
【化】 anharmonic vibration
在經典力學體系中,非諧振動(Anharmonic Oscillation)指偏離胡克定律線性關系的振動系統。其恢複力與位移的關系可表示為: $$ F(x) = -kx - alpha x - beta x + cdots $$ 式中$k$為諧振動系數,$alpha$、$beta$等表征非諧效應的修正項。相較于簡諧振動的等間距能級特征,《朗道力學》指出非諧振動系統表現出振幅依賴的頻率特性和能量非等距分布。
該現象在分子振動分析中尤為顯著,根據《化學物理學報》研究,雙原子分子勢能曲線在較大振幅時呈現明顯的非對稱性,此時振動能級公式需引入Morse勢修正項: $$ V(r) = D_e[1 - e^{-a(r-r_e)}] $$ 該模型成功解釋了紅外光譜的泛頻吸收現象。在固體物理領域,《凝聚态物質中的聲子》專著記載,晶格振動非諧效應會導緻熱膨脹現象,這是解釋固體比熱容溫度依賴性的關鍵機制。
權威參考資料:
非諧振動是指振動系統中恢複力與位移的關系偏離理想簡諧形式的振動現象,其勢能函數通常包含高階非線性項。以下是詳細解釋:
非諧振動(Anharmonic vibration)表現為系統的勢能不再嚴格滿足簡諧振動的二次方形式(即$V(x)=frac{1}{2}kx$),而是包含如三次、四次等高階項,例如$V(x)=frac{1}{2}kx + lambda x + mu x$。這種偏離會導緻振動特性與簡諧振動顯著不同()。
非線性恢複力
回複力與位移的關系不再是線性的,例如$F=-kx + beta x$,這使得運動方程中出現非線性項。
振幅相關特性
振動周期或頻率會隨振幅變化,而簡諧振動的周期與振幅無關()。
波形複雜化
振動波形可能不再是純正弦曲線,可能出現倍頻、分頻等諧波成分()。
特性 | 簡諧振動 | 非諧振動 |
---|---|---|
勢能形式 | $V(x)=frac{1}{2}kx$ | 含$x$、$x$等高階項 |
回複力 | 線性$F=-kx$ | 非線性(如$F=-kx+beta x$) |
能量量子化 | 等間距能級 | 能級間距隨量子數增大而減小 |
注:英文翻譯為anharmonic vibration()。如需進一步了解具體數學模型或實驗案例,建議參考非線性力學教材或專業文獻。
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