TERMISK STRÅLING Stefan Boltzmanns lov Forholdet mellem energiluminositeten R e og spektraltætheden af energiluminositeten af et sort legeme Energiluminositeten af et gråt legeme Wiens forskydningslov (1. lov) Afhængighed af den maksimale spektrale tæthed af energiluminositeten af en sort krop på temperatur (2. lov) Plancks formel
TERMISK STRÅLING 1. Den maksimale spektrale tæthed af solenergiens lysstyrke forekommer ved bølgelængde = 0,48 mikron. Antag, at Solen udstråler som et sort legeme, bestemme: 1) temperaturen på dens overflade; 2) den effekt, der udsendes af dens overflade. Ifølge Wiens forskydningslov, Kraft udsendt af Solens overflade Ifølge Stefan Boltzmanns lov,
TERMISK STRÅLING 2. Bestem mængden af varme tabt med 50 cm 2 fra overfladen af smeltet platin på 1 minut, hvis absorptionskapaciteten for platin A T = 0,8. Smeltepunktet for platin er 1770 °C. Mængden af varme tabt af platin er lig med den energi, der udsendes af dens varme overflade.Ifølge Stefan Boltzmanns lov,
TERMISK STRÅLING 3. En elektrisk ovn forbruger strøm P = 500 W. Temperaturen på dens indre overflade med et åbent lille hul med en diameter på d = 5,0 cm er 700 °C. Hvor meget af strømforbruget spredes af væggene? Den samlede effekt bestemmes af summen af den kraft, der frigives gennem hullet. Kraft, der spredes af væggene I henhold til Stefan Boltzmanns lov,
TERMISK STRÅLING 4 Et wolframglødetråd opvarmes i vakuum med en strømstyrke I = 1 A til en temperatur T 1 = 1000 K. Ved hvilken strømstyrke vil glødetråden blive opvarmet til en temperatur T 2 = 3000 K? Absorptionskoefficienterne for wolfram og dets resistivitet svarende til temperaturerne T 1, T 2 er lig med: a 1 = 0,115 og a 2 = 0,334; 1 = 25, Ohm m, 2 = 96, Ohm m Den udsendte effekt er lig med den effekt, der forbruges fra det elektriske kredsløb i konstant tilstand Elektrisk strøm frigivet i lederen Ifølge Stefan Boltzmanns lov,
TERMISK STRÅLING 5. I Solens spektrum forekommer den maksimale spektrale tæthed af energilysstyrke ved en bølgelængde på ,0 = 0,47 mikron. Hvis vi antager, at Solen udsender som et helt sort legeme, skal du finde intensiteten af solstråling (dvs. strålingsfluxtæthed) nær Jorden uden for dens atmosfære. Lysstyrke (strålingsintensitet) Lysstrøm I henhold til Stefan Boltzmanns og Wiens love
TERMISK STRÅLING 6. Bølgelængde 0, som tegner sig for den maksimale energi i det sorte legemes strålingsspektrum, er 0,58 mikron. Bestem den maksimale spektrale tæthed af energi lysstyrke (r, T) max, beregnet for bølgelængdeintervallet = 1 nm, nær 0. Den maksimale spektrale tæthed af energi lysstyrke er proportional med temperaturens femte potens og er udtrykt af Wiens 2. lov. Temperatur T er udtrykt ud fra Wiens forskydningslov værdi C er angivet i SI-enheder, hvor enhedsbølgelængdeintervallet = 1 m. I henhold til problemets betingelser er det nødvendigt at beregne den spektrale lysstyrketæthed beregnet for bølgelængdeintervallet på 1 nm, så vi udskriver værdien af C i SI-enheder og genberegner den for et givet bølgelængdeinterval:
TERMISK STRÅLING 7. En undersøgelse af solstrålingsspektret viser, at den maksimale spektrale tæthed af energilysstyrke svarer til en bølgelængde = 500 nm. Tag Solen for at være et sort legeme, og bestem: 1) Solens energiske lysstyrke R e; 2) energistrøm F e udsendt af Solen; 3) massen af elektromagnetiske bølger (af alle længder), der udsendes af Solen på 1 s. 1. Ifølge Stefan Boltzmann og Wiens love 2. Lysstrøm 3. Massen af elektromagnetiske bølger (alle længder) udsendt af Solen i løbet af tiden t = 1 s, bestemmer vi ved at anvende loven om proportionalitet af masse og energi E = ms 2. Energien af elektromagnetiske bølger, der udsendes i løbet af tiden t, er lig med produktet af energistrømmen Ф e ((strålingseffekt) ved tid: E=Ф e t. Derfor er Ф e =ms 2, hvorfra m= Ф e/s 2.
d Φ e (\displaystyle d\Phi _(e)), udsendt af et lille område af overfladen af strålingskilden, til dets område d S (\displaystyle dS) : M e = d Φ e dS. (\displaystyle M_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(dS)).)Det siges også, at energetisk lysstyrke er overfladedensiteten af den udsendte strålingsflux.
