
能级图(Energy Level Diagram)是物理学与化学领域描述量子系统中离散能量状态的图示化工具。从汉英词典角度分析,"能级"对应英文术语为"energy level","图"译为"diagram",合称体现跨语言科技词汇的对应关系。
该概念的核心应用包含三方面:
权威文献显示,标准能级图应包含基态、激发态、跃迁箭头等要素,其纵坐标通常标注能量值(单位eV或cm⁻¹),横坐标表示量子数(《物理学名词审定本》,科学出版社)。在半导体领域,能级图延伸为能带图,描述价带与导带间的禁带宽度(《固态物理导论》,Pearson出版)。
该术语的标准化定义参照ISO 80000-9国际标准中量子现象相关术语规范,中文译名经全国科学技术名词审定委员会审定(《汉英综合科技大词典》,商务印书馆)。
能级图是量子力学和原子物理学中用于描述微观粒子(如原子、分子或原子核)能量状态的图示工具。它通过直观的图形展示离散的能级分布及跃迁关系,是理解物质与能量相互作用的基础。
能级表示
用水平横线代表不同能量值,纵轴表示能量高低。基态(最低能级)位于底部,激发态(较高能级)依次向上排列。能级间距反映能量差,例如氢原子能级间距随主量子数增大而缩小。
跃迁箭头
能级间的箭头表示电子吸收或释放能量时的跃迁过程。向上箭头代表吸收光子(如 $E_2 - E_1 = h
u$),向下箭头表示发射光子。
原子能级图
描述电子在原子核外的能量分布,如氢原子能级公式:
$$
E_n = -frac{13.6 text{eV}}{n}
$$
其中 $n$ 为主量子数。
分子能级图
包含振动能级和转动能级,能量差更小,对应红外和微波光谱。
光谱分析
解释元素特征谱线,如钠黄线对应电子从3p→3s能级跃迁。
激光原理
通过粒子数反转(高能级粒子数多于低能级)实现受激辐射放大。
化学键理论
分子轨道能级图展示成键与反键轨道能量差异,解释化学键稳定性。
能级图直观呈现量子化特征:粒子能量只能取特定离散值,且跃迁需满足选择定则(如角动量变化限制)。这一特性彻底改变了经典物理中能量连续的观念。
通过能级图,科学家得以系统分析原子发光机制、材料导电性等关键问题,该工具在量子计算和能带工程等前沿领域仍持续发挥重要作用。
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