SINARAN TERMA Hukum Stefan Boltzmann Hubungan antara kecerahan tenaga R e dan ketumpatan spektrum kecerahan tenaga jasad hitam Kecerahan tenaga badan kelabu Undang-undang anjakan Wien (undang-undang pertama) Kebergantungan ketumpatan spektrum maksimum kecerahan tenaga hitam badan pada suhu (undang-undang ke-2) Formula Planck
SINARAN TERMA 1. Ketumpatan spektrum maksimum kecerahan tenaga suria berlaku pada panjang gelombang = 0.48 mikron. Dengan mengandaikan bahawa Matahari memancar sebagai jasad hitam, tentukan: 1) suhu permukaannya; 2) kuasa yang dipancarkan oleh permukaannya. Mengikut undang-undang anjakan Wien, Kuasa yang dipancarkan oleh permukaan Matahari Menurut undang-undang Stefan Boltzmann,
SINARAN TERMA 2. Tentukan jumlah haba yang hilang sebanyak 50 cm 2 dari permukaan platinum cair dalam 1 minit, jika kapasiti penyerapan platinum A T = 0.8. Takat lebur platinum ialah 1770 °C. Jumlah haba yang hilang oleh platinum adalah sama dengan tenaga yang dikeluarkan oleh permukaan panasnya Menurut undang-undang Stefan Boltzmann,
SINARAN TERMA 3. Relau elektrik menggunakan kuasa P = 500 W. Suhu permukaan dalamannya dengan lubang kecil terbuka dengan diameter d = 5.0 cm ialah 700 °C. Berapa banyak penggunaan kuasa yang dihamburkan oleh dinding? Jumlah kuasa ditentukan oleh jumlah Kuasa yang dikeluarkan melalui lubang Kuasa yang dihamburkan oleh dinding Menurut undang-undang Stefan Boltzmann,
SINARAN TERMA 4 Filamen tungsten dipanaskan dalam vakum dengan arus daya I = 1 A ke suhu T 1 = 1000 K. Pada kekuatan arus apakah filamen itu akan dipanaskan ke suhu T 2 = 3000 K? Pekali penyerapan tungsten dan kerintangannya sepadan dengan suhu T 1, T 2 adalah sama dengan: a 1 = 0.115 dan a 2 = 0.334; 1 = 25, Ohm m, 2 = 96, Ohm m Kuasa yang dikeluarkan adalah sama dengan kuasa yang digunakan daripada litar elektrik dalam keadaan mantap Kuasa elektrik yang dilepaskan dalam konduktor Menurut undang-undang Stefan Boltzmann,
SINARAN TERMA 5. Dalam spektrum Matahari, ketumpatan spektrum maksimum kecerahan tenaga berlaku pada panjang gelombang .0 = 0.47 mikron. Dengan mengandaikan bahawa Matahari memancarkan sebagai jasad hitam sepenuhnya, cari keamatan sinaran suria (iaitu, ketumpatan fluks sinaran) berhampiran Bumi di luar atmosferanya. Keamatan bercahaya (keamatan sinaran) Fluks bercahaya Mengikut undang-undang Stefan Boltzmann dan Wien
SINARAN TERMA 6. Panjang gelombang 0, yang menyumbang tenaga maksimum dalam spektrum sinaran badan hitam, ialah 0.58 mikron. Tentukan ketumpatan spektrum maksimum kecerahan tenaga (r, T) maks, dikira untuk selang panjang gelombang = 1 nm, berhampiran 0. Ketumpatan spektrum maksimum kecerahan tenaga adalah berkadar dengan kuasa kelima suhu dan dinyatakan oleh hukum ke-2 Wien. Suhu T dinyatakan daripada nilai undang-undang anjakan Wien C diberikan dalam unit SI, di mana selang panjang gelombang unit = 1 m Mengikut keadaan masalah, adalah perlu untuk mengira ketumpatan kecerahan spektrum yang dikira untuk selang panjang gelombang 1. nm, jadi kami menulis nilai C dalam unit SI dan mengira semula untuk selang panjang gelombang tertentu:
SINARAN TERMA 7. Kajian spektrum sinaran suria menunjukkan bahawa ketumpatan spektrum maksimum kecerahan tenaga sepadan dengan panjang gelombang = 500 nm. Mengambil Matahari sebagai jasad hitam, tentukan: 1) kilauan bertenaga R e Matahari; 2) aliran tenaga F yang dipancarkan oleh Matahari; 3) jisim gelombang elektromagnet (semua panjang) yang dipancarkan oleh Matahari dalam 1 s. 1. Mengikut undang-undang Stefan Boltzmann dan Wien 2. Fluks bercahaya 3. Jisim gelombang elektromagnet (semua panjang) yang dipancarkan oleh Matahari pada masa t = 1 s, kita tentukan dengan menggunakan undang-undang kekadaran jisim dan tenaga E = ms 2. Tenaga gelombang elektromagnet yang dipancarkan semasa masa t, adalah sama dengan hasil aliran tenaga Ф e ((kuasa sinaran) mengikut masa: E=Ф e t. Oleh itu, Ф e =ms 2, dari mana m= Ф e/s 2.
d Φ e (\displaystyle d\Phi _(e)), dipancarkan oleh kawasan kecil permukaan sumber sinaran, ke kawasannya d S (\displaystyle dS) : M e = d Φ e d S . (\displaystyle M_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(dS)).)Ia juga dikatakan bahawa kilauan bertenaga ialah ketumpatan permukaan fluks sinaran yang dipancarkan.
