Termal radyasyon Stefan Boltzmann yasası, enerji parlaklığı r e ile siyah bir cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğu arasındaki ilişkidir. Enerjik parlaklık

Vücut emisyonu rl,T sayısal olarak vücudun enerjisine eşittir dWl, vücut sıcaklığı T'de, l'den l'ye kadar dalga boyu aralığında, birim zaman başına vücut yüzeyinden bir vücut tarafından yayılan +dl, onlar.

(2)

Bu niceliğe aynı zamanda vücudun enerji parlaklığının spektral yoğunluğu da denir.

Enerjik parlaklık aşağıdaki formüle göre emisyonla ilişkilidir:

(3)

Emicilik vücut al,T- l'den l'ye kadar olan dalga boyu aralığında, bir cismin yüzeyine gelen radyasyon enerjisinin ne kadarının o cisim tarafından emildiğini gösteren sayı +dl, onlar.

Al için vücut ,T =1 dalga boyu aralığının tamamına mutlak siyah cisim (BLB) adı verilir.

Al için vücut ,T =sabit<1 dalga boyu aralığının tamamındaki griye gri denir.

Nerede- spektral yoğunluk enerjik parlaklık veya vücut emisyonu .

Deneyimler, bir cismin emisyonunun cismin sıcaklığına bağlı olduğunu göstermektedir (her sıcaklık için maksimum radyasyon, kendi frekans aralığında bulunur). Boyut .

Emissiviteyi bilerek enerjik parlaklığı hesaplayabiliriz:

isminde vücudun emme kapasitesi . Aynı zamanda sıcaklığa da büyük ölçüde bağlıdır.

Tanım gereği birden büyük olamaz. Tüm frekanslardaki radyasyonu tamamen emen bir vücut için . Böyle bir vücuda denir kesinlikle siyah (bu bir idealleştirmedir).

Tüm frekanslar için ve birlikten daha az olan bir vücut,isminde gri gövde (bu aynı zamanda bir idealleştirmedir).

Bir vücudun yayma ve emme kapasitesi arasında belirli bir bağlantı vardır. Aşağıdaki deneyi zihinsel olarak yapalım (Şekil 1.1).

Pirinç. 1.1

Kapalı bir kabuğun içinde üç cisim olsun. Vücutlar boşlukta olduğundan enerji alışverişi ancak radyasyon yoluyla gerçekleşebilir. Deneyimler, böyle bir sistemin bir süre sonra termal denge durumuna ulaşacağını göstermektedir (tüm gövdeler ve kabuk aynı sıcaklığa sahip olacaktır).

Bu durumda, daha büyük emisyona sahip bir cisim birim zamanda daha fazla enerji kaybeder, ancak bu nedenle bu cismin aynı zamanda daha büyük bir emme kapasitesine sahip olması gerekir:

Gustav Kirchhoff 1856'da formüle edildi kanun ve önerildi siyah vücut modeli .

Yayma gücünün soğurma oranına oranı vücudun doğasına bağlı değildir; tüm cisimler için aynıdır;(evrensel)Frekans ve sıcaklığın fonksiyonu.

Nerede - evrensel Kirchhoff fonksiyonu.

Bu fonksiyonun evrensel veya mutlak bir karakteri vardır.

Miktarların kendileri ve ayrı ayrı ele alındığında, bir vücuttan diğerine geçerken son derece güçlü bir şekilde değişebilir, ancak oranları sürekli tüm cisimler için (belirli bir frekans ve sıcaklıkta).

Kesinlikle siyah bir cisim için, bu nedenle, yani. evrensel Kirchhoff fonksiyonu tamamen siyah bir cismin yayılımından başka bir şey değildir.

Doğada kesinlikle siyah cisimler yoktur. Kurum veya platin siyahının emme kapasitesi vardır, ancak yalnızca sınırlı bir frekans aralığındadır. Bununla birlikte, küçük bir deliğe sahip bir boşluk, özellikleri bakımından tamamen siyah bir gövdeye çok yakındır. İçeri giren ışın, çoklu yansımalardan sonra ve herhangi bir frekanstaki ışın mutlaka emilir (Şekil 1.2).

Pirinç. 1.2

Böyle bir cihazın (boşluk) emisyonu çok yakındır. F(ν, ,T). Bu nedenle, boşluk duvarları belirli bir sıcaklıkta tutulursa T, daha sonra delikten radyasyon çıkar, spektral bileşim açısından aynı sıcaklıkta tamamen siyah bir cismin radyasyonuna çok yakındır.

Bu radyasyonu bir spektruma ayrıştırarak fonksiyonun deneysel formunu bulabiliriz. F(ν, ,T)(Şekil 1.3), farklı sıcaklıklarda T 3 > T 2 > T 1 .

Pirinç. 1.3

Eğrinin kapladığı alan, siyah cismin ilgili sıcaklıktaki enerjik parlaklığını verir.

Bu eğriler tüm cisimler için aynıdır.

Eğriler moleküler hız dağılım fonksiyonuna benzer. Ancak orada eğrilerin kapladığı alanlar sabittir, ancak burada artan sıcaklıkla birlikte alan önemli ölçüde artar. Bu, enerji uyumluluğunun büyük ölçüde sıcaklığa bağlı olduğunu göstermektedir. Artan sıcaklıkla maksimum radyasyon (emisyon) vardiyalar daha yüksek frekanslara doğru.

Termal radyasyon yasaları

Isıtılan herhangi bir cisim elektromanyetik dalgalar yayar. Vücut sıcaklığı ne kadar yüksek olursa yaydığı dalgalar da o kadar kısa olur. Radyasyonuyla termodinamik dengede olan bir cisme ne ad verilir? kesinlikle siyah (ACHT). Tamamen siyah bir cismin radyasyonu yalnızca sıcaklığına bağlıdır. 1900 yılında Max Planck, tamamen siyah bir cismin belirli bir sıcaklığında, radyasyonunun yoğunluğunun hesaplanabileceği bir formül türetti.

Avusturyalı fizikçiler Stefan ve Boltzmann, siyah bir cismin toplam emisyonu ile sıcaklığı arasındaki niceliksel ilişkiyi ifade eden bir yasa oluşturdular:

Bu yasa denir Stefan-Boltzmann yasası . σ = 5,67∙10 –8 W/(m 2 ∙K 4) sabiti denir Stefan-Boltzmann sabiti .

Tüm Planck eğrileri dalga boyunda belirgin şekilde belirgin bir maksimuma sahiptir

Bu yasanın adı Wien yasası . Böylece, Güneş için T 0 = 5.800 K ve maksimum, optik aralıktaki yeşil renge karşılık gelen λ max ≈ 500 nm dalga boyunda meydana gelir.

Sıcaklık arttıkça, tamamen siyah bir cismin maksimum radyasyonu, spektrumun daha kısa dalga boyu kısmına kayar. Daha sıcak bir yıldız, enerjisinin çoğunu mor ötesi ışında yayar, daha soğuk bir yıldız ise enerjisinin çoğunu kızılötesi ışında yayar.

Fotoğraf efekti. Fotonlar

Fotoelektrik etki 1887'de Alman fizikçi G. Hertz tarafından keşfedildi ve 1888-1890'da A. G. Stoletov tarafından deneysel olarak incelendi. Fotoelektrik etki olgusunun en kapsamlı çalışması 1900 yılında F. Lenard tarafından gerçekleştirildi. Bu zamana kadar elektron zaten keşfedilmişti (1897, J. Thomson) ve fotoelektrik etkinin (veya daha fazlasının) olduğu açıkça ortaya çıktı. tam olarak dış foto etkisi), üzerine düşen ışığın etkisi altında bir maddeden elektronların fırlatılmasından oluşur.

Fotoelektrik etkiyi incelemek için deney düzeneğinin şeması Şekil 2'de gösterilmektedir. 5.2.1.

Deneylerde, yüzeyi iyice temizlenmiş, iki metal elektrotlu bir cam vakum şişesi kullanıldı. Elektrotlara bir miktar voltaj uygulandı sen, polaritesi çift anahtar kullanılarak değiştirilebilir. Elektrotlardan biri (katot K), belirli bir dalga boyunda λ monokromatik ışıkla bir kuvars pencereden aydınlatıldı. Sabit bir ışık akısı durumunda, fotoakım kuvvetinin bağımlılığı alınmıştır. BEN uygulanan voltajdan. Şek. Şekil 5.2.2, katot üzerindeki ışık akısı yoğunluğunun iki değerinde elde edilen böyle bir bağımlılığın tipik eğrilerini göstermektedir.

Eğriler, anot A'daki yeterince büyük pozitif voltajlarda, ışıkla katottan atılan tüm elektronların anoda ulaşması nedeniyle foto akımın doygunluğa ulaştığını göstermektedir. Dikkatli ölçümler doyma akımının BEN n, gelen ışığın yoğunluğuyla doğru orantılıdır. Anottaki voltaj negatif olduğunda katot ile anot arasındaki elektrik alanı elektronları engeller. Yalnızca kinetik enerjisi | AB|. Anottaki voltaj aşağıdakilerden düşükse - sen h, fotoakım durur. Ölçme sen h, fotoelektronların maksimum kinetik enerjisini belirleyebiliriz:

Çok sayıda deneyci fotoelektrik etkinin aşağıdaki temel ilkelerini oluşturmuştur:

1. Fotoelektronların maksimum kinetik enerjisi, artan ışık frekansı ν ile doğrusal olarak artar ve yoğunluğuna bağlı değildir.
2. Her madde için sözde bir kırmızı fotoğraf efekti sınırı yani harici fotoelektrik etkinin hala mümkün olduğu en düşük frekans ν min.
3. Katottan gelen ışığın 1 saniyede yaydığı fotoelektronların sayısı ışık şiddetiyle doğru orantılıdır.
4. Fotoelektrik etki pratikte ataletsizdir; ışık frekansı ν > ν min olması koşuluyla, fotoakım katodun aydınlatılmasının başlamasından hemen sonra meydana gelir.

Fotoelektrik etkinin tüm bu yasaları, klasik fiziğin ışığın madde ile etkileşimi hakkındaki fikirleriyle temelden çelişiyordu. Dalga kavramlarına göre, bir elektron, bir elektromanyetik ışık dalgasıyla etkileşime girdiğinde, yavaş yavaş enerji biriktirecek ve elektronun, ışık yoğunluğuna bağlı olarak, elektronun ışık dalgasının dışına uçmaya yetecek kadar enerji biriktirmesi önemli miktarda zaman alacaktır. katot. Hesaplamaların gösterdiği gibi bu sürenin dakika veya saat cinsinden hesaplanması gerekir. Ancak deneyimler, fotoelektronların katodun aydınlatılmasının başlamasından hemen sonra ortaya çıktığını göstermektedir. Bu modelde fotoelektrik etkinin kırmızı sınırının varlığını anlamak da imkansızdı. Işığın dalga teorisi, fotoelektronların enerjisinin ışık akısının yoğunluğundan bağımsızlığını ve maksimum kinetik enerjinin ışığın frekansıyla orantılılığını açıklayamadı.

Dolayısıyla ışığın elektromanyetik teorisi bu modelleri açıklayamadı.

Çözüm, 1905 yılında A. Einstein tarafından bulundu. Fotoelektrik etkinin gözlemlenen yasalarının teorik bir açıklaması, M. Planck'ın ışığın belirli kısımlarda yayıldığı ve emildiği ve bunların her birinin enerjisi olduğu yönündeki hipotezine dayanarak Einstein tarafından verildi. kısım formülle belirlenir e = H nerede H– Planck sabiti. Einstein kuantum kavramlarının geliştirilmesinde bir sonraki adımı attı. Şu sonuca vardı: ışığın süreksiz (ayrık) bir yapısı vardır. Bir elektromanyetik dalga ayrı bölümlerden oluşur - kuantum, daha sonra adı verilen fotonlar. Bir foton maddeyle etkileşime girdiğinde tüm enerjisini tamamen aktarır H Bir elektron. Elektron, maddenin atomlarıyla çarpışması sırasında bu enerjinin bir kısmını dağıtabilir. Ek olarak, elektron enerjisinin bir kısmı metal-vakum arayüzündeki potansiyel bariyerin aşılması için harcanır. Bunu yapabilmek için elektronun bir iş fonksiyonu gerçekleştirmesi gerekir. A Katot malzemesinin özelliklerine bağlı olarak. Katottan yayılan bir fotoelektronun sahip olabileceği maksimum kinetik enerji, enerjinin korunumu yasasıyla belirlenir:

Bu formüle genellikle denir Einstein'ın fotoelektrik etki denklemi .

Einstein'ın denklemi kullanılarak dış fotoelektrik etkinin tüm yasaları açıklanabilir. Einstein'ın denklemi, maksimum kinetik enerjinin frekansa ve ışık yoğunluğunun bağımsızlığına doğrusal bir bağımlılığını, kırmızı bir sınırın varlığını ve ataletsiz fotoelektrik etkiyi ima eder. Katot yüzeyinden 1 saniyede ayrılan fotoelektronların toplam sayısı, aynı anda yüzeye gelen fotonların sayısıyla orantılı olmalıdır. Bundan doyma akımının ışık akısının yoğunluğuyla doğru orantılı olması gerektiği sonucu çıkar.

Einstein'ın denkleminden aşağıdaki gibi, engelleme potansiyelinin bağımlılığını ifade eden düz çizginin eğim açısının tanjantı senз ν frekansından (Şekil 5.2.3), Planck sabitinin oranına eşit H elektron yüküne e:

Nerede C– ışık hızı, λ cr – fotoelektrik etkinin kırmızı sınırına karşılık gelen dalga boyu. Çoğu metalin bir iş fonksiyonu vardır A birkaç elektron volttur (1 eV = 1,602·10 –19 J). Kuantum fiziğinde elektron volt sıklıkla bir enerji birimi olarak kullanılır. Planck sabitinin saniye başına elektron volt cinsinden ifade edilen değeri şöyledir:

Metaller arasında alkali elementler en düşük iş fonksiyonuna sahiptir. Örneğin sodyum A= 1,9 eV, fotoelektrik etkinin kırmızı sınırına karşılık gelir λ cr ≈ 680 nm. Bu nedenle katot oluşturmak için alkali metal bileşikleri kullanılır. fotoseller , görünür ışığı kaydetmek için tasarlanmıştır.

Yani, fotoelektrik etkinin yasaları, ışığın yayılıp emildiğinde, parçacıklar akışı gibi davrandığını gösterir. fotonlar veya ışık kuantumu .

Foton enerjisi

fotonun momentuma sahip olduğu sonucu çıkar

Böylece, iki yüzyıl süren bir devrimi tamamlayan ışık doktrini, yine ışık parçacıkları - parçacıklar fikirlerine geri döndü.

Ancak bu, Newton'un parçacık teorisine mekanik bir dönüş değildi. 20. yüzyılın başında ışığın ikili bir yapıya sahip olduğu ortaya çıktı. Işık yayıldığında dalga özellikleri ortaya çıkar (girişim, kırınım, polarizasyon) ve madde ile etkileşime girdiğinde parçacık özellikleri ortaya çıkar (fotoelektrik etki). Işığın bu ikili doğasına denir dalga-parçacık ikiliği . Daha sonra elektronların ve diğer temel parçacıkların ikili doğası keşfedildi. Klasik fizik, mikro nesnelerin dalga ve parçacık özelliklerinin birleşiminin görsel bir modelini sağlayamaz. Mikro nesnelerin hareketi klasik Newton mekaniğinin yasalarına göre değil, kuantum mekaniğinin yasalarına göre yönetilir. Bu modern bilimin temelinde M. Planck tarafından geliştirilen kara cisim ışınımı teorisi ve Einstein'ın fotoelektrik etki kuantum teorisi yatmaktadır.

Peki termal radyasyon nedir?

Termal radyasyon, bir madde içindeki atomların ve moleküllerin dönme ve titreşim hareketinin enerjisinden kaynaklanan elektromanyetik radyasyondur. Termal radyasyon, sıcaklığı mutlak sıfırın üzerinde olan tüm cisimlerin karakteristiğidir.

İnsan vücudunun termal radyasyonu, elektromanyetik dalgaların kızılötesi aralığına aittir. Böyle bir radyasyon ilk olarak İngiliz gökbilimci William Herschel tarafından keşfedildi. 1865 yılında İngiliz fizikçi J. Maxwell, kızılötesi radyasyonun elektromanyetik nitelikte olduğunu ve 760 metre uzunluğunda dalgalardan oluştuğunu kanıtladı. nm 1-2'ye kadar mm. Çoğu zaman, IR radyasyonunun tüm aralığı alanlara bölünür: yakın (750 nm-2.500nm), ortalama (2.500 nm - 50.000nm) ve uzun menzilli (50.000 nm-2.000.000nm).

A gövdesinin, ideal bir yansıtıcı (radyasyona dayanıklı) kabuk C ile sınırlanan B boşluğuna yerleştirildiği durumu ele alalım (Şekil 1). Kabuğun iç yüzeyinden çoklu yansımanın bir sonucu olarak, radyasyon ayna boşluğu içinde depolanacak ve kısmen A gövdesi tarafından emilecektir. Bu koşullar altında, sistem boşluğu B - A gövdesi enerji kaybetmeyecek, sadece enerji kaybı yaşanacaktır. A cismi ile B boşluğunu dolduran ışınım arasında sürekli bir enerji alışverişi olsun.

Şekil 1. B boşluğunun ayna duvarlarından termal dalgaların çoklu yansıması

Enerji dağılımı her dalga boyu için değişmeden kalırsa, böyle bir sistemin durumu dengede olacaktır ve radyasyon da dengede olacaktır. Denge radyasyonunun tek türü termaldir. Herhangi bir nedenle radyasyon ile vücut arasındaki denge değişirse, sistemi denge durumuna döndürecek termodinamik süreçler oluşmaya başlar. A cismi emdiğinden daha fazlasını yaymaya başlarsa, vücut iç enerjisini kaybetmeye başlar ve vücut sıcaklığı (iç enerjinin bir ölçüsü olarak) düşmeye başlar, bu da yayılan enerji miktarını azaltır. Yayılan enerji miktarı vücut tarafından emilen enerji miktarına eşit oluncaya kadar vücudun sıcaklığı düşecektir. Böylece bir denge durumu oluşacaktır.

Denge termal radyasyonu aşağıdaki özelliklere sahiptir: homojen (boşluğun tüm noktalarında aynı enerji akısı yoğunluğu), izotropik (olası yayılma yönleri eşit derecede olasıdır), polarize olmayan (elektrik ve manyetik alan kuvveti vektörlerinin yönleri ve değerleri) boşluğun tüm noktalarında düzensiz bir şekilde değişir).

Termal radyasyonun ana niceliksel özellikleri şunlardır:

- enerjik parlaklık birim zaman başına bir birim yüzey alanından her yöne bir vücut tarafından yayılan termal radyasyonun tüm dalga boyları aralığındaki elektromanyetik radyasyon enerjisi miktarıdır: R = E/(S t), [J/(m 2) s)] = [W /m 2 ] Enerji parlaklığı cismin doğasına, cismin sıcaklığına, cismin yüzeyinin durumuna ve radyasyonun dalga boyuna bağlıdır.

- spektral parlaklık yoğunluğu - belirli bir sıcaklıkta (T + dT) belirli dalga boyları (λ + dλ) için bir cismin enerjik parlaklığı: R λ,T = f(λ, T).

Bir cismin belirli dalga boyları içindeki enerjik parlaklığı, T = sabit için R λ,T = f(λ, T)'nin integrali alınarak hesaplanır:

- emme katsayısı - vücut tarafından emilen enerjinin gelen enerjiye oranı. Dolayısıyla, dФ inc akısından gelen radyasyon bir vücuda düşerse, o zaman bir kısmı vücut yüzeyinden yansıtılır - dФ neg, diğer kısmı vücuda geçer ve kısmen dФ abs ısısına dönüşür ve üçüncü kısım , birkaç iç yansımadan sonra vücuttan dışarıya doğru geçer dФ inc : α = dФ abs./dФ aşağı.

Absorbsiyon katsayısı α, soğuran cismin doğasına, emilen radyasyonun dalga boyuna, vücut yüzeyinin sıcaklığına ve durumuna bağlıdır.

- monokromatik soğurma katsayısı- belirli bir sıcaklıkta belirli bir dalga boyundaki termal radyasyonun absorpsiyon katsayısı: α λ,T = f(λ,T)

Cesetler arasında üzerlerine düşen herhangi bir dalga boyundaki tüm termal radyasyonu emebilen cisimler vardır. Bu tür ideal emici cisimlere denir kesinlikle siyah bedenler. Onlar için α =1.

Ayrıca α'nın olduğu gri gövdeler de vardır.<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

Kara cisim modeli, ısıyı geçirmeyen bir kabuğa sahip küçük bir boşluk açıklığıdır. Delik çapı, boşluk çapının 0,1'inden fazla değildir. Sabit bir sıcaklıkta, tamamen siyah bir cismin enerjik parlaklığına karşılık gelen delikten bir miktar enerji yayılır. Ancak kara delik bir idealleştirmedir. Ancak siyah cismin termal radyasyon yasaları gerçek kalıplara yaklaşmaya yardımcı olur.

2. Termal radyasyon yasaları

1. Kirchhoff yasası. Termal radyasyon dengededir; bir vücut tarafından yayılan enerji miktarı, onun tarafından emilen miktardır. Kapalı bir boşlukta bulunan üç cisim için şunu yazabiliriz:

Belirtilen ilişki gövdelerden biri AC olduğunda da geçerli olacaktır:

Çünkü siyah cisim için α λT .
Bu Kirchhoff yasasıdır: Bir cismin enerjik parlaklığının spektral yoğunluğunun onun monokromatik soğurma katsayısına (belirli bir sıcaklıkta ve belirli bir dalga boyunda) oranı, cismin doğasına bağlı değildir ve tüm cisimler için eşittir. Aynı sıcaklık ve dalga boyunda enerjik parlaklığın spektral yoğunluğu.

Kirchhoff yasasının sonuçları:
1. Siyah cismin spektral enerjik parlaklığı, dalga boyunun ve vücut sıcaklığının evrensel bir fonksiyonudur.
2. Siyah cismin spektral enerji parlaklığı en yüksektir.
3. Rastgele bir cismin spektral enerji parlaklığı, emme katsayısı ile tamamen siyah bir cismin spektral enerji parlaklığının çarpımına eşittir.
4. Belirli bir sıcaklıkta herhangi bir cisim, belirli bir sıcaklıkta yaydığı aynı dalga boyunda dalgalar yayar.

Bir dizi elementin spektrumlarının sistematik bir şekilde incelenmesi, Kirchhoff ve Bunsen'in gazların absorpsiyon ve emisyon spektrumları ile karşılık gelen atomların bireyselliği arasında kesin bir bağlantı kurmasına olanak sağladı. Yani önerildi spektral analiz konsantrasyonu 0,1 nm olan maddeleri tanımlayabileceğiniz.

Tamamen siyah bir cisim, gri bir cisim, rastgele bir cisim için enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun dağılımı. Son eğri, bu tür cisimlerin emisyon ve emiliminin seçiciliğini gösteren birkaç maksimum ve minimuma sahiptir.

2. Stefan-Boltzmann yasası.
1879'da Avusturyalı bilim adamları Joseph Stefan (rastgele bir cisim için deneysel olarak) ve Ludwig Boltzmann (teorik olarak siyah bir cisim için), tüm dalga boyu aralığı boyunca toplam enerjik parlaklığın, vücudun mutlak sıcaklığının dördüncü kuvveti ile orantılı olduğunu tespit etti:

3. Şarap Yasası.
Alman fizikçi Wilhelm Wien, 1893'te bir cismin enerjik parlaklığının maksimum spektral yoğunluğunun sıcaklığa bağlı olarak siyah cismin radyasyon spektrumundaki konumunu belirleyen bir yasa formüle etti. Yasaya göre, siyah cismin enerji parlaklığının maksimum spektral yoğunluğunu açıklayan λmax dalga boyu, onun mutlak sıcaklığı T ile ters orantılıdır: λmax = в/t, burada в = 2,9*10 -3 m·K Wien sabitidir.

Böylece, artan sıcaklıkla birlikte yalnızca toplam radyasyon enerjisi değişmekle kalmaz, aynı zamanda enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun dağılım eğrisinin şekli de değişir. Sıcaklık arttıkça maksimum spektral yoğunluk daha kısa dalga boylarına doğru kayar. Bu nedenle Wien yasasına yer değiştirme yasası denir.

Şarap Yasası Geçerlidir optik pirometride- Gözlemciden uzakta bulunan yüksek derecede ısıtılmış cisimlerin radyasyon spektrumundan sıcaklığın belirlenmesine yönelik bir yöntem. Güneş'in sıcaklığını ilk belirleyen bu yöntemdi (470 nm için T = 6160 K).

Sunulan yasalar, enerjik parlaklığın spektral yoğunluğunun dalga boyları üzerindeki dağılımı için teorik olarak denklemler bulmamıza izin vermedi. Rayleigh ve Jeans'in bilim adamlarının klasik fizik yasalarına dayanarak kara cisim radyasyonunun spektral bileşimini inceledikleri çalışmaları, ultraviyole felaketi adı verilen temel zorluklara yol açtı. UV dalgaları aralığında, siyah cismin enerjik parlaklığının sonsuza ulaşması gerekirdi, ancak deneylerde sıfıra düştü. Bu sonuçlar enerjinin korunumu yasasıyla çelişiyordu.

4. Planck'ın teorisi. 1900 yılında bir Alman bilim adamı, cisimlerin sürekli olarak değil, ayrı parçalar halinde - kuantum yaydığı hipotezini öne sürdü. Kuantum enerjisi radyasyon frekansıyla orantılıdır: E = hν = h·c/λ, burada h = 6,63*10 -34 J·s Planck sabiti.

Siyah cismin kuantum radyasyonu hakkındaki fikirlerin rehberliğinde, siyah cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğu için bir denklem elde etti:

Bu formül, tüm sıcaklıklarda tüm dalga boyu aralığındaki deneysel verilere uygundur.

Güneş doğadaki termal radyasyonun ana kaynağıdır. Güneş radyasyonu geniş bir dalga boyu aralığını kaplar: 0,1 nm'den 10 m'ye veya daha fazla. Güneş enerjisinin %99'u 280 ila 6000 aralığında oluşur nm. Dünya yüzeyinin birim alanı başına, dağlarda 800 ila 1000 W/m2 arasındadır. Isının iki milyarda biri dünya yüzeyine ulaşır - 9,23 J/cm2. 6000'den 500000'e kadar termal radyasyon aralığı için nm Güneş enerjisinin %0,4'ünü oluşturur. Dünya atmosferinde kızılötesi radyasyonun çoğu su, oksijen, nitrojen ve karbondioksit molekülleri tarafından emilir. Radyo aralığı da çoğunlukla atmosfer tarafından emilir.

Güneş ışınlarının, dünya atmosferi dışında, güneş ışınlarına dik olarak 82 km yükseklikte bulunan 1 m2 alana 1 saniyede getirdiği enerji miktarına güneş sabiti denir. 1,4 * 103 W/m2'ye eşittir.

Güneş ışınımının normal akı yoğunluğunun spektral dağılımı, 6000 derece sıcaklıktaki siyah cisim için olanla çakışmaktadır. Bu nedenle, termal radyasyona göre Güneş siyah bir cisimdir.

3. Gerçek cisimlerden ve insan vücudundan yayılan radyasyon

İnsan vücudunun yüzeyinden gelen termal radyasyon, ısı transferinde büyük rol oynar. Bu tür ısı transfer yöntemleri vardır: termal iletkenlik (iletim), konveksiyon, radyasyon, buharlaşma. Bir kişinin kendini bulduğu koşullara bağlı olarak, bu yöntemlerin her biri baskın bir role sahip olabilir (örneğin, çok yüksek çevre sıcaklıklarında başrol buharlaşmaya, soğuk su iletiminde ve su sıcaklığı 15'e aittir) derece çıplak kişi için öldürücü bir ortamdır ve 2-4 saat sonra beynin hipotermisi nedeniyle bayılma ve ölüm meydana gelir. Radyasyonun toplam ısı transferindeki payı %75 ile %25 arasında değişebilir. Normal koşullar altında fizyolojik dinlenmede yaklaşık %50.

Canlı organizmaların yaşamında rol oynayan termal radyasyon, kısa dalga boylarına (0,3'ten 3'e kadar) ayrılır. µm) ve uzun dalga boyu (5'ten 100'e kadar) µm). Kısa dalga radyasyonunun kaynağı Güneş ve açık alevdir ve canlı organizmalar yalnızca bu tür radyasyonun alıcılarıdır. Uzun dalga radyasyonu canlı organizmalar tarafından hem yayılır hem de emilir.

Emme katsayısının değeri, ortamın ve vücudun sıcaklıklarının oranına, etkileşim alanına, bu alanların yönüne ve kısa dalga radyasyonu için yüzeyin rengine bağlıdır. Bu nedenle, siyahlarda kısa dalga radyasyonunun yalnızca% 18'i yansıtılırken, beyaz ırktan insanlarda bu oran yaklaşık% 40'tır (büyük olasılıkla, evrimdeki siyahların ten renginin ısı transferiyle hiçbir ilgisi yoktu). Uzun dalga radyasyonu için soğurma katsayısı 1'e yakındır.

Radyasyon yoluyla ısı transferini hesaplamak çok zor bir iştir. Stefan-Boltzmann yasası gerçek cisimler için kullanılamaz çünkü enerjisel parlaklığın sıcaklığa daha karmaşık bir bağımlılığı vardır. Bunun sıcaklığa, vücudun doğasına, vücudun şekline ve yüzeyinin durumuna bağlı olduğu ortaya çıktı. Sıcaklıktaki bir değişiklikle σ katsayısı ve sıcaklık üssü değişir. İnsan vücudunun yüzeyi karmaşık bir yapıya sahiptir, kişi radyasyonu değiştiren kıyafetler giyer ve süreç kişinin bulunduğu duruştan etkilenir.

Gri bir cisim için tüm aralıktaki radyasyon gücü şu formülle belirlenir: P = α d.t. σ·T 4 ·S Gerçek cisimlerin (insan derisi, giysi kumaşları) gri cisimlere yakın olduğu bazı yaklaşımlarla dikkate alındığında, gerçek cisimlerin belirli bir sıcaklıktaki radyasyon gücünü hesaplamak için bir formül bulabiliriz: P = α· σ·T 4 ·S Yayılan cismin ve ortamın farklı koşullar altında sıcaklıkları: P = α·σ·(T 1 4 - T 2 4)·S
Gerçek cisimlerin enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun özellikleri vardır: 310'da İLE Ortalama insan vücudu sıcaklığına karşılık gelen maksimum termal radyasyon 9700 ° C'de meydana gelir. nm. Vücut sıcaklığındaki herhangi bir değişiklik, vücut yüzeyinden gelen termal radyasyonun gücünde bir değişikliğe yol açar (0,1 derece yeterlidir). Bu nedenle, merkezi sinir sistemi aracılığıyla belirli organlara bağlanan cilt bölgelerinin incelenmesi, sıcaklığın oldukça önemli ölçüde değiştiği sonucu olarak hastalıkların tanımlanmasına yardımcı olur ( Zakharyin-Ged bölgelerinin termografisi).

İnsan biyo alanıyla ilginç bir temassız masaj yöntemi (Juna Davitashvili). Avuç içi termal radyasyon gücü 0,1 K ve cildin termal hassasiyeti 0,0001 W/cm2'dir. Yukarıda belirtilen bölgelere etki ederseniz, bu organların çalışmalarını refleks olarak uyarabilirsiniz.

4. Sıcak ve soğuğun biyolojik ve tedavi edici etkileri

İnsan vücudu sürekli olarak termal radyasyon yayar ve emer. Bu süreç insan vücudunun ve çevrenin sıcaklığına bağlıdır. İnsan vücudunun maksimum kızılötesi radyasyonu 9300 nm'dir.

Küçük ve orta dozda IR ışınlaması ile metabolik süreçler geliştirilir ve enzimatik reaksiyonlar, rejenerasyon ve onarım süreçleri hızlandırılır.

Kızılötesi ışınların ve görünür radyasyonun etkisi sonucu dokularda biyolojik olarak aktif maddeler (bradikinin, kalidin, histamin, asetilkolin, esas olarak lokal kan akışının uygulanmasında ve düzenlenmesinde rol oynayan vazomotor maddeler) oluşur.

Kızılötesi ışınların etkisiyle ciltteki termoreseptörler aktive edilir, bilgiler hipotalamusa gönderilir, bunun sonucunda ciltteki kan damarları genişler, içlerinde dolaşan kan hacmi artar ve terleme olur. artar.

Kızılötesi ışınların nüfuz etme derinliği, dalga boyuna, cildin nemine, kanla dolmasına, pigmentasyon derecesine vb. bağlıdır.

Kızılötesi ışınların etkisi altında insan derisinde kırmızı eritem görülür.

Klinik pratikte lokal ve genel hemodinamikleri etkilemek, terlemeyi arttırmak, kasları gevşetmek, ağrıyı azaltmak, hematomların, sızıntıların vb. emilimini hızlandırmak için kullanılır.

Hipertermi koşulları altında radyasyon tedavisinin (termoradyoterapi) antitümör etkisi artar.

IR tedavisinin kullanımının ana endikasyonları: akut cerahatli olmayan inflamatuar süreçler, yanıklar ve donma, kronik inflamatuar süreçler, ülserler, kontraktürler, adezyonlar, eklem, bağ ve kas yaralanmaları, miyozit, miyalji, nevralji. Ana kontrendikasyonlar: tümörler, cerahatli iltihaplar, kanama, dolaşım yetmezliği.

Soğuk, kanamayı durdurmak, ağrıyı hafifletmek ve bazı cilt hastalıklarını tedavi etmek için kullanılır. Sertleşme uzun ömürlülüğe yol açar.

Soğuğun etkisi altında kalp atış hızı ve kan basıncı düşer ve refleks reaksiyonlar engellenir.

Belirli dozlarda soğuk, yanıkların, cerahatli yaraların, trofik ülserlerin, erozyonların ve konjonktivitlerin iyileşmesini uyarır.

Kriyobiyoloji- düşük, fizyolojik olmayan sıcaklıkların etkisi altında hücrelerde, dokularda, organlarda ve vücutta meydana gelen süreçleri inceler.

Tıpta kullanılır kriyoterapi Ve hipertermi. Kriyoterapi, doku ve organların dozlu soğutulmasına dayanan yöntemleri içerir. Kriyocerrahi (kriyoterapinin bir parçası), çıkarılması amacıyla dokuların lokal olarak dondurulmasını kullanır (bademciklerin bir kısmı. Hepsi varsa - kriyotonsillektomi. Tümörler, örneğin cilt, rahim ağzı vb. çıkarılabilir). Kriyoadezyona dayalı kriyoekstraksiyon (yapışma) ıslak vücutların donmuş bir neştere kadar) - bir parçanın bir organdan ayrılması.

Hipertermi ile organların fonksiyonlarını in vivo olarak bir süre daha korumak mümkündür. Anestezi yardımıyla hipotermi, doku metabolizması yavaşladığından kan akışının olmadığı durumlarda organ fonksiyonunu korumak için kullanılır. Dokular hipoksiye karşı dirençli hale gelir. Soğuk anestezi kullanılır.

Isının etkisi, yüksek ısı kapasitesine, zayıf ısı iletkenliğine ve iyi ısı tutma özelliğine sahip fiziksel ortamlar kullanılarak akkor lambalar (Minin lambası, Solux, ışık-termal banyo, IR ışın lambası) kullanılarak gerçekleştirilir: çamur, parafin, ozokerit, naftalin vb.

5. Termal görüntüleme cihazlarının fiziksel temelleri.

Termografi veya termal görüntüleme, insan vücudundan gelen kızılötesi radyasyonun kaydedilmesine dayanan işlevsel bir teşhis yöntemidir.

2 tip termografi vardır:

- temaslı kolesterik termografi: Yöntem, kolesterik sıvı kristallerin (esterlerin ve diğer kolesterol türevlerinin çok bileşenli karışımları) optik özelliklerini kullanır. Bu tür maddeler seçici olarak farklı dalga boylarını yansıtır, bu da insan vücudunun yüzeyinin termal alanının bu maddelerin filmleri üzerinde elde edilmesini mümkün kılar. Filme beyaz bir ışık akışı yönlendirilir. Kolesteriğin uygulandığı yüzeyin sıcaklığına bağlı olarak farklı dalga boyları filmden farklı şekilde yansıtılır.

Sıcaklığın etkisi altında kolesterikler rengi kırmızıdan mora değiştirebilir. Sonuç olarak, sıcaklık-renk ilişkisini bilerek deşifre edilmesi kolay, insan vücudunun termal alanının renkli bir görüntüsü oluşturulur. 0,1 derecelik sıcaklık farkını kaydetmenize izin veren kolesterikler vardır. Böylece, inflamatuar sürecin sınırlarını, gelişiminin farklı aşamalarında inflamatuar infiltrasyon odaklarını belirlemek mümkündür.

Onkolojide termografi, 1,5-2 çapındaki metastatik düğümleri tanımlamayı mümkün kılar mm meme bezinde, ciltte, tiroid bezinde; ortopedi ve travmatolojide, örneğin amputasyondan önce, uzvun her bir bölümüne kan akışını değerlendirmek, yanık derinliğini tahmin etmek vb.; kardiyoloji ve anjiyolojide, kardiyovasküler sistemin normal işleyişindeki bozuklukları, titreşim hastalığına bağlı dolaşım bozukluklarını, kan damarlarının iltihaplanmasını ve tıkanmasını tanımlar; varisli damarlar vb.; beyin cerrahisinde sinir iletimi lezyonlarının yerini belirlemek, apopleksinin neden olduğu nörofelcin yerini doğrulamak; kadın doğum ve jinekolojide hamileliğin belirlenmesi, çocuğun yerinin lokalizasyonu; Çok çeşitli inflamatuar süreçleri teşhis edin.

- Teletermografi - insan vücudundan gelen kızılötesi radyasyonun, bir termal görüntüleme cihazının veya başka bir kayıt cihazının ekranına kaydedilen elektrik sinyallerine dönüştürülmesine dayanır. Yöntem temassızdır.

IR radyasyonu bir ayna sistemi tarafından algılanır, ardından IR ışınları, ana kısmı dedektör olan (foto direnç, metal veya yarı iletken bolometre, termoelement, fotokimyasal gösterge, elektron-optik dönüştürücü, piezoelektrik) IR dalga alıcısına yönlendirilir. dedektörler vb.)

Alıcıdan gelen elektrik sinyalleri bir amplifikatöre ve ardından aynaları hareket ettirmeye (bir nesneyi taramaya), bir TIS nokta ışık kaynağını ısıtmaya (termal radyasyonla orantılı) ve fotoğraf filmini hareket ettirmeye yarayan bir kontrol cihazına iletilir. Film her defasında çalışma yerindeki vücut sıcaklığına göre TIS ile aydınlatılmaktadır.

Kontrol cihazından sonra sinyal ekranlı bir bilgisayar sistemine iletilebilir. Bu, termogramları saklamanıza ve bunları analitik programlar kullanarak işlemenize olanak tanır. Renkli termal görüntüleme cihazlarıyla ek yetenekler sağlanır (sıcaklık açısından benzer renkler zıt renklerle gösterilir) ve izotermler çizilebilir.

Son zamanlarda pek çok şirket, potansiyel bir müşteriye "ulaşmanın" bazen oldukça zor olduğu gerçeğini fark etti; bilgi alanları, algılanmayı bırakacak kadar çeşitli reklam mesajlarıyla doludur.
Aktif telefonla satış, kısa sürede satışları artırmanın en etkili yollarından biri haline geliyor. Soğuk arama, daha önce bir ürün veya hizmet için başvuruda bulunmayan ancak bir dizi faktörden dolayı potansiyel müşteri olan müşterileri çekmeyi amaçlamaktadır. Telefon numarasını çevirdikten sonra aktif satış yöneticisi, soğuk aramanın amacını açıkça anlamalıdır. Sonuçta, telefon görüşmeleri satış yöneticisinin özel beceri ve sabrının yanı sıra müzakere teknikleri ve teknikleri konusunda bilgi sahibi olmasını gerektirir.

ENERJİNİN EMİSYONU VE EMİLİMİ

ATOMLAR VE MOLEKÜLLER

KONU İLE İLGİLİ DERS SORULARI:

1. Termal radyasyon. Ana özellikleri: radyasyon akısı Ф, enerji parlaklığı (yoğunluğu) R, enerji parlaklığının spektral yoğunluğu r λ; absorpsiyon katsayısı α, monokromatik absorpsiyon katsayısı α λ. Tamamen siyah gövde. Kirchhoff yasası.

2. A.ch.t.'nin termal radyasyon spektrumları. (takvim). Termal radyasyonun kuantum doğası (Planck hipotezi; ε λ formülünü hatırlamaya gerek yoktur). A.ch.t. spektrumunun bağımlılığı. sıcaklık (grafik). Şarap Yasası. A.ch.t. için Stefan-Boltzmann yasası (çıkış olmadan) ve diğer gövdeler için.

3. Atomların elektronik kabuklarının yapısı. Enerji seviyeleri. Enerji seviyeleri arasındaki geçişler sırasında enerji emisyonu. Bohr'un formülü ( frekans ve dalga boyu için). Atomların spektrumları. Bir hidrojen atomunun spektrumu. Spektral seri. Moleküllerin ve yoğunlaştırılmış maddenin (sıvılar, katılar) spektrumlarının genel kavramı. Spektral analiz kavramı ve tıpta kullanımı.

4. Lüminesans. Lüminesans türleri. Floresan ve fosforesans. Yarı kararlı seviyelerin rolü. Lüminesans spektrumları. Stokes kuralı. Lüminesans analizi ve tıpta kullanımı.

5. Işık emilimi yasası (Bouguer yasası; sonuç). Geçirgenlik τ ve optik yoğunluk D. Işık absorpsiyonu ile çözeltilerin konsantrasyonunun belirlenmesi.

Laboratuvar çalışması: "bir fotoelektrokolorimetre kullanarak absorpsiyon spektrumunun kaydedilmesi ve çözeltinin konsantrasyonunun belirlenmesi."

EDEBİYAT:

Zorunlu: A.N.Remizov. “Tıbbi ve biyolojik fizik”, M., “Yüksekokul”, 1996, bölüm. 27, §§ 1–3; Bölüm 29, §§ 1,2

• ek: Enerjinin atomlar ve moleküller tarafından emisyonu ve soğurulması, ders, risograf, ed. bölüm, 2002

TEMEL TANIMLAR VE FORMÜLLER

1. Termal radyasyon

Tüm cisimler, herhangi bir dış etki olmasa bile elektromanyetik dalgalar yayarlar. Bu radyasyonun enerji kaynağı, vücudu oluşturan parçacıkların termal hareketidir, bu yüzden buna denir. termal radyasyon. Yüksek sıcaklıklarda (yaklaşık 1000 K veya daha fazla), bu radyasyon kısmen görünür ışık aralığına düşer; daha düşük sıcaklıklarda kızılötesi ışınlar yayılır ve çok düşük sıcaklıklarda radyo dalgaları yayılır.

Radyasyon akısı F - Bu kaynak tarafından yayılan radyasyon gücü, veya Birim zamanda yayılan radyasyon enerjisi: Ф = Р = ; akış ünitesi - watt.

Enerjik parlaklık R - Bu Bir cismin birim yüzeyinden yayılan radyasyon akışı:
; enerjik parlaklık birimi – W.m –2 .

Enerjik parlaklığın spektral yoğunluğu R λ - Bu küçük bir dalga boyu aralığı içindeki bir cismin enerjik parlaklığının oranı (ΔR λ ) bu aralığın değerine Δ λ:

Boyut r λ – W.m - 3

Kesinlikle siyah gövde (a.b.t.) t'yi aradım hangisini yeditamamen gelen radyasyonu emer. Doğada böyle cisimler yoktur, ancak iyi bir a.ch.t. modeli vardır. kapalı bir boşluktaki küçük bir deliktir.

Absorbe edilen radyasyon akısının olaya oranı:
.

Monokromatik soğurma katsayısı belirli bir λ değeri civarında dar bir spektral aralıkta ölçülen soğurma katsayısının değeridir.

Kirchhoff yasası: sabit sıcaklıkta, belirli bir dalga boyundaki enerjik parlaklığın spektral yoğunluğunun, aynı dalga boyundaki monokromatik soğurma katsayısına oranı tüm bedenler için aynı ve a.b.t.'nin enerji parlaklığının spektral yoğunluğuna eşittir. bu dalga boyunda:

(bazen r λ A.Ch.T, ε λ anlamına gelir)

Tamamen siyah bir cisim radyasyonu emer ve yayar tüm dalga boyları, Bu yüzden a.h.t.'nin spektrumu her zaman sağlam. Bu spektrumun türü vücut sıcaklığına bağlıdır. Sıcaklık arttıkça ilk olarak enerjik parlaklık önemli ölçüde artar; ikincisi, maksimum radyasyona karşılık gelen dalga boyu(λ maksimum ) , Daha kısa dalga boylarına doğru kayar :
, burada b ≈ 29090 µm.K -1 ( Wien yasası).

Stefan-Boltzmann yasası: a.h.t.'nin enerjik parlaklığı vücut sıcaklığının dördüncü kuvvetiyle orantılı Kelvin ölçeğinde: R = σT 4

2. Atomlar ve moleküller tarafından enerji emisyonu

Bilindiği gibi, bir atomun elektron kabuğunda, bir elektronun enerjisi yalnızca belirli bir atomun kesin olarak tanımlanmış karakteristik özelliklerini alabilir. Başka bir deyişle şunu söylüyorlar elektron yalnızca belirli bir yerde bulunabilirenerji seviyeleri. Bir elektron belirli bir enerji seviyesindeyken enerjisini değiştirmez, yani ışığı absorbe etmez veya yaymaz. Bir seviyeden diğerine geçerken Elektronun enerjisi değişir ve aynı zamanda emilir veya yayılırışık kuantumu (foton).Bir kuantumun enerjisi, geçişin gerçekleştiği seviyelerin enerjileri arasındaki farka eşittir: E KUANTUM = hν = E n – E m burada n ve m düzey sayılarıdır (Bohr formülü).

Farklı seviyeler arasındaki elektron geçişlerifarklı olasılıklarla ortaya çıkar. Bazı durumlarda geçiş olasılığı sıfıra çok yakındır; karşılık gelen spektral çizgiler normal koşullar altında gözlemlenmez. Bu tür geçişlere denir yasaktır.

Çoğu durumda, bir elektronun enerjisi kuantum enerjisine dönüştürülmeyebilir, bunun yerine atomların veya moleküllerin termal hareket enerjisine dönüştürülebilir. Bu tür geçişlere denir ışınımsal olmayan.

Geçiş olasılığına ek olarak spektral çizgilerin parlaklığı, yayan maddenin atom sayısıyla doğru orantılıdır. Bu bağımlılığın temelinde niceliksel spektral analiz.
3. Lüminesans

Lüminesans herhangi birini ara termal radyasyon değil. Bu radyasyonun enerji kaynaklarının farklı olabileceğinden bahsediyorlar; farklı lüminesans türleri. Bunlardan en önemlileri şunlardır: kemilüminesans– belirli kimyasal reaksiyