и экспериментально в спектрах СО₂, СН₄, H₂O, CO, C₂H₂, HCN. Было обнаружено, что контур линий приобретает асимметричную дисперсионную форму при повышенных давлениях. В то же время влияние сильного колебательного возбуждения на форму контура линий поглощения еще никем не изучалось. Задача данной главы заключается в оценке этих изменений. В качестве примера рассматривается случай самоуширения спектральных линий молекулы СО.

Проведен анализ влияния внутримолекулярных взаимодействий на недиагональные матричные элементы релаксационного оператора. Для этого применялись соотношения (2). Необходимые матричные элементы вычислялись с волновыми функциями, полученными вариационным методом, использовалось приближение слабой интерференции.

Вычисления показали, что основной вклад дает изменение средних значений мультипольных моментов. Для высоких обертонных полос вклад дисперсионного слагаемого оказывается значительным и приводит к заметной асимметрии линии. На Рис. 1, в качестве примера, представлен вычисленный контур линии Р(10) полосы 0-20. Можно видеть, что наблюдается асимметрия контура в области высокочастотного крыла линии (рис.1). Асимметрия вызвана, изменением дипольного, квадрупольного моментов, поляризуемости и частот вращательных переходов молекулы СО при возбуждении 20 колебательных квантов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис.1. Рассчитанная форма контура линии Р(10) СО-СО в полосе 0-20: 1 -без учета интерференции; 2 -.с учетом интерференции

Глава 3. Особенности межмолекулярного взаимодействия и внутримолекулярной динамики для высоковозбужденных состояний молекул

В данной главе проведен анализ отдельных факторов внутримолекулярных взаимодействий, влияющих на уширение и сдвиг спектральных линий. Согласно теории ударного уширения функция прерывания первого порядка определяются изотропной частью межмолекулярного потенциала:

 (6)

Изотропную часть межмолекулярного потенциала можно представить в виде разложения по обратным степеням межмолекулярного расстояния R:

(7)

Здесь коэффициенты разложения зависят от колебательных координат активной молекуле, зависимостью от колебательной координаты уширяющей молекулы можно пренебречь, поскольку она, в конечном итоге, проявляется только для сильно возбужденных буферных молекул.

При вычислении функции эффективности второго порядка в дальнейшем учитывались диполь-дипольное, диполь-квадрупольное, квадруполь-квадрупольное и поляризационные (индукционное и дисперсионное) взаимодействия. Для краткости здесь приведен вклад слагаемого S₂^outer(b) для диполь-дипольного взаимодействия:

(8)

Здесь v - скорость относительного движения, - комплексная резонансная функция для диполь-дипольного взаимодействия и звездочка означает комплексное сопряжение. Резонансный параметр определяется балансом внутренней энергии сталкивающихся молекул. Обобщенные силы линии и выражаются через приведенные матричные элементы.

В диссертации проведен общий анализ выражений (6)-(8), а также рассмотрены различные модельные ситуации, случаи «плотного» и «разреженного» вращательного энергетического спектра, «локализация» колебаний в модели локальных мод, влияние сильного резонансного перемешивания колебательных уровней энергии.

Вклад слагаемого первого порядка (6) определяется разностью средних значений изотропной части ММП в нижнем и верхнем колебательных состояниях. Очевидно, что эта разность возрастает при возрастании степени возбуждения молекулы и определяется ангармоническими слагаемыми внутримолекулярной потенциальной энергии. Эффект колебательного возбуждения в можно оценить по порядку величины как ( - параметр Борна-Оппенгеймера).