Numerisk er den energetiske lysstyrke lig med det tidsgennemsnitlige modul af Poynting-vektorkomponenten vinkelret på overfladen. I dette tilfælde udføres gennemsnittet over en tid, der væsentligt overstiger perioden med elektromagnetiske svingninger.
Den udsendte stråling kan opstå i selve overfladen, så taler de om en selvlysende overflade. En anden mulighed observeres, når overfladen er belyst udefra. I sådanne tilfælde vender en del af hændelsesfluxen nødvendigvis tilbage som følge af spredning og refleksion. Så har udtrykket for energisk lysstyrke formen:
M e = (ρ + σ) ⋅ E e , (\displaystyle M_(e)=(\rho +\sigma)\cdot E_(e),)Hvor ρ (\displaystyle \rho ) Og σ (\displaystyle \sigma )- henholdsvis overfladens refleksionskoefficient og spredningskoefficient og - dens irradians.
Andre navne på energisk lysstyrke, nogle gange brugt i litteraturen, men ikke fastsat af GOST: - emissionsevne Og integreret emissivitet.
Spektral tæthed af energisk lysstyrke
Spektral tæthed af energisk lysstyrke M e , λ (λ) (\displaystyle M_(e,\lambda )(\lambda))- forholdet mellem størrelsen af energetisk lysstyrke d M e (λ), (\displaystyle dM_(e)(\lambda),) falder på et lille spektralinterval d λ , (\displaystyle d\lambda ,), sluttet mellem λ (\displaystyle \lambda) Og λ + d λ (\displaystyle \lambda +d\lambda ), til bredden af dette interval:
Me, λ (λ) = d M e (λ) dλ. (\displaystyle M_(e,\lambda )(\lambda)=(\frac (dM_(e)(\lambda))(d\lambda )).)SI-enheden er W m−3. Da bølgelængder af optisk stråling normalt måles i nanometer, bruges i praksis ofte W m −2 nm −1.
Nogle gange i litteraturen M e , λ (\displaystyle M_(e,\lambda )) hedder spektral emissivitet.
Lys analog
M v = K m ⋅ ∫ 380 n m 780 n m M e , λ (λ) V (λ) d λ , (\displaystyle M_(v)=K_(m)\cdot \int \limits _(380~nm)^ (780~nm)M_(e,\lambda )(\lambda)V(\lambda)d\lambda ,)Hvor K m (\displaystyle K_(m))- maksimal lysudstrålingseffektivitet svarende til 683 lm / W i SI-systemet. Dens numeriske værdi følger direkte af definitionen af candela.
Oplysninger om andre fotometriske grundenergistørrelser og deres lysanaloger er angivet i tabellen. Betegnelser for mængder er givet i henhold til GOST 26148-84.
Energifotometriske SI-mængder| Navn (synonym) | Mængdebetegnelse | Definition | SI-enhedsnotation | Lysende størrelse |
|---|---|---|---|---|
| Strålingsenergi (strålingsenergi) | Q e (\displaystyle Q_(e)) eller W (\displaystyle W) | Energi overført af stråling | J | Lysenergi |
| Strålingsflux (strålingsflux) | Φ (\displaystyle \Phi) e eller P (\displaystyle P) | Φ e = d Q e d t (\displaystyle \Phi _(e)=(\frac (dQ_(e))(dt))) | W | Let flow |
| Strålingsintensitet (lysenergiintensitet) | I e (\displaystyle I_(e)) | I e = d Φ e d Ω (\displaystyle I_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(d\Omega ))) | W sr −1 | Lysets kraft |
| Volumetrisk strålingsenergitæthed | U e (\displaystyle U_(e)) | U e = d Q e d V (\displaystyle U_(e)=(\frac (dQ_(e))(dV))) | J m -3 | Volumetrisk tæthed af lysenergi |
| Energi lysstyrke | L e (\displaystyle L_(e)) | L e = d 2 Φ e d Ω d S 1 cos ε (\displaystyle L_(e)=(\frac (d^(2)\Phi _(e))(d\Omega \,dS_(1)\, \cos \varepsilon ))) | W m−2 sr−1 | Lysstyrke |
| Integreret energilysstyrke | Λ e (\displaystyle \Lambda _(e)) | Λ e = ∫ 0 t L e (t ′) d t ′ (\displaystyle \Lambda _(e)=\int _(0)^(t)L_(e)(t")dt") | J m −2 sr −1 | Integreret lysstyrke |
| Indstråling (irradiance) | E e (\displaystyle E_(e)) | E e = d Φ e d S 2 (\displaystyle E_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(dS_(2)))) | W m−2 |
Spektral tæthed af energi lysstyrke (lysstyrke) er en funktion, der viser fordelingen af energi lysstyrke (lysstyrke) over strålingsspektret.