Secara berangka, kilauan bertenaga adalah sama dengan modulus purata masa komponen vektor Poynting yang berserenjang dengan permukaan. Dalam kes ini, purata dijalankan dalam tempoh yang jauh melebihi tempoh ayunan elektromagnet.
Sinaran yang dipancarkan boleh timbul di permukaan itu sendiri, kemudian mereka bercakap tentang permukaan bercahaya sendiri. Pilihan lain diperhatikan apabila permukaan diterangi dari luar. Dalam kes sebegini, beberapa bahagian fluks kejadian semestinya kembali semula akibat daripada serakan dan pantulan. Kemudian ungkapan untuk kilauan bertenaga mempunyai bentuk:
M e = (ρ + σ) ⋅ E e , (\displaystyle M_(e)=(\rho +\sigma)\cdot E_(e),)di mana ρ (\displaystyle \rho ) Dan σ (\displaystyle \sigma )- pekali pantulan dan pekali serakan permukaan, masing-masing, dan - sinarannya.
Nama lain kilauan bertenaga, kadangkala digunakan dalam kesusasteraan, tetapi tidak disediakan oleh GOST: - emisitiviti Dan emisitiviti bersepadu.
Ketumpatan spektrum kilauan bertenaga
Ketumpatan spektrum kilauan bertenaga M e , λ (λ) (\displaystyle M_(e,\lambda )(\lambda))- nisbah magnitud kilauan bertenaga d M e (λ) , (\displaystyle dM_(e)(\lambda),) jatuh pada selang spektrum kecil d λ , (\displaystyle d\lambda ,), membuat kesimpulan antara λ (\displaystyle \lambda) Dan λ + d λ (\displaystyle \lambda +d\lambda ), kepada lebar selang ini:
M e , λ (λ) = d M e (λ) d λ . (\displaystyle M_(e,\lambda )(\lambda)=(\frac (dM_(e)(\lambda))(d\lambda )).)Unit SI ialah W m−3. Oleh kerana panjang gelombang sinaran optik biasanya diukur dalam nanometer, dalam amalan W m −2 nm −1 sering digunakan.
Kadang-kadang dalam sastera M e , λ (\displaystyle M_(e,\lambda )) dipanggil emisitiviti spektrum.
Analog ringan
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 ,)di mana K m (\gaya paparan K_(m))- kecekapan sinaran bercahaya maksimum bersamaan dengan 683 lm / W dalam sistem SI. Nilai berangkanya mengikuti terus dari definisi candela.
Maklumat tentang kuantiti fotometri tenaga asas lain dan analog cahayanya diberikan dalam jadual. Penamaan kuantiti diberikan mengikut GOST 26148-84.
Kuantiti SI fotometrik tenaga| Nama (sinonim) | Penetapan kuantiti | Definisi | Tatatanda unit SI | Magnitud cahaya |
|---|---|---|---|---|
| Tenaga sinaran (tenaga sinaran) | Q e (\displaystyle Q_(e)) atau W (\gaya paparan W) | Tenaga yang dipindahkan oleh sinaran | J | Tenaga cahaya |
| Fluks sinaran (fluks sinaran) | Φ (\displaystyle \Phi ) e atau P (\gaya paparan P) | Φ e = d Q e d t (\displaystyle \Phi _(e)=(\frac (dQ_(e))(dt))) | W | Aliran cahaya |
| Keamatan sinaran (keamatan tenaga cahaya) | I e (\displaystyle I_(e)) | I e = d Φ e d Ω (\displaystyle I_(e)=(\frac (d\Phi _(e))(d\Omega ))) | W sr −1 | Kuasa cahaya |
| Ketumpatan tenaga sinaran volumetrik | U e (\displaystyle U_(e)) | U e = d Q e d V (\displaystyle U_(e)=(\frac (dQ_(e))(dV))) | J m −3 | Ketumpatan isipadu tenaga cahaya |
| Tenaga kecerahan | 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 | Kecerahan |
| Kecerahan tenaga bersepadu | 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 | Kecerahan bersepadu |
| Sinaran (sinar) | 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 |
Ketumpatan spektrum kecerahan tenaga (kecerahan) ialah fungsi yang menunjukkan taburan kecerahan tenaga (kecerahan) merentasi spektrum sinaran.
Maksudnya:
Luminositi bertenaga ialah ketumpatan fluks permukaan tenaga yang dipancarkan oleh permukaan
Kecerahan tenaga ialah jumlah fluks yang dipancarkan per unit luas per unit sudut pepejal dalam arah tertentu
Badan hitam betul-betul- idealisasi fizikal yang digunakan dalam termodinamik, badan yang menyerap semua kejadian sinaran elektromagnet padanya dalam semua julat dan tidak mencerminkan apa-apa. Walaupun namanya, badan hitam sepenuhnya boleh memancarkan sinaran elektromagnet dari sebarang frekuensi dan mempunyai warna secara visual. Spektrum sinaran jasad yang benar-benar hitam hanya ditentukan oleh suhunya.