Вклад диполь-дипольного анизотропного потенциала согласно (8) зависит от сил линий и баланса энергии отдельных виртуальных переходов. Действительная часть (8) представляется суммой двух примерно одинаковых величин и, следовательно, колебательное возбуждение может приводить к поправкам порядка . В то же время мнимая часть (8) представляется в виде разности двух, примерно одинаковых величин. В этом случае колебательное возбуждение приводит к вкладам порядка . Существенное влияние на уширение и сдвиг линий оказывают также особенности строения вращательного энергетического спектра молекулы. В случае «плотного» спектра частоты малы сильное влияние оказывает неадиабатическое перемешивание состояний столкновением. В противоположном случае больших частот виртуальных переходов преобладающим является адиабатический сдвиг уровней при столкновениях. Поскольку, согласно соотношениям (3)-(5), оба слагаемых функции прерывания определяют полуширину и сдвиг, то общая картина оказывается весьма сложной. При этом требуется детальный численный анализ влияния внутримолекулярных взаимодействий, колебательного возбуждения на уширение и сдвиг линий.

На примере молекул Н₂О, HF и CO выяснены особенности внутри- и межмолекулярного взаимодействия молекул в высоких колебательных состояниях. Показано, что внутримолекулярная динамика кардинально изменяется при сильном колебательном возбуждении поглощающей молекулы, исследована зависимость волновых функций, уровней энергии, матричных элементов поляризуемости и мультипольных моментов от колебательных квантовых чисел /13/. Доказано, что приближение малых колебаний неприменимо для высоких колебательных состояний /8-9/.

Исследована сходимость изотропной части потенциала взаимодействия Н₂О и N₂, представляемой в виде суммы парных атом-атомных потенциалов Леннарда-Джонса:

(9)

Как известно, разложение выражения (9) в ряд по обратным степеням межмолекулярного расстояния расходится на малых расстояниях. Прямыми численными расчетами показано, что применение простейших аппроксимаций Паде дает лучшую сходимость, чем ряд по степеням R^-n. На Рис.2 показаны полиномиальные представления, использованные в [7], аппроксимации Паде [8,9]. Видно, что аппроксиманты имеют правильное асимптотическое поведение при .

При сильном колебательном возбуждении поглощающей молекулы амплитуды колебаний атомов перестают быть малыми величинами, что должно повлиять на ММП, и, как следствие, на релаксационные параметры. Методом среднеквадратичной амплитуды (разложение в ряд Тейлора межатомного расстояния в поглощающей молекуле вблизи равновесной конфигурации) найдены колебательные добавки к ММП в виде атом-атомных потенциалов Леннарда-Джонса (6) для системы сталкивающихся частиц HF-Ar. Показано, что колебательная добавка к сдвигу центров линий HF-Ar полосы 0-2 не превышает 11%.



В данной главе применен метод аппроксимаций Паде [8] для суммирования изотропной части поляризационных взаимодействий. На рис.2 [0/1] аппроксиманта Паде соответствует взаимодействию двух атомов гелия, имеет правильное асимптотическое поведение при . Предложенная модель ММП может быть применена для расчетов релаксационных параметров линий. Таким образом, анализ и моделирование параметров ММП показали, что они зависят от колебательных квантовых чисел.

Проведен анализ внутримолекулярной динамики в первых возбужденных и высокоэнергетических колебательных состояниях. Рассчитаны средние молекулярные характеристики для двухатомных молекул HF и СО. На Рис.4 показаны кривая потенциальной энергии, волновые функции осциллятора Морзе для различных колебательных состояний; функции дипольного, квадрупольного моментов и поляризуемости молекулы HF [11-13] /13/. Из данных Рис.4 видно, что волновые функции состояния v=15,20 быстро осциллируют, расстояние между поворотными точками возрастает в 12 раз по сравнению с основным состоянием. Функция дипольного момента перекрывает всю область изменения межатомного расстояния, что делает необходимым учет асимптотического поведения дипольного момента при малых и больших межатомных растояниях для расчетов полуширины и сдвига центра.



Для молекулы СО (Рис.5) требуется знать только центральную часть функций дипольного, квадрупольного моментов, поляризуемости [14-16] /13/. Аналогичный анализ проведен и для молекулы Н₂О Анализ КВ энергетического спектра молекул вблизи диссоциационного предела, анализ и оценки внутримолекулярных параметров и характеристик межмолекулярного взаимодействия высоковозбужденных молекул, проведенные в данной главе, доказывают, что коэффициенты уширения и сдвига центров линий HF,СО,Н₂О должны иметь сильную зависимость от колебательных квантовых чисел, которая обычно игнорируется при проведении практических расчетов.

При расчетах уровней энергии молекулы Н₂О использовано два способа вычислений: эффективный вращательный гамильтониан Уотсона и гамильтониан, преобразованный по методу Паде-Бореля.

Известно, что переходы в молекуле Н₂О на высокие вращательные и колебательные состояния сопровождаются сильными внутримолекулярными взаимодействиями. В рамках метода эффективных гамильтонианов изменение внутримолекулярной динамики вызывает множественные колебательные и колебательно-вращательные резонансы, аномально большие центробежные поправки. Существенно, что в практических расчетах это приводит к плохой сходимости и даже расходимости рядов, представляющих матричные элементы эффективного вращательного гамильтониана. Уровни энергии, волновые функции, обычно используемые для вычисления сил линий и частот переходов в полуклассической теории ударного уширения линий, могут быть сильно искажены. Как следствие, полуширины и сдвиги центров линий также могут содержать значительную ошибку и сильно отличаться от экспериментальных значений. В рамках теории эффективных гамильтонианов альтернативным способом вычислений является суммирование расходящихся рядов, в частности, методом Паде-Бореля.

Эффективный вращательный гамильтониан Уотсона имеет вид:

(10)

Здесь и представляются рядами по степеням операторов углового момента и . Суммирование ряда методом Паде-Бореля приводит к выражению [6]:

(11)

где коэффициенты выражаются через вращательные A, B, C и центробежные D_k, H_k (и более высокие) постоянные эффективного вращательного гамильтониана. Аналогичным способом проводится преобразование недиагональной части гамильтониана:

(12)

Преобразованный по Паде-Борелю гамильтониан используется далее для вычисления уровней энергии и волновых функций, необходимых в теории уширения для расчета частот вращательных переходов и сил линий. В Табл. 1 приведены значения центров линий Н₂О в полосе 3n₁+n₃: Расчет1 - частоты переходов, вычисленные с уровнями энергии эффективного вращательного гамильтониана Уотсона; Расчет2 - с уровнями энергии гамильтониана (11)-(12);--D - разность между ними.

Таблица 1. Центры линий молекулы Н₂О в полосе 3n₁+n₃,

(JKaKc)-(JKaKc)?	Расчет1, см-1	Расчет2, см-1	D, см-1
414-515	13909,1483	13908,4940	1
422-523	13931,3323	13932,3426	1
441-542	13897,0468	13892,7607	5
440-523	13758,9864	13754,3674	5
440-543	13810,5090	13805,8222	5
745-826	13906,3560	13908,9065	2
744-881	14570,4281	14566,3068	4
753-872	14239,5899	14230,6413	9
763-864	13926,9713	13919,3947	7
762-827	14436,6511	14411,6679	25
762-863	13912,4332	13890,0894	22
761-808	13305,7399	13278,0390	27
771-836	13368,9544	13323,1873	45
771-872	13904,4383	13858,2348	46

Из Табл. 1 видно, что D для J<4, K_a=J составляет единицы см^-1, для J=7, K_a=J уже достигает 45 см^-1, что является весьма существенным для расчетов коэффициентов уширения и сдвига линий.

Глава 4. Уширение и сдвиг центров линий, образованных переходами на высоковозбужденные КВ состояния двухатомных молекул

В данной главе исследуется влияние внутримолекулярных взаимодействий на полуширину и сдвиг центров линий высоких обертонных и горячих полос молекул CO и HF.

Молекула HF является типичной молекулой с ионной связью, СО - с ковалентным типом химической связи. Задача заключается в том, чтобы определить, как и насколько изменяются коэффициенты уширения и сдвига молекул при переходах между высокими колебательными состояниями, энергия которых сравнима с энергией диссоциации молекулы. Также представляет интерес исследовать влияние сильного колебательного возбуждения на полуширины и сдвиги линий горячих полос типа vv+1 и vv+2.