Betyder at:
Energetisk lysstyrke er overfladefluxtætheden af energi, der udsendes af en overflade
Energilysstyrke er mængden af flux, der udsendes pr. arealenhed pr. rumvinkelenhed i en given retning
Helt sort krop- en fysisk idealisering brugt i termodynamik, et legeme, der absorberer al elektromagnetisk stråling, der falder ind på det i alle områder og ikke reflekterer noget. På trods af navnet kan en helt sort krop selv udsende elektromagnetisk stråling af enhver frekvens og visuelt have farve. Strålingsspektret af et absolut sort legeme bestemmes kun af dets temperatur.
Ren sort krop
Ren sort krop- dette er en fysisk abstraktion (model), der forstås som et legeme, der fuldstændig absorberer al elektromagnetisk stråling, der falder ind på det
Til en helt sort krop
Grå krop
Grå krop- dette er et legeme, hvis absorptionskoefficient ikke afhænger af frekvensen, men kun afhænger af temperaturen
Til grå krop
Kirchhoffs lov for termisk stråling
Forholdet mellem ethvert legemes emissivitet og dets absorptionskapacitet er det samme for alle legemer ved en given temperatur for en given frekvens og afhænger ikke af deres form og kemiske natur.
Temperaturafhængighed af den spektrale tæthed af energilysstyrken af en absolut sort krop
Afhængigheden af den spektrale strålingsenergitæthed L (T) af et sort legeme af temperaturen T i mikrobølgestrålingsområdet er etableret for temperaturområdet fra 6300 til 100000 K.
Wiens forskydningslov giver afhængigheden af den bølgelængde, ved hvilken fluxen af sort krops energistråling når sit maksimum på temperaturen af den sorte krop.
B=2,90* m*K
Stefan-Boltzmann lov
Rayleigh-jeans formel
Plancks formel
konstant bar
Foto effekt- dette er emissionen af elektroner fra et stof under påvirkning af lys (og generelt set enhver elektromagnetisk stråling). I kondenserede stoffer (faste og flydende) er der en ekstern og intern fotoelektrisk effekt.
Lovene for den fotoelektriske effekt:
Formulering 1. lov om fotoelektrisk effekt: antallet af elektroner udsendt af lys fra overfladen af et metal pr. tidsenhed ved en given frekvens er direkte proportional med lysstrømmen, der oplyser metallet.
Ifølge 2. lov om fotoelektrisk effekt, den maksimale kinetiske energi af elektroner udstødt af lys stiger lineært med lysets frekvens og afhænger ikke af dets intensitet.
3. lov om fotoelektrisk effekt: for hvert stof er der en rød grænse for den fotoelektriske effekt, det vil sige den mindste frekvens af lys (eller maksimal bølgelængde λ 0), hvor den fotoelektriske effekt stadig er mulig, og hvis , så opstår den fotoelektriske effekt ikke længere.
Foton- en elementarpartikel, et kvantetal af elektromagnetisk stråling (i snæver forstand af lys). Det er en masseløs partikel, der kun kan eksistere ved at bevæge sig med lysets hastighed. Den elektriske ladning af en foton er også nul.
Einsteins ligning for den eksterne fotoelektriske effekt
Fotocelle- en elektronisk enhed, der omdanner fotonenergi til elektrisk energi. Den første fotocelle baseret på den eksterne fotoelektriske effekt blev skabt af Alexander Stoletov i slutningen af det 19. århundrede.
fotonens energi, masse og momentum
Let tryk er trykket produceret af elektromagnetiske lysbølger, der falder ind på overfladen af et legeme.
Trykket p, som bølgen udøver på metaloverfladen, kunne beregnes som forholdet mellem de resulterende Lorentz-kræfter, der virker på frie elektroner i metallets overfladelag, og metalets overfladeareal:
Kvanteteori om lys forklarer let tryk som et resultat af fotoner, der overfører deres momentum til atomer eller stofmolekyler.
Compton effekt(Compton effekt) - fænomenet med at ændre bølgelængden af elektromagnetisk stråling på grund af elastisk spredning af elektroner
Compton bølgelængde
De Broglies formodning er, at den franske fysiker Louis de Broglie fremsatte ideen om at tillægge elektronen bølgeegenskaber. Ved at tegne en analogi mellem et kvante foreslog de Broglie, at bevægelsen af en elektron eller enhver anden partikel med hvilemasse er forbundet med en bølgeproces.