Badan hitam tulen
Badan hitam tulen- ini adalah abstraksi fizikal (model), yang difahami sebagai badan yang menyerap sepenuhnya semua kejadian sinaran elektromagnet padanya
Untuk badan hitam sepenuhnya
Badan kelabu
Badan kelabu- ini adalah badan yang pekali penyerapannya tidak bergantung pada kekerapan, tetapi hanya bergantung pada suhu
Untuk badan kelabu
Hukum Kirchhoff untuk sinaran haba
Nisbah emisiviti mana-mana jasad kepada kapasiti penyerapannya adalah sama untuk semua jasad pada suhu tertentu untuk frekuensi tertentu dan tidak bergantung kepada bentuk dan sifat kimianya.
Kebergantungan suhu ketumpatan spektrum kecerahan tenaga suatu jasad yang benar-benar hitam
Kebergantungan ketumpatan tenaga sinaran spektrum L (T) jasad hitam pada suhu T dalam julat sinaran gelombang mikro ditetapkan untuk julat suhu dari 6300 hingga 100000 K.
Undang-undang anjakan Wien memberikan pergantungan panjang gelombang di mana fluks sinaran tenaga badan hitam mencapai maksimum pada suhu badan hitam.
B=2.90* m*K
Undang-undang Stefan-Boltzmann
Formula Rayleigh-jeans
Formula Planck
bar berterusan
Kesan foto- ini ialah pelepasan elektron oleh bahan di bawah pengaruh cahaya (dan, secara amnya, sebarang sinaran elektromagnet). Dalam bahan pekat (pepejal dan cecair) terdapat kesan fotoelektrik luaran dan dalaman.
Undang-undang kesan fotoelektrik:
Formulasi Undang-undang pertama kesan fotoelektrik: bilangan elektron yang dipancarkan oleh cahaya dari permukaan logam per unit masa pada frekuensi tertentu adalah berkadar terus dengan fluks cahaya yang menerangi logam itu..
mengikut Undang-undang ke-2 kesan fotoelektrik, tenaga kinetik maksimum elektron yang dikeluarkan oleh cahaya meningkat secara linear dengan kekerapan cahaya dan tidak bergantung pada keamatannya.
Undang-undang ke-3 kesan fotoelektrik: bagi setiap bahan terdapat had merah bagi kesan fotoelektrik, iaitu, kekerapan minimum cahaya (atau panjang gelombang maksimum λ 0) di mana kesan fotoelektrik masih mungkin, dan jika , maka kesan fotoelektrik tidak lagi berlaku..
foton- zarah asas, kuantum sinaran elektromagnet (dalam erti kata sempit cahaya). Ia adalah zarah tak berjisim yang hanya boleh wujud dengan bergerak pada kelajuan cahaya. Caj elektrik foton juga adalah sifar.
Persamaan Einstein untuk kesan fotoelektrik luaran
Photocell- peranti elektronik yang menukar tenaga foton kepada tenaga elektrik. Fotosel pertama berdasarkan kesan fotoelektrik luaran telah dicipta oleh Alexander Stoletov pada akhir abad ke-19.
tenaga, jisim dan momentum foton
Tekanan ringan ialah tekanan yang dihasilkan oleh gelombang cahaya elektromagnet yang berlaku pada permukaan jasad.
Tekanan p yang dikenakan oleh gelombang pada permukaan logam boleh dikira sebagai nisbah paduan daya Lorentz yang bertindak ke atas elektron bebas dalam lapisan permukaan logam dengan luas permukaan logam:
Teori kuantum cahaya menerangkan tekanan ringan akibat daripada foton memindahkan momentumnya kepada atom atau molekul jirim.
Kesan Compton(Kesan Compton) - fenomena perubahan panjang gelombang sinaran elektromagnet akibat penyerakan elastik oleh elektron
Panjang gelombang Compton
Dugaan De Broglie ialah ahli fizik Perancis Louis de Broglie mengemukakan idea mengaitkan sifat gelombang kepada elektron. Melukis analogi antara kuantum, de Broglie mencadangkan bahawa pergerakan elektron atau mana-mana zarah lain dengan jisim rehat dikaitkan dengan proses gelombang.
Dugaan De Broglie menetapkan bahawa zarah bergerak dengan tenaga E dan momentum p sepadan dengan proses gelombang yang frekuensinya sama dengan:
dan panjang gelombang:
di mana p ialah momentum zarah yang bergerak.
Percubaan Davisson-Germer- eksperimen fizikal mengenai pembelauan elektron yang dijalankan pada tahun 1927 oleh saintis Amerika Clinton Davisson dan Lester Germer.