Для расчетов применяется модель MTB-UPP. Для полного учета всех возможных внутримолекулярных эффектов используются уровни энергии и волновые функции, полученные в результате вариационного расчета. Вычисления проводятся с высокоточной функцией потенциальной энергии, учитывающей адиабатические поправки. Гамильтониан молекулы включает также добавки, обусловленные неадиабатическим перемешиванием электронных состояний. В расчетах использованы функции поляризуемости, дипольного и квадрупольного моментов, удовлетворяющие предельным случаям объединенного атома и диссоциированной молекулы [21-22], что весьма важно при больших смещениях атомов из равновесного положения. Средняя точность воспроизведения уровней энергии и частот переходов в диапазоне изменения квантовых чисел 0v41 и 0J120 составляет 0.02 см^-1. Таким образом, все внутримолекулярные эффекты в расчетах частот переходов и сил линий учтены.

1.Исследована колебательная зависимость коэффициентов уширения и сдвига центров линий HF-HF включая v=22 и J10 и СО-СО v=60 и J40. В расчетах учитывалось диполь-дипольное, диполь-квадрупольное, квадруполь-квадрупольное, индукционное и дисперсионное взаимодействия.

2.Установлено, что колебательная зависимость коэффициентов уширения в полосах типа 0v является сложной и немонотонной, что обусловлено несколькими факторами: изменением вращательной постоянной, средних значений дипольного и квадрупольного моментов, поляризуемости.

3.Исследованы колебательная и вращательная зависимости коэффициентов уширения и сдвига центров линий СО-СО вплоть до v=60. Анализ колебательной зависимости полуширины показал, что полуширины линий могут возрастать на 75% в полосе 0-42 по сравнению с полушириной линий в полосе 0-10. Сильное изменение полуширин линий обусловлено возрастанием функций дипольного, квадрупольного моментов. Наблюдается также значительное возрастание сдвига (более чем в 50 раз в полосе 0-42 по сравнению со сдвигом в полосе 0-2), которое определяется возрастанием поляризуемости. На Рис.6 показана зависимость полуширин «холодных» и «горячих» линий СО-СО от колебательного квантового числа, на Рис.7 - зависимость сдвига центров «холодных» и «горячих» линий от колебательного квантового числа v.

Достоверность полученных результатов и выводов данной главы обеспечивается согласием рассчитанных полуширин и сдвига центров линий СО-СО с измеренными для нижних полос 0-1, 0-2 и 0-3, а также применением ab initio и\или полуэмпирических функций мультипольных моментов, поляризуемости, высокоточной потенциальной функции /22/, учитывающей неадиабатические поправки.



Глава 5. Уширение линий высоких КВ полос Н₂О

В данной главе рассматривается влияние внутримолекулярных взаимодействий на коэффициенты уширения спектральных линий молекулы Н₂О. Хорошо известно, что в приближении изолированной линии контур является лоренцевским, и любые внутримолекулярные эффекты не влияют на его форму, приводя только к изменению его параметров.

В данной главе проводится подробный численный анализ влияния внутримолекулярных эффектов на уширение линий Н₂О, он включает как регулярные эффекты (центробежное искажение, Кориолисово взаимодействие, ангармонизм колебаний), так и случайные резонансы (Кориолиса, Ферми, Дарлинга - Деннисона). Для анализа использовались модель ATC/MTB-VDIP, которая применена к расчету коэффициентов уширения линий H₂O давлением как полярных SO₂, H₂O буферных газов, так и неполярных N₂, O₂, CO₂, воздухом в широком спектральном диапазоне до 17000 см^-1. Поскольку ряды эффективного вращательного гамильтониана расходятся, то в расчетах применялся метод суммирования Паде - Бореля.