De Broglies formodning fastslår, at en partikel i bevægelse med energi E og momentum p svarer til en bølgeproces, hvis frekvens er lig med:
og bølgelængde:
hvor p er den bevægelige partikels bevægelsesmængde.
Davisson-Germer eksperiment- et fysisk eksperiment med elektrondiffraktion udført i 1927 af amerikanske videnskabsmænd Clinton Davisson og Lester Germer.
En undersøgelse blev udført på refleksion af elektroner fra en nikkel-enkeltkrystal. Opsætningen omfattede en enkelt krystal af nikkel, slebet i en vinkel og monteret på en holder. En stråle af monokromatiske elektroner blev rettet vinkelret på det polerede snitplan. Elektronhastigheden blev bestemt af spændingen på elektronkanonen:
En Faraday-kop blev installeret i en vinkel i forhold til den indfaldende elektronstråle, forbundet til et følsomt galvanometer. Baseret på aflæsningerne af galvanometeret blev intensiteten af elektronstrålen reflekteret fra krystallen bestemt. Hele installationen var i vakuum.
I eksperimenterne blev intensiteten af elektronstrålen spredt af krystallen målt afhængigt af spredningsvinklen, azimutvinklen og hastigheden af elektronerne i strålen.
Eksperimenter har vist, at der er en udtalt selektivitet i elektronspredning. Ved forskellige vinkler og hastigheder observeres intensitetsmaksima og -minima i de reflekterede stråler. Maksimal tilstand:
Her er den interplanare afstand.
Således blev elektrondiffraktion observeret på krystalgitteret af en enkelt krystal. Eksperimentet var en strålende bekræftelse af eksistensen af bølgeegenskaber i mikropartikler.
Wave funktion, eller psi funktion- en funktion med kompleks værdi, der bruges i kvantemekanikken til at beskrive et systems rene tilstand. Er udvidelseskoefficienten af tilstandsvektoren over en basis (normalt en koordinat):
hvor er koordinatbasisvektoren, og er bølgefunktionen i koordinatrepræsentation.
Den fysiske betydning af bølgefunktionen er, at ifølge den københavnske fortolkning af kvantemekanikken, anses sandsynligheden for at finde en partikel på et givet punkt i rummet på et givet tidspunkt lig med kvadratet af den absolutte værdi af bølgefunktion af denne tilstand i koordinatrepræsentation.
Heisenbergs usikkerhedsprincip(eller Heisenberg) i kvantemekanik - en grundlæggende ulighed (usikkerhedsrelation), der sætter grænsen for nøjagtighed for den samtidige bestemmelse af et par fysiske observerbare, der karakteriserer et kvantesystem (se fysisk mængde), beskrevet af ikke-pendlende operatører (f.eks. koordinater og momentum, strøm og spænding, elektriske og magnetiske felter). Usikkerhedsrelationen [* 1] sætter en nedre grænse for produktet af standardafvigelserne for et par kvanteobservabler. Usikkerhedsprincippet, opdaget af Werner Heisenberg i 1927, er en af hjørnestenene i kvantemekanikken.
Definition Hvis der er flere (mange) identiske kopier af systemet i en given tilstand, vil de målte værdier af koordinat og momentum adlyde en vis sandsynlighedsfordeling - dette er et grundlæggende postulat af kvantemekanik. Ved at måle værdien af standardafvigelsen af koordinaten og standardafvigelsen af impulsen vil vi finde ud af, at:
Schrödinger ligning
Potentielle brønd– et område i rummet, hvor der er et lokalt minimum af en partikels potentielle energi.
Tunnel effekt, tunnelering- at overvinde en potentiel barriere med en mikropartikel i det tilfælde, hvor dens samlede energi (som forbliver uændret under tunneling) er mindre end højden af barrieren. Tunneleffekten er et fænomen af udelukkende kvantenatur, umuligt og endda fuldstændig i modstrid med klassisk mekanik. En analog til tunneleffekten i bølgeoptik kan være en lysbølges indtrængning i et reflekterende medium (ved afstande i størrelsesordenen af lysets bølgelængde) under forhold, hvor der ud fra et geometrisk optiks synspunkt opstår total intern refleksion. Fænomenet tunneling ligger til grund for mange vigtige processer i atom- og molekylfysik, i atomkernens fysik, fast tilstand osv.
Harmonisk oscillator i kvantemekanik er det en kvanteanalog af en simpel harmonisk oscillator; i dette tilfælde er det ikke de kræfter, der virker på partiklen, der tages i betragtning, men Hamiltonian, det vil sige den samlede energi af den harmoniske oscillator, og den potentielle energi antages at afhænge kvadratisk af koordinaterne. At tage hensyn til følgende udtryk i udvidelsen af potentiel energi langs en koordinat fører til begrebet en anharmonisk oscillator.