Satu kajian telah dijalankan ke atas pantulan elektron daripada kristal tunggal nikel. Persediaan termasuk kristal tunggal nikel, dikisar pada sudut dan dipasang pada pemegang. Pancaran elektron monokromatik diarahkan secara berserenjang dengan satah keratan yang digilap. Kelajuan elektron ditentukan oleh voltan pada pistol elektron:
Cawan Faraday dipasang pada sudut kepada pancaran elektron kejadian, disambungkan kepada galvanometer sensitif. Berdasarkan bacaan galvanometer, keamatan pancaran elektron yang dipantulkan daripada kristal ditentukan. Keseluruhan pemasangan berada dalam vakum.
Dalam eksperimen, keamatan pancaran elektron yang diserakkan oleh kristal diukur bergantung pada sudut serakan, sudut azimut, dan kelajuan elektron dalam pancaran.
Eksperimen telah menunjukkan bahawa terdapat selektiviti yang ketara dalam penyerakan elektron. Pada sudut dan halaju yang berbeza, keamatan maksimum dan minima diperhatikan dalam sinar pantulan. Keadaan maksimum:
Berikut ialah jarak antara satah.
Oleh itu, pembelauan elektron diperhatikan pada kekisi kristal bagi hablur tunggal. Eksperimen itu merupakan pengesahan cemerlang tentang kewujudan sifat gelombang dalam zarah mikro.
Fungsi gelombang, atau fungsi psi- fungsi bernilai kompleks yang digunakan dalam mekanik kuantum untuk menerangkan keadaan tulen sistem. Adakah pekali pengembangan vektor keadaan berdasarkan asas (biasanya satu koordinat):
di mana ialah vektor asas koordinat, dan ialah fungsi gelombang dalam perwakilan koordinat.
Maksud fizikal fungsi gelombang ialah, menurut tafsiran Copenhagen mekanik kuantum, ketumpatan kebarangkalian mencari zarah pada titik tertentu dalam ruang pada masa tertentu dalam masa dianggap sama dengan kuasa dua nilai mutlak fungsi gelombang negeri ini dalam perwakilan koordinat.
Prinsip Ketidakpastian Heisenberg(atau Heisenberg) dalam mekanik kuantum - ketidaksamaan asas (hubungan ketidakpastian) yang menetapkan had ketepatan untuk penentuan serentak bagi sepasang yang boleh diperhatikan fizikal yang mencirikan sistem kuantum (lihat kuantiti fizik), yang diterangkan oleh pengendali tidak berulang-alik (contohnya, koordinat dan momentum, arus dan voltan, elektrik dan medan magnet). Hubungan ketidakpastian [* 1] menetapkan had yang lebih rendah untuk hasil darab sisihan piawai sepasang kuantum yang boleh diperhatikan. Prinsip ketidakpastian, yang ditemui oleh Werner Heisenberg pada tahun 1927, adalah salah satu asas mekanik kuantum.
Definisi Sekiranya terdapat beberapa (banyak) salinan sistem yang sama dalam keadaan tertentu, maka nilai koordinat dan momentum yang diukur akan mematuhi taburan kebarangkalian tertentu - ini adalah postulat asas mekanik kuantum. Dengan mengukur nilai sisihan piawai koordinat dan sisihan piawai impuls, kita akan mendapati bahawa:
Persamaan Schrödinger
Potensi baik– kawasan ruang di mana terdapat minimum setempat tenaga potensi zarah.
Kesan terowong, terowong- mengatasi halangan berpotensi oleh zarah mikro dalam kes apabila jumlah tenaga (yang kekal tidak berubah semasa terowong) adalah kurang daripada ketinggian halangan. Kesan terowong adalah fenomena sifat kuantum semata-mata, mustahil dan malah bercanggah sama sekali dengan mekanik klasik. Analog kesan terowong dalam optik gelombang boleh menjadi penembusan gelombang cahaya ke dalam medium pemantulan (pada jarak mengikut urutan panjang gelombang cahaya) di bawah keadaan di mana, dari sudut pandangan optik geometri, pantulan dalaman total berlaku. Fenomena terowong mendasari banyak proses penting dalam fizik atom dan molekul, dalam fizik nukleus atom, keadaan pepejal, dll.
Pengayun harmonik dalam mekanik kuantum, ia adalah analog kuantum bagi pengayun harmonik mudah, dalam kes ini, bukan daya yang bertindak ke atas zarah yang dipertimbangkan, tetapi Hamiltonian, iaitu, jumlah tenaga pengayun harmonik, dan potensi; tenaga diandaikan bergantung secara kuadratik pada koordinat. Dengan mengambil kira istilah berikut dalam pengembangan tenaga berpotensi sepanjang koordinat membawa kepada konsep pengayun anharmonik.
Kajian tentang struktur atom telah menunjukkan bahawa atom terdiri daripada nukleus bercas positif, di mana hampir semua jisim tertumpu. h atom, dan elektron bercas negatif yang bergerak mengelilingi nukleus.