1.Исследована колебательная зависимость коэффициентов уширения линий H₂O-N₂, принадлежащих изгибным полосам типа nн₂ (n=0,1,…,12) /3,18/. Хорошо известно, что в полосах этого типа наблюдается аномально сильное центробежное искажение, которое приводит к сильной «перестройке» вращательного энергетического спектра и изменению сил линий. Отметим, что в экспериментальных спектрах Н₂О наблюдаются около 100 линий поглощения, обусловленных переходами на высокие изгибные состояния.

Обнаружена немонотонная зависимость полуширин линий от квантового числа v₂ в высоких обертонах изгибного колебания. Обнаружено, что сужение линий H₂O обусловлено в основном сильным возрастанием вращательных (Дk-эффект) и центробежных (центробежный эффект) постоянных и уменьшением среднего дипольного момента.

Рис.8.. Зависимость полуширин линий Н₂О-N₂ от квантового числа v₂ изгибного колебания

1.а. Для линий полос n₂, 2n₂ сужение линий незначительно (до 12%), но может достигать 39% в полосе 5н₂ (рис.8). Эффект «центробежного сужения» линий в полосах рассматриваемого типа подтверждается анализом имеющихся экспериментальных данных. Сравнение рассчитанных в данной работе и измеренных \23\ полуширин линий H₂O-воздух полос 2n₂, 3n₂ подтверждает уменьшение полуширин линий Н₂О изгибных полос. Также эффект сужения подтверждается сравнением полуширин линий горячих полос в спектре пламени метано-воздушной смеси, линий высоких комбинационных полос.

1.б. Колебательное состояние (070) близко по энергии к барьеру к линейности функции потенциальной энергии Н₂О. При дальнейшем возбуждении до энергии, превышающей барьер, происходит изменение динамики молекулы: сильное центробежное искажение вращающейся молекулы Н₂О вблизи линейной конфигурации приводит к деформации электронного облака. При этом значение среднего дипольного момента увеличивается. Как следствие, наблюдается увеличение коэффициентов уширения (Рис. 8).

2.Проведено исследование влияния эффектов колебательного возбуждения на уширение линий H₂O, принадлежащих высоким обертонам валентных колебаний. В результате анализа расчетных данных, сравнения с экспериментом обнаружено, что полуширины линий H₂O слабо зависят от колебательных квантовых чисел валентных колебаний, однако при возбуждении 6-8 квантов полуширины линий возрастают на величину до 20%.

3. Проведено исследование влияния случайных резонансов на уширение линий Н₂О. Анализ формул для сил линий и численные расчеты показали, что влияние случайных резонансов типа Кориолиса мало, а ангармонические резонансы Ферми и Дарлинга-Деннисона учитываются соответствующим изменением средних мультипольных моментов. В Табл.2 помещены статистика сравнения расчетных и экспериментальных данных. Среднеквадратичное отклонение находится в пределах точности измерений (10%), что доказывает достоверность используемой модели.

В Табл. 3 представлено сравнение расчетов по модели Уотсона (Расчет1) и Паде-Бореля (Расчет2). Точность измерений /4/ составляет 0,003 см^-1атм^-1. Анализ результатов показал, что для Расчета1 отклонение от эксперимента составляет 15 % для 65 % линий; для Расчета2 отклонение составляет 10 % для 90 % линий. Таким образом, использование преобразованного по Паде-Борелю гамильтониана приводит к более точному определению полуширин, чем гамильтониан Уотсона (4).

Таблица 2. Среднеквадратичные отклонения при расчетах коэффициентов уширения линий Н₂О

Таблица 3. Сравнение рассчитанных и измеренных полуширин линий (см^-1атм^-1) Н₂О-N₂ в полосе 3n₁+n₃

(JKaKc)-(JKaKc)?	Расчет1,	Расчет2,	Эксперимент, [4]
615-514	0,1049	0,1002	0,0965
532-431	0,0971	0,1011	0,0991
716-707	0,0796	0,0823	0,0817
523-422	0,108	0,1073	0,1063
514-413	0,1100	0,1082	0,105
422-321	0,1078	0,1066	0,1063
413-312	0,1118	0,1076	0,0965
524-505	0,0966	0,1023	0,1034
423-404	0,1052	0,1034	0,0978
321-220	0,107	0,1062	0,1053
101-202	0,1183	0,1177	0,1150
212-313	0,1163	0,1182	0,1193
313-414	0,1068	0,1038	0,0989
717-818	0,0622	0,0805	0,0562
404-505	0,1029	0,1012	0,0944
221-322	0,0999	0,0948	0,0935
331-330	0,0779	0,0834	0,0823
514-615	0,1026	0,0988	0,0942