Studiet af atomers struktur har vist, at atomer består af en positivt ladet kerne, hvori næsten al massen er koncentreret. h af atomet, og negativt ladede elektroner, der bevæger sig rundt om kernen.
Bohr-Rutherford planetarisk model af atomet. I 1911 kom Ernest Rutherford, efter at have udført en række eksperimenter, til den konklusion, at atomet er en slags planetsystem, hvor elektroner bevæger sig i kredsløb omkring en tung, positivt ladet kerne placeret i centrum af atomet (“Rutherfords atom). model"). En sådan beskrivelse af atomet kom dog i konflikt med klassisk elektrodynamik. Faktum er, at ifølge klassisk elektrodynamik bør en elektron, når den bevæger sig med centripetalacceleration, udsende elektromagnetiske bølger og derfor miste energi. Beregninger viste, at den tid, det tager for en elektron i et sådant atom at falde ned på kernen, er absolut ubetydelig. For at forklare atomernes stabilitet måtte Niels Bohr introducere postulater, der gik ud på, at en elektron i et atom, der er i nogle specielle energitilstande, ikke udsender energi ("Bohr-Rutherford model af atomet"). Bohrs postulater viste, at klassisk mekanik er uanvendelig til at beskrive atomet. Yderligere undersøgelse af atomstråling førte til skabelsen af kvantemekanik, som gjorde det muligt at forklare langt de fleste observerede fakta.
Emissionsspektre af atomer normalt opnået ved en høj temperatur af en lyskilde (plasma, lysbue eller gnist), hvor stoffet fordamper, dets molekyler spaltes i individuelle atomer, og atomerne ophidses til at gløde. Atomanalyse kan enten være emission - studiet af emissionsspektre, eller absorption - studiet af absorptionsspektre.
Et atoms emissionsspektrum er et sæt spektrallinjer. Spektrallinjen fremkommer som et resultat af monokromatisk lysstråling under overgangen af en elektron fra et elektronisk underniveau tilladt af Bohrs postulat til et andet underniveau af forskellige niveauer. Denne stråling er karakteriseret ved bølgelængde K, frekvens v eller bølgetal co.
Et atoms emissionsspektrum er et sæt spektrallinjer. Spektrallinjen fremkommer som et resultat af monokromatisk lysstråling under overgangen af en elektron fra et elektronisk underniveau tilladt af Bohrs postulat til et andet underniveau af forskellige niveauer.
Bohr-model af atomet (Bohr-model)- en semi-klassisk model af atomet foreslået af Niels Bohr i 1913. Han tog udgangspunkt i den planetariske model af atomet fremsat af Rutherford. Men set fra klassisk elektrodynamik bør en elektron i Rutherfords model, der bevæger sig rundt i kernen, udsende kontinuerligt og meget hurtigt, efter at have mistet energi, falde ned på kernen. For at overvinde dette problem introducerede Bohr en antagelse, hvis essens er, at elektroner i et atom kun kan bevæge sig i visse (stationære) baner, hvor de ikke udsender, og emission eller absorption sker kun i overgangsøjeblikket fra en. bane til en anden. Desuden er det kun de baner, der er stationære, når de bevæger sig, hvor elektronens vinkelmomentum er lig med et helt tal af Plancks konstanter: .
Ved at bruge denne antagelse og lovene for klassisk mekanik, nemlig ligheden mellem en elektrons tiltrækningskraft fra siden af kernen og centrifugalkraften, der virker på en roterende elektron, opnåede han følgende værdier for radius af en stationær bane og energien af elektronen placeret i denne bane:
Her er elektronens masse, Z er antallet af protoner i kernen, er dielektricitetskonstanten, e er ladningen af elektronen.
Det er netop dette udtryk for energi, der kan opnås ved at anvende Schrödinger-ligningen og løse problemet med en elektrons bevægelse i et centralt Coulomb-felt.
Radius af den første bane i brintatomet R 0 =5,2917720859(36)·10 −11 m, nu kaldet Bohr-radius eller atomare længdeenhed og er meget brugt i moderne fysik. Energien i den første bane, eV, er brintatomets ioniseringsenergi.
Bohrs postulater
§ Et atom kan kun være i særlige stationære eller kvantetilstande, som hver har en bestemt energi. I en stationær tilstand udsender et atom ikke elektromagnetiske bølger.
§ En elektron i et atom, uden at miste energi, bevæger sig langs visse diskrete cirkulære baner, for hvilke vinkelmomentet er kvantiseret: , hvor er naturlige tal, og er Plancks konstant. Tilstedeværelsen af en elektron i kredsløbet bestemmer energien af disse stationære tilstande.
§ Når en elektron bevæger sig fra en bane (energiniveau) til en bane, udsendes eller absorberes en energikvantum, hvor er de energiniveauer, som overgangen sker mellem. Når man bevæger sig fra et øvre niveau til et lavere niveau, udsendes energi, når man bevæger sig fra et lavere til et øvre niveau, absorberes det.
Ved at bruge disse postulater og den klassiske mekaniks love foreslog Bohr en model af atomet, nu kaldet Bohr-modellen af atomet. Efterfølgende udvidede Sommerfeld Bohrs teori til tilfældet med elliptiske baner. Den kaldes Bohr-Sommerfeld-modellen.
Frank og Hertz eksperimenterer
erfaringen har vist det elektroner overfører deres energi til kviksølvatomer i portioner , og 4,86 eV er den mindst mulige del, der kan absorberes af et kviksølvatom i jordenergitilstanden
Balmer formel
For at beskrive bølgelængderne λ af de fire synlige linjer i brintspektret foreslog I. Balmer formlen
hvor n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å.
I øjeblikket bruges et særligt tilfælde af Rydberg-formlen til Balmer-serien:
hvor λ er bølgelængden,
R≈ 1,0974 10 7 m −1 - Rydberg konstant,
n- hovedkvantetallet for det indledende niveau er et naturligt tal større end eller lig med 3.
Brintlignende atom- et atom, der indeholder én og kun én elektron i sin elektronskal.
Røntgenstråling- elektromagnetiske bølger, hvis energi af fotoner ligger på skalaen af elektromagnetiske bølger mellem ultraviolet stråling og gammastråling, hvilket svarer til bølgelængder fra 10 −2 til 10 3 Å (fra 10 −12 til 10 −7 m)
Røntgenrør- en elektrisk vakuumanordning designet til at generere røntgenstråling.
Bremsstrahlung- elektromagnetisk stråling, der udsendes af en ladet partikel, når den spredes (bremses) i et elektrisk felt. Nogle gange omfatter begrebet "bremsstrahlung" også strålingen af relativistisk ladede partikler, der bevæger sig i makroskopiske magnetfelter (i acceleratorer, i det ydre rum), og kaldes magnetobremsstrahlung; men det mere almindeligt anvendte udtryk i dette tilfælde er "synkrotronstråling."
KARAKTERISTISK EMISSION- Røntgen linjespektrum stråling. Karakteristisk for atomerne i hvert grundstof.
Kemisk binding- fænomenet med interaktion mellem atomer, forårsaget af overlapning af elektronskyer af bindingspartikler, som er ledsaget af et fald i systemets samlede energi.
molekylært spektrum- emissions(absorptions)spektrum, der opstår under kvanteovergange mellem energiniveauer af molekyler
Energiniveau- egenværdier af energien i kvantesystemer, det vil sige systemer bestående af mikropartikler (elektroner, protoner og andre elementære partikler) og underlagt kvantemekanikkens love.
Kvantetal n – Det vigtigste . Det bestemmer elektronens energi i brintatomet og et-elektronsystemerne (He +, Li 2+ osv.). I dette tilfælde elektronenergien
Hvor n tager værdier fra 1 til ∞. Jo mindre n, jo større er interaktionsenergien mellem elektronen og kernen. På n= 1 hydrogenatom er i grundtilstanden, kl n> 1 – spændt.
Udvælgelsesregler i spektroskopi kalder de restriktioner og forbud mod overgange mellem niveauer af et kvantemekanisk system med absorption eller emission af en foton, pålagt af bevarelseslove og symmetri.
Multi-elektron atomer atomer med to eller flere elektroner kaldes.
Zeeman effekt- spaltning af linjer af atomspektre i et magnetfelt.
Opdaget i 1896 af Zeeman for natriumemissionslinjer.
Essensen af fænomenet elektron paramagnetisk resonans er resonansabsorptionen af elektromagnetisk stråling af uparrede elektroner. En elektron har et spin og et tilhørende magnetisk moment.
Den energi, som et legeme mister på grund af termisk stråling, er karakteriseret ved følgende størrelser.
Strålingsflux (F) - energi, der udsendes pr. tidsenhed fra hele kroppens overflade.
Faktisk er dette kraften i termisk stråling. Dimensionen af strålingsfluxen er [J/s = W].
Energilysstyrke (Re) - energi af termisk stråling udsendt pr. tidsenhed fra en enhedsoverflade af et opvarmet legeme:
I SI-systemet måles energetisk lysstyrke - [W/m 2 ].
Strålingsfluxen og den energiske lysstyrke afhænger af stoffets struktur og dets temperatur: Ф = Ф(Т),
Fordelingen af energetisk lysstyrke over spektret af termisk stråling karakteriserer den spektral tæthed. Lad os betegne energien af termisk stråling, der udsendes af en enkelt overflade på 1 s i et snævert bølgelængdeområde fra λ Før λ + d λ, via dRe.