Model planet atom Bohr-Rutherford. Pada tahun 1911, Ernest Rutherford, selepas menjalankan satu siri eksperimen, membuat kesimpulan bahawa atom adalah sejenis sistem planet di mana elektron bergerak dalam orbit mengelilingi nukleus yang berat dan bercas positif yang terletak di tengah atom (“atom Rutherford). model”). Walau bagaimanapun, perihalan atom tersebut bercanggah dengan elektrodinamik klasik. Hakikatnya, menurut elektrodinamik klasik, elektron, apabila bergerak dengan pecutan sentripetal, harus memancarkan gelombang elektromagnet dan, oleh itu, kehilangan tenaga. Pengiraan menunjukkan bahawa masa yang diperlukan untuk elektron dalam atom sedemikian jatuh ke nukleus adalah tidak penting sama sekali. Untuk menjelaskan kestabilan atom, Niels Bohr terpaksa memperkenalkan postulat yang berlarutan kepada fakta bahawa elektron dalam atom, berada dalam beberapa keadaan tenaga khas, tidak memancarkan tenaga ("model atom Bohr-Rutherford"). Postulat Bohr menunjukkan bahawa mekanik klasik tidak boleh digunakan untuk menggambarkan atom. Kajian lanjut tentang sinaran atom membawa kepada penciptaan mekanik kuantum, yang memungkinkan untuk menjelaskan sebahagian besar fakta yang diperhatikan.
Spektrum pelepasan atom biasanya diperoleh pada suhu tinggi sumber cahaya (plasma, arka atau percikan), di mana bahan itu tersejat, molekulnya berpecah kepada atom individu dan atom teruja untuk bersinar. Analisis atom boleh sama ada pelepasan - kajian spektrum pelepasan, atau penyerapan - kajian spektrum penyerapan.
Spektrum pelepasan atom ialah satu set garis spektrum. Garis spektrum muncul akibat sinaran cahaya monokromatik semasa peralihan elektron daripada satu subperingkat elektronik yang dibenarkan oleh postulat Bohr kepada subperingkat lain yang berlainan aras. Sinaran ini dicirikan oleh panjang gelombang K, frekuensi v atau nombor gelombang co.
Spektrum pelepasan atom ialah satu set garis spektrum. Garis spektrum muncul akibat sinaran cahaya monokromatik semasa peralihan elektron daripada satu subperingkat elektronik yang dibenarkan oleh postulat Bohr kepada subperingkat lain yang berlainan aras.
Model atom Bohr (Model Bohr)- model separa klasik atom yang dicadangkan oleh Niels Bohr pada tahun 1913. Beliau mengambil sebagai asas model planet atom yang dikemukakan oleh Rutherford. Walau bagaimanapun, dari sudut pandangan elektrodinamik klasik, elektron dalam model Rutherford, yang bergerak mengelilingi nukleus, harus memancarkan secara berterusan, dan sangat cepat, setelah kehilangan tenaga, jatuh ke nukleus. Untuk mengatasi masalah ini, Bohr memperkenalkan andaian, intipatinya ialah elektron dalam atom hanya boleh bergerak dalam orbit tertentu (pegun), di mana ia tidak memancarkan, dan pelepasan atau penyerapan berlaku hanya pada saat peralihan dari satu. orbit ke yang lain. Selain itu, hanya orbit tersebut pegun apabila bergerak sepanjang momentum sudut elektron adalah sama dengan nombor integer pemalar Planck: .
Dengan menggunakan andaian ini dan undang-undang mekanik klasik, iaitu kesamaan daya tarikan elektron dari sisi nukleus dan daya empar yang bertindak ke atas elektron berputar, dia memperoleh nilai berikut untuk jejari orbit pegun. dan tenaga elektron yang terletak di orbit ini:
Berikut ialah jisim elektron, Z ialah bilangan proton dalam nukleus, ialah pemalar dielektrik, e ialah cas elektron.
Ia adalah tepat ungkapan untuk tenaga yang boleh diperolehi dengan menggunakan persamaan Schrödinger, menyelesaikan masalah pergerakan elektron dalam medan Coulomb pusat.
Jejari orbit pertama dalam atom hidrogen R 0 =5.2917720859(36)·10 −11 m, kini dipanggil jejari Bohr, atau unit atom panjang dan digunakan secara meluas dalam fizik moden. Tenaga orbit pertama, eV, ialah tenaga pengionan atom hidrogen.
Postulat Bohr
§ Atom hanya boleh berada dalam keadaan pegun khas, atau kuantum, yang setiap satunya mempunyai tenaga tertentu. Dalam keadaan pegun, atom tidak memancarkan gelombang elektromagnet.
§ Elektron dalam atom, tanpa kehilangan tenaga, bergerak di sepanjang orbit bulat diskret tertentu, yang mana momentum sudut dikuantisasi: , di mana nombor asli, dan ialah pemalar Planck. Kehadiran elektron dalam orbit menentukan tenaga keadaan pegun ini.
§ Apabila elektron bergerak dari orbit (tahap tenaga) ke orbit, kuantum tenaga dipancarkan atau diserap, di mana tahap tenaga di antara peralihan berlaku. Apabila bergerak dari tahap atas ke tahap yang lebih rendah, tenaga dipancarkan;
Dengan menggunakan postulat ini dan hukum mekanik klasik, Bohr mencadangkan model atom, kini dipanggil model Bohr atom. Selepas itu, Sommerfeld mengembangkan teori Bohr kepada kes orbit elips. Ia dipanggil model Bohr-Sommerfeld.