Глава 6. Сдвиг центров линий поглощения Н₂О в ближнем ИК и видимом диапазонах

В диссертации впервые проведено исследования влияния эффектов внутримолекулярной динамики на сдвиги центров линий Н₂О и впервые дано полное объяснение имеющимся экспериментальным данным. Исследована зависимость коэффициентов сдвига центров линий H₂O от вращательных и колебательных квантовых чисел; разработаны модели, позволяющие объяснить знак и величину коэффициентов сдвига линий высоких КВ полос H₂O вплоть до 17000 см^-1.

Посредством численного анализа обоснованы модели ATC-UQP и KL-UQP, исследовано влияние внутримолекулярной динамики на коэффициенты сдвига центров линий H₂O-N₂, принадлежащих изгибным полосам nн₂ (n=0,1,…,5). Обнаружено, что сдвиг линий весьма чувствителен к эффектам внутримолекулярной динамики (Дk-эффект, центробежное искажение, случайные резонансы, F-фактор) при их частичной компенсации.

Численный анализ влияния эффектов внутримолекулярных взаимодействий на сдвиг центров линий Н₂О доказали, что сдвиг центров линий, в отличие от полуширины, даже нижних полос чувствителен к внутримолекулярным взаимодействиям. Коэффициенты сдвига также весьма чувствительны и к эффектам, обусловленным колебательным возбуждением, сопровождающим поглощение активной молекулой излучения ближнего ИК и видимого диапазонов.

В табл.4 второй столбец (Расчет1) - рассчитанные с гамильтонианом Уотсона сдвиги центров линий , третий столбец (Расчет2) - рассчитанные с моделью Паде-Бореля, четвертый - измеренные в /4/. Сравнение результатов расчета с экспериментальными данными показало, что для Расчета1 отклонение составляет 15 % для 65 % линий /18/; для Расчета2 отклонение составляет 10 % для 80 % линий. Таким образом, преобразованный по Паде-Борелю гамильтониан приводит также и к более точному расчету сдвигов центров линий.

Аналогичные результаты получены для сдвига центров линий Н₂О-Ar. Таким образом, применение метода Паде-Бореля суммирования рядов матричных элементов эффективного вращательного гамильтониана Уотсона приводит к улучшению согласия с экспериментальными значения полуширины и сдвига центров линий Н₂О давлением азота и аргона в полосе 3n₁+n₃ /18/.

Результаты численного анализа, сравнение рассчитанных и экспериментальных значений сдвига центров линий позволили разработать модель ATC-UQP для расчета сдвига центров линий, принадлежащих высоким КВ полосам. Она основана на методе АТС, дополненном распределением Максвелла для относительной скорости, полным учетом всех эффектов внутримолекулярной динамики, поляризационной части ММП с колебательно зависимым эмпирическим параметром - квазиполяризуемостью молекулы. Важнейшей особенностью модели является то, что впервые при расчетах сдвига центра была учтена колебательная зависимость изотропной части поляризационных (индукционное и дисперсионное) взаимодействий. Это позволило объяснить расхождения между расчетными и экспериментальными данными, а также сильные различия экспериментально наблюдаемых сдвигов центров линий низких и высоких КВ полос /1,4-7,18/.