Spektral lysstyrketæthed (r) eller emissivitet Forholdet mellem energetisk lysstyrke i en smal del af spektret (dRe) og bredden af denne del (dλ) kaldes:
Tilnærmet form for spektral tæthed og energetisk lysstyrke (dRe) i bølgelængdeområdet fra λ Før λ + d λ, vist i fig. 13.1.
Ris. 13.1. Spektral tæthed af energisk lysstyrke
Afhængigheden af den spektrale tæthed af energetisk lysstyrke på bølgelængde kaldes kroppens strålingsspektrum. Kendskab til denne afhængighed gør det muligt at beregne den energiske lysstyrke af et legeme i ethvert bølgelængdeområde. Formlen til beregning af et legemes energiske lysstyrke i en række bølgelængder er:
Den samlede lysstyrke er:
Legemer udsender ikke kun, men absorberer også termisk stråling. Et legemes evne til at absorbere strålingsenergi afhænger af dets stof, temperatur og bølgelængde af strålingen. Kroppens absorptionsevne er karakteriseret ved monokromatisk absorptionskoefficient α.
Lad en strøm falde ned på kroppens overflade monokromatisk stråling Φ λ med bølgelængde λ. En del af dette flow reflekteres, og en del absorberes af kroppen. Lad os betegne størrelsen af den absorberede flux Φ λ abs.
Monokromatisk absorptionskoefficient α λ er forholdet mellem strålingsfluxen absorberet af et givet legeme og størrelsen af den indfaldende monokromatiske flux:
Monokromatisk absorptionskoefficient er en dimensionsløs størrelse. Dens værdier ligger mellem nul og én: 0 ≤ α ≤ 1.
Fungere α = α(λ,Τ) , der udtrykker den monokromatiske absorptionskoefficients afhængighed af bølgelængde og temperatur, kaldes absorptionskapacitet kroppe. Dens udseende kan være ret komplekst. De enkleste typer af absorption diskuteres nedenfor.
Ren sort krop er et legeme, hvis absorptionskoefficient er lig med enhed for alle bølgelængder: α = 1.
Grå krop er et legeme, for hvilket absorptionskoefficienten ikke afhænger af bølgelængden: α = const< 1.
Helt hvid krop er et legeme, hvis absorptionskoefficient er nul for alle bølgelængder: α = 0.
Kirchhoffs lov
Kirchhoffs lov- forholdet mellem et legemes emissivitet og dets absorptionskapacitet er det samme for alle legemer og er lig med spektraltætheden af energiluminositeten af et absolut sort legeme:
= /
Lovens konsekvens:
1. Hvis et legeme ved en given temperatur ikke absorberer nogen stråling, så udsender det det ikke. Faktisk, hvis absorptionskoefficienten α = 0 for en bestemt bølgelængde, så er r = α∙ε(λT) = 0
1. Ved samme temperatur sort krop stråler mere end nogen anden. Faktisk for alle kroppe undtagen sort,α < 1, поэтому для них r = α∙ε(λT) < ε
2. Hvis vi for et bestemt legeme eksperimentelt bestemmer afhængigheden af den monokromatiske absorptionskoefficient af bølgelængde og temperatur - α = r = α(λT), så kan vi beregne spektret af dets stråling.
Termisk stråling kaldes elektromagnetiske bølger udsendt af atomer, som exciteres på grund af energien fra deres termiske bevægelse. Hvis stråling er i ligevægt med stof, kaldes det termisk ligevægtsstråling.
Alle legemer ved en temperatur T > 0 K udsender elektromagnetiske bølger. Sjældne monoatomiske gasser giver linjeemissionsspektre, polyatomiske gasser og væsker giver stribede spektre, dvs. områder med et næsten kontinuerligt sæt af bølgelængder. Faste stoffer udsender kontinuerlige spektre bestående af alle mulige bølgelængder. Det menneskelige øje ser stråling i et begrænset område af bølgelængder fra cirka 400 til 700 nm. For at en person kan se kropsstråling, skal kropstemperaturen være mindst 700 o C.
Termisk stråling er karakteriseret ved følgende mængder:
W- strålingsenergi (i J);
(J/(s.m 2) - energisk lysstyrke (D.S.- udstrålende område
overflade). Energisk lysstyrke R- i betydningen af -
er den energi, der udsendes pr. arealenhed pr. enhed
tid for alle bølgelængder l fra 0 til.
Ud over disse egenskaber, kaldet integral, bruger de også spektrale egenskaber, som tager højde for mængden af udsendt energi pr. enhed bølgelængdeinterval eller enhedsinterval
absorptionsevne (absorptionskoefficient) er forholdet mellem den absorberede lysflux og den indfaldende flux, taget i et lille område af bølgelængder nær en given bølgelængde.
Den spektrale tæthed af energilysstyrke er numerisk lig med strålingseffekten pr. overfladeenhed af dette legeme i et frekvensinterval af enhedsbredde.
Termisk stråling og dens natur. Ultraviolet katastrofe. Termisk strålingsfordelingskurve. Plancks hypotese.
TERMISK STRÅLING (temperaturstråling) - el-magn. stråling, der udsendes af et stof og opstår på grund af dets indre. energi (i modsætning til f.eks. luminescens, som exciteres af eksterne energikilder). T. og. har et kontinuerligt spektrum, hvis maksimumsposition afhænger af stoffets temperatur. Efterhånden som den øges, stiger den samlede energi af udsendt stråling, og maksimum bevæger sig til området med korte bølgelængder. T. og. udsender fx overfladen af varmt metal, jordens atmosfære mv.
T. og. opstår under forhold med detaljeret ligevægt i et stof (se Detaljeret ligevægtsprincip) for alle ikke-strålingsstoffer. processer, dvs. til dekomp. typer af partikelkollisioner i gasser og plasmaer til udveksling af elektroniske og vibrationsenergier. bevægelser i faste stoffer osv. Ligevægtstilstanden for stoffet på hvert punkt i rummet er den lokale termodynamiske tilstand. ligevægt (LTE) - i dette tilfælde er det kendetegnet ved værdien af temperaturen, som temperaturen afhænger af. på dette tidspunkt.
I det generelle tilfælde af systemer af organer, for hvilke kun LTE og nedbrydning udføres. skærepunkter har forskellige temperaturer, T. og. er ikke i termodynamisk tilstand. ligevægt med stof. Varmere kroppe udsender mere, end de absorberer, og koldere gør det modsatte. Der sker en overførsel af stråling fra varmere kroppe til koldere. For at opretholde en stationær tilstand, hvor temperaturfordelingen i systemet opretholdes, er det nødvendigt at kompensere for tabet af termisk energi med et udstrålende varmere legeme og fjerne det fra det koldere legeme.
Ved fuld termodynamisk I ligevægt har alle dele af et system af kroppe den samme temperatur, og energien af den termiske energi, der udsendes af hvert legeme, kompenseres af energien fra den termiske energi, der absorberes af dette legeme. andre telefoner I dette tilfælde sker der også detaljeret ligevægt for radiatorer. overgange, T. og. er i termodynamisk ligevægt med stoffet og kaldes stråling er ligevægt (strålingen fra et absolut sort legeme er ligevægt). Spektret af ligevægtsstråling afhænger ikke af stoffets natur og er bestemt af Plancks strålingslov.
For T. og. For ikke-sorte legemer er Kirchhoffs lov om stråling gyldig, og forbinder dem til at udsende. og absorbere. evner med emit. evnen til en helt sort krop.
I nærværelse af LTE, anvendelse af strålingslovene fra Kirchhoff og Planck til emission og absorption af T. og. i gasser og plasmaer er det muligt at studere processerne for strålingsoverførsel. Denne betragtning er meget brugt i astrofysik, især i teorien om stjerneatmosfærer.
Ultraviolet katastrofe- et fysisk udtryk, der beskriver paradokset i klassisk fysik, som består i, at den samlede effekt af termisk stråling fra ethvert opvarmet legeme skal være uendelig. Paradokset har fået sit navn på grund af det faktum, at strålingens spektrale energitæthed burde være steget uendeligt i takt med, at bølgelængden blev kortere.
I bund og grund viste dette paradoks, om ikke den interne inkonsekvens i klassisk fysik, så i det mindste en ekstrem skarp (absurd) uoverensstemmelse med elementære observationer og eksperimenter.
Da dette ikke stemmer overens med eksperimentel observation, opstod der i slutningen af det 19. århundrede vanskeligheder med at beskrive legems fotometriske karakteristika.
Problemet blev løst af Max Plancks kvanteteori om stråling i 1900.
Plancks hypotese er en hypotese fremsat den 14. december 1900 af Max Planck, som siger, at der under termisk stråling udsendes og absorberes energi ikke kontinuerligt, men i separate kvanter (portioner). Hver sådan kvantedel har en energi proportional med frekvensen ν af stråling:
hvor h eller er proportionalitetskoefficienten, senere kaldet Plancks konstant. Baseret på denne hypotese foreslog han en teoretisk udledning af forholdet mellem temperaturen af et legeme og den stråling, som dette legeme udsender - Plancks formel.
Plancks hypotese blev senere bekræftet eksperimentelt.