Eksperimen Frank dan Hertz
pengalaman telah menunjukkan bahawa elektron memindahkan tenaga mereka kepada atom merkuri dalam bahagian , dan 4.86 eV ialah bahagian terkecil yang mungkin boleh diserap oleh atom merkuri dalam keadaan tenaga tanah
Formula Balmer
Untuk menerangkan panjang gelombang λ daripada empat garisan spektrum hidrogen yang boleh dilihat, I. Balmer mencadangkan formula
di mana n = 3, 4, 5, 6; b = 3645.6 Å.
Pada masa ini, kes khas formula Rydberg digunakan untuk siri Balmer:
di mana λ ialah panjang gelombang,
R≈ 1.0974 10 7 m −1 - Pemalar Rydberg,
n- nombor kuantum utama tahap awal ialah nombor asli lebih besar daripada atau sama dengan 3.
Atom seperti hidrogen- atom yang mengandungi satu dan hanya satu elektron dalam kulit elektronnya.
sinaran X-ray- gelombang elektromagnet, tenaga foton yang terletak pada skala gelombang elektromagnet antara sinaran ultraungu dan sinaran gamma, yang sepadan dengan panjang gelombang dari 10 −2 hingga 10 3 Å (dari 10 −12 hingga 10 −7 m)
tiub sinar-X- peranti vakum elektrik yang direka untuk menjana sinaran X-ray.
Bremsstrahlung- sinaran elektromagnet yang dipancarkan oleh zarah bercas apabila ia bertaburan (brek) dalam medan elektrik. Kadangkala konsep "bremsstrahlung" juga termasuk sinaran zarah bercas relativistik yang bergerak dalam medan magnet makroskopik (dalam pemecut, di angkasa lepas), dan dipanggil magnetobremsstrahlung; walau bagaimanapun, istilah yang lebih biasa digunakan dalam kes ini ialah "radiasi segerak".
SINARAN CIRI- X-ray sinaran spektrum garis. Ciri-ciri atom bagi setiap unsur.
Ikatan kimia- fenomena interaksi atom, disebabkan oleh pertindihan awan elektron zarah ikatan, yang disertai dengan penurunan jumlah tenaga sistem.
spektrum molekul- spektrum pelepasan (penyerapan) yang timbul semasa peralihan kuantum antara tahap tenaga molekul
Tahap tenaga- nilai eigen tenaga sistem kuantum, iaitu sistem yang terdiri daripada mikrozarah (elektron, proton dan zarah asas lain) dan tertakluk kepada undang-undang mekanik kuantum.
Nombor kuantum n – Perkara utama . Ia menentukan tenaga elektron dalam atom hidrogen dan sistem satu elektron (He +, Li 2+, dll.). Dalam kes ini, tenaga elektron
di mana n mengambil nilai dari 1 hingga ∞. Lebih kurang n, semakin besar tenaga interaksi antara elektron dan nukleus. Pada n= 1 atom hidrogen berada dalam keadaan dasar, pada n> 1 – teruja.
Peraturan pemilihan dalam spektroskopi, mereka memanggil sekatan dan larangan pada peralihan antara tahap sistem mekanikal kuantum dengan penyerapan atau pelepasan foton, yang dikenakan oleh undang-undang pemuliharaan dan simetri.
Atom berbilang elektron atom dengan dua atau lebih elektron dipanggil.
Kesan Zeeman- pemisahan garisan spektrum atom dalam medan magnet.
Ditemui pada tahun 1896 oleh Zeeman untuk saluran pelepasan natrium.
Intipati fenomena resonans paramagnet elektron ialah penyerapan resonan sinaran elektromagnet oleh elektron tidak berpasangan. Elektron mempunyai putaran dan momen magnet yang berkaitan.
Tenaga yang hilang oleh badan akibat sinaran haba dicirikan oleh kuantiti berikut.
Fluks sinaran (F) - tenaga yang dipancarkan setiap unit masa dari seluruh permukaan badan.
Sebenarnya, ini adalah kuasa sinaran haba. Dimensi fluks sinaran ialah [J/s = W].
Kecerahan tenaga (Re) - tenaga sinaran haba yang dipancarkan setiap unit masa daripada permukaan unit jasad yang dipanaskan:
Dalam sistem SI, kilauan bertenaga diukur - [W/m 2 ].
Fluks sinaran dan kilauan bertenaga bergantung kepada struktur bahan dan suhunya: Ф = Ф(Т),
Pengagihan kilauan bertenaga ke atas spektrum sinaran haba mencirikannya ketumpatan spektrum. Mari kita nyatakan tenaga sinaran haba yang dipancarkan oleh permukaan unit dalam 1 saat dalam julat panjang gelombang yang sempit dari λ sebelum ini λ +d λ, melalui dRe.
Ketumpatan kilauan spektrum (r) atau emisitiviti Nisbah kilauan bertenaga dalam bahagian sempit spektrum (dRe) kepada lebar bahagian ini (dλ) dipanggil:
Bentuk anggaran ketumpatan spektrum dan kilauan bertenaga (dRe) dalam julat panjang gelombang dari λ sebelum ini λ +d λ, ditunjukkan dalam Rajah. 13.1.
nasi. 13.1. Ketumpatan spektrum kilauan bertenaga
Pergantungan ketumpatan spektrum kilauan bertenaga pada panjang gelombang dipanggil spektrum sinaran badan. Pengetahuan tentang pergantungan ini membolehkan seseorang mengira kecerahan bertenaga badan dalam sebarang julat panjang gelombang. Formula untuk mengira kilauan bertenaga badan dalam julat panjang gelombang ialah:
Jumlah kecerahan ialah:
Badan bukan sahaja mengeluarkan, tetapi juga menyerap sinaran haba. Keupayaan badan untuk menyerap tenaga sinaran bergantung kepada bahan, suhu dan panjang gelombang sinaran itu. Kapasiti penyerapan badan dicirikan oleh pekali serapan monokromatik α.
Biarkan aliran jatuh di permukaan badan monokromatik sinaran Φ λ dengan panjang gelombang λ. Sebahagian daripada aliran ini dipantulkan, dan sebahagiannya diserap oleh badan. Mari kita nyatakan magnitud fluks yang diserap Φ λ abs.
Pekali penyerapan monokromatik α λ ialah nisbah fluks sinaran yang diserap oleh badan tertentu kepada magnitud fluks monokromatik kejadian:
Pekali penyerapan monokromatik ialah kuantiti tanpa dimensi. Nilainya terletak di antara sifar dan satu: 0 ≤ α ≤ 1.
Fungsi α = α(λ,Τ) , menyatakan pergantungan pekali penyerapan monokromatik pada panjang gelombang dan suhu, dipanggil kapasiti penyerapan badan. Penampilannya boleh menjadi agak rumit. Jenis penyerapan yang paling mudah dibincangkan di bawah.
Badan hitam tulen ialah jasad yang pekali penyerapannya adalah sama dengan kesatuan untuk semua panjang gelombang: α = 1.
Badan kelabu ialah badan yang pekali penyerapannya tidak bergantung pada panjang gelombang: α = const< 1.
Badan putih sungguh ialah jasad yang pekali penyerapannya adalah sifar untuk semua panjang gelombang: α = 0.
undang-undang Kirchhoff
undang-undang Kirchhoff- nisbah emisiviti jasad kepada kapasiti penyerapannya adalah sama untuk semua jasad dan sama dengan ketumpatan spektrum kecerahan tenaga jasad hitam mutlak:
= /
Akibat undang-undang:
1. Jika jasad pada suhu tertentu tidak menyerap sebarang sinaran, maka ia tidak memancarkannya. Sesungguhnya, jika untuk panjang gelombang tertentu pekali penyerapan α = 0, maka r = α∙ε(λT) = 0
1. Pada suhu yang sama badan hitam memancar lebih daripada yang lain. Sesungguhnya untuk semua badan kecuali hitam,α < 1, поэтому для них r = α∙ε(λT) < ε
2. Jika untuk badan tertentu kita secara eksperimen menentukan pergantungan pekali penyerapan monokromatik pada panjang gelombang dan suhu - α = r = α(λT), maka kita boleh mengira spektrum sinarannya.
Sinaran terma dipanggil gelombang elektromagnet yang dipancarkan oleh atom yang teruja oleh tenaga gerakan haba mereka. Jika sinaran berada dalam keseimbangan dengan jirim, ia dipanggil sinaran haba keseimbangan.
Semua jasad pada suhu T > 0 K memancarkan gelombang elektromagnet. Gas monatomik jarang memberikan spektrum pelepasan garis, gas poliatomik dan cecair memberikan spektrum berjalur, iaitu kawasan dengan set panjang gelombang yang hampir berterusan. Pepejal memancarkan spektrum berterusan yang terdiri daripada semua panjang gelombang yang mungkin. Mata manusia melihat sinaran dalam julat panjang gelombang yang terhad dari kira-kira 400 hingga 700 nm. Untuk seseorang itu dapat melihat sinaran badan, suhu badan mestilah sekurang-kurangnya 700 o C.
Sinaran terma dicirikan oleh kuantiti berikut:
W- tenaga sinaran (dalam J);
(J/(s.m 2) - kilauan bertenaga (D.S.- kawasan sinaran
permukaan). Kilauan bertenaga R- dalam pengertian -
ialah tenaga yang dipancarkan per unit luas per unit
masa untuk semua panjang gelombang l dari 0 hingga .
Sebagai tambahan kepada ciri-ciri ini, dipanggil integral, mereka juga menggunakan ciri spektrum, yang mengambil kira jumlah tenaga yang dipancarkan per unit selang panjang gelombang atau selang unit
penyerapan (pekali penyerapan) ialah nisbah fluks cahaya yang diserap kepada fluks kejadian, diambil dalam julat kecil panjang gelombang berhampiran panjang gelombang tertentu.
Ketumpatan spektrum kecerahan tenaga adalah secara berangka sama dengan kuasa sinaran per unit luas permukaan badan ini dalam selang frekuensi lebar unit.
Sinaran terma dan sifatnya. Bencana ultraviolet. Keluk pengagihan sinaran terma. hipotesis Planck.
SINARAN TERMA (sinaran suhu) - el-magn. sinaran yang dipancarkan oleh bahan dan timbul disebabkan oleh dalamannya. tenaga (tidak seperti, contohnya, luminescence, yang teruja oleh sumber tenaga luaran). T. dan. mempunyai spektrum berterusan, kedudukan maksimum bergantung pada suhu bahan. Apabila ia meningkat, jumlah tenaga sinaran yang dipancarkan meningkat, dan maksimum bergerak ke kawasan panjang gelombang pendek. T. dan. memancarkan, contohnya, permukaan logam panas, atmosfera bumi, dsb.
T. dan. timbul di bawah syarat keseimbangan terperinci dalam jirim (lihat Prinsip keseimbangan terperinci) untuk semua bukan sinaran. proses, iaitu untuk penguraian. jenis perlanggaran zarah dalam gas dan plasma, untuk pertukaran tenaga elektronik dan getaran. pergerakan dalam pepejal, dsb. Keadaan keseimbangan jirim pada setiap titik dalam ruang ialah keadaan termodinamik tempatan. keseimbangan (LTE) - dalam kes ini ia dicirikan oleh nilai suhu, di mana suhu bergantung. pada ketika ini.
Dalam kes umum sistem badan, yang hanya LTE dan penguraian dijalankan. mata potong mempunyai berbeza suhu, T. dan. tidak dalam keadaan termodinamik. keseimbangan dengan jirim. Badan yang lebih panas mengeluarkan lebih banyak daripada yang diserap, dan yang lebih sejuk melakukan sebaliknya. Terdapat pemindahan sinaran dari badan yang lebih panas kepada yang lebih sejuk. Untuk mengekalkan keadaan pegun, di mana pengedaran suhu dalam sistem dikekalkan, adalah perlu untuk mengimbangi kehilangan tenaga haba dengan badan yang lebih panas memancar dan mengeluarkannya dari badan yang lebih sejuk.
Pada termodinamik penuh Dalam keseimbangan, semua bahagian sistem jasad mempunyai suhu yang sama dan tenaga tenaga haba yang dipancarkan oleh setiap jasad diimbangi oleh tenaga tenaga haba yang diserap oleh jasad ini. badan lain Dalam kes ini, keseimbangan terperinci juga berlaku untuk radiator. peralihan, T. dan. adalah dalam termodinamik keseimbangan dengan bahan dan dipanggil sinaran adalah keseimbangan (radiasi badan hitam mutlak adalah keseimbangan). Spektrum sinaran keseimbangan tidak bergantung pada sifat bahan dan ditentukan oleh hukum sinaran Planck.
Untuk T. dan. Untuk badan bukan hitam, hukum sinaran Kirchhoff adalah sah, menghubungkannya untuk memancarkan. dan menyerap. kebolehan dengan emit. keupayaan badan hitam sepenuhnya.
Dengan adanya LTE, menggunakan undang-undang sinaran Kirchhoff dan Planck kepada pelepasan dan penyerapan T. dan. dalam gas dan plasma, adalah mungkin untuk mengkaji proses pemindahan sinaran. Pertimbangan ini digunakan secara meluas dalam astrofizik, khususnya dalam teori atmosfera bintang.
Bencana ultraviolet- istilah fizikal yang menggambarkan paradoks fizik klasik, yang terdiri daripada fakta bahawa jumlah kuasa sinaran haba mana-mana jasad yang dipanaskan mestilah tidak terhingga. Paradoks itu mendapat namanya kerana fakta bahawa ketumpatan tenaga spektrum sinaran sepatutnya meningkat selama-lamanya apabila panjang gelombang memendekkan.
Pada dasarnya, paradoks ini menunjukkan, jika bukan ketidakkonsistenan dalaman fizik klasik, maka sekurang-kurangnya percanggahan yang sangat tajam (tidak masuk akal) dengan pemerhatian dan eksperimen asas.
Oleh kerana ini tidak bersetuju dengan pemerhatian eksperimen, pada penghujung abad ke-19 timbul kesukaran dalam menerangkan ciri-ciri fotometrik badan.
Masalahnya telah diselesaikan oleh teori kuantum sinaran Max Planck pada tahun 1900.
Hipotesis Planck ialah hipotesis yang dikemukakan pada 14 Disember 1900 oleh Max Planck, yang menyatakan bahawa semasa sinaran haba tenaga dipancarkan dan diserap bukan secara berterusan, tetapi dalam kuantiti (bahagian) yang berasingan. Setiap bahagian kuantum tersebut mempunyai tenaga yang berkadar dengan frekuensi ν sinaran:
di mana h atau ialah pekali perkadaran, kemudian dipanggil pemalar Planck. Berdasarkan hipotesis ini, beliau mencadangkan terbitan teori tentang hubungan antara suhu badan dan sinaran yang dipancarkan oleh badan ini - formula Planck.
Hipotesis Planck kemudiannya disahkan secara eksperimen.