Таблица 4. Сравнение рассчитанных и измеренных сдвигов центров линий Н₂О-N₂ в полосе 3n₁+n₃

(JKaKc)-(JKaKc)?	Расчет1, см-1атм-1	Расчет2, см-1атм-1	Эксперимент, см-1атм-1
414-413	-0,0129	-0,0141	-0,0155
422-321	-0,0091	-0,0098	-0,0106
423-322	-0,0110	-0,0108	-0,0105
404-303	-0,0127	-0,0128	-0,0132
414-313	-0,0127	-0,0131	-0,0133
532-533	-0,0128	-0,0133	-0,0142

Подобные документы

• Электрификация населенного пункта

  Электрические параметры сети в нормальном и аварийном режимах. Расчет конструктивных параметров проводов, опор и фундаментов воздушных линий. Разработка заземляющих устройств подстанций и опор линий, средств по грозозащите линий и трансформаторов.
  
  курсовая работа [3,1 M], добавлен 17.12.2014
  

• Физические основы количественного рентгеноструктурного анализа металлов. Дифрактометрический анализ дефектов кристаллического строения по эффекту уширения линий

  Рентгеновский структурный анализ, его сущность и содержание. Исследование аморфных материалов и частично упорядоченных объектов. Строение реальных металлов и дефекты кристаллического строения. Особенности уширения спектральных линий в газах и плазме.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 27.01.2015
  

• Взаимодействие излучения с веществом

  Виды переходов между энергетическими уровнями в квантовых системах. Переходы с излучением и поглощением, их вероятность. Коэффициент поглощения, влияние насыщения на форму контура линии поглощения. Релаксационные переходы, уширение спектральных линий.
  
  контрольная работа [583,0 K], добавлен 20.08.2015
  

• Воздушные и кабельные линии

  Исследование конструктивного устройства воздушных, кабельных линий и токопроводов. Анализ допустимых норм потерь напряжения. Расчет электрических сетей по экономической плотности тока. Обзор способов прокладки кабельных линий. Опоры для воздушных линий.
  
  презентация [2,1 M], добавлен 25.08.2013
  

• Влияние температуры на концентрацию триплетных молекул в твердых растворах при сенсибилизированном возбуждении

  Тушение возбужденных состояний примесных молекул в твердых растворах органических соединений. Особенности температурной зависимости параметров сенсибилизированной фосфоресценции примесных молекул в замороженных н-парафинах.
  
  диссертация [410,5 K], добавлен 13.03.2007
  

• Квантовая теория атома

  Классическая модель строения атома. Понятие орбиты электрона. Набор возможных дискретных частот. Водородоподобные системы по Бору. Недостатки теории Бора. Значение квантовых чисел. Спектр излучения атомов. Ширина спектральных линий. Доплеровское уширение.
  
  реферат [145,6 K], добавлен 14.01.2009
  

• Повреждения и неправильные режимы линий электропередач

  Описание линий электропередач как основной части электрической системы. Разновидности неполадок ЛЭП и способы их преодоления. Особенности перегрузок межсистемных и внутрисистемных транзитных связей. Условия безаварийной работы линий электропередач.
  
  контрольная работа [18,7 K], добавлен 28.04.2011
  

• Расчёт параметров электрической сети

  Выбор мощности силовых трансформаторов. Расчет сечения линий электропередач, их параметры. Потери мощности и электроэнергии в силовых трансформаторах и линиях электропередач. Проверка выбранного сечения линий электропередачи по потере напряжения.
  
  курсовая работа [741,1 K], добавлен 19.12.2012
  

• Основные сведения о конструкциях линий электропередач

  Понятие воздушных линий электропередач: характеристика главных составляющих их элементов. Классификация типов ВЛЭП по ряду признаков. Сущность кабельных линий сетей электроснабжения, характеристика их конструкции и составных частей. Принципы маркировки.
  
  презентация [233,6 K], добавлен 20.10.2013
  

• Системы прокладки кабельных линий

  Условия, преимущества и недостатки прокладки кабельных линий в траншеях, каналах, туннелях, блоках, на эстакадах и галереях. Конструкция маслонаполненных кабелей и газоизолированных линий, их особенности и область применения. Выбор сечений жил кабелей.
  
  презентация [2,4 M], добавлен 30.10.2013
  

• Модернизация комплексов релейной защиты силовых трансформаторов и отходящих линий электрической сети подстанции

  Исследование схемы электрической сети подстанции "ГПП 35/6 кВ". Расчет параметров комплексов релейной защиты трансформаторов и отходящих линий электропередачи на полупроводниковой и микропроцессорной элементной базе. Расчет стоимости выбранной аппаратуры.
  
  дипломная работа [3,7 M], добавлен 10.01.2016
  

• Монтаж и эксплуатация кабельных линий внутри цехов

  Способы прокладки кабельных линий, техническая документация, инструкция. Предназначение сборных кабельных конструкций, способы крепления к основаниям. Эксплуатация кабельных линий внутрицеховых сетей, проверка состояния электроизоляционных материалов.
  
  курсовая работа [2,0 M], добавлен 06.06.2013
  

• Эффект Штарка для атома водорода

  Научная деятельность Йоханнеса Штарка. Эффект, названный именем ученного, - расщепление спектральных линий испускания при воздействии сильного электрического поля на источник излучения. Его техническая реализация, обоснование и количественный анализ.
  
  курсовая работа [662,7 K], добавлен 16.09.2011
  

• Проектирование и диагностика режимов электроэнергетической системы

  Обоснование выбора параметров и математическое моделирование воздушных линий, трансформаторов и автотрансформатора при проектировании электрической сети. Технико-экономическое сравнение двух вариантов сети. Спецификация оборудования и материалов.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 12.06.2011
  

• Проектирование подстанции типа четырехугольник 220/35 с дополнительной исследовательской частью. Исследование линий на наличие наведенного напряжения

  Проектирование электрической части подстанции 220/35. Выбор мощности силовых трансформаторов; марки проводов питающих линий, выключателей и коммутирующих устройств-разъединителей, шин, опорных изоляторов. Принципиальная электрическая схема подстанции.
  
  курсовая работа [1,6 M], добавлен 09.12.2014
  

• Методы расчета режимов сети

  Расчет параметров схем замещения воздушных линий электропередач, параметров автотрансформаторов, напряжений на подстанциях, приведенной мощности на понижающей подстанции. Расчет потоков мощности в электрической сети и потокораспределения в кольцевой сети.
  
  курсовая работа [319,2 K], добавлен 14.05.2013
  

• Эксплуатация района электроснабжения

  Определение суммарной длины линий 10 и 0.38 кВ, приходящую на одну питающую ПС 110/10 кВ. Численность рабочих по ремонту и техническому обслуживанию кабельных линий. Реконструкция фидеров 10 кВ с целью повышения надежности электроснабжения потребителей.
  
  курсовая работа [828,4 K], добавлен 21.04.2015
  

• Расчет параметров линий сверхвысокого напряжения

  Представление линии 500 кВ четырехполюсником, нахождение обобщенных постоянных с учетом и без учета потерь в линии. Определение параметров схемы замещения линии. Выбор мощности реактора по условиям выравнивания напряжения в режиме холостого хода линии.
  
  курсовая работа [1,5 M], добавлен 29.03.2017
  

• Развитие сетей Калачинского РЭС: реконструкция ВЛ 0,4 кВ от ТП №64, ф1, ф2

  Электротехнические параметры самонесущего изолированного провода. Описание выбора сечений проводников линий по допустимой потере напряжения. Реконструкция воздушных линий 0,4 кВ самонесущим изолированным проводом. Расчетные электрические нагрузки.
  
  курсовая работа [143,0 K], добавлен 19.11.2012
  

• Кабельные линии электропередачи

  Выполнение монтажа кабельных линий в соответствии с проектно-технической документацией, в которой указаны трасса линии и ее геодезические отметки. Профилактические испытания кабеля 6-10 кВ при текущем ремонте. Техника безопасности при эксплуатации линий.
  
  курсовая работа [473,7 K], добавлен 10.02.2013
  

• главная
• рубрики
• по алфавиту
• вернуться в начало страницы
• вернуться к началу текста
• вернуться к подобным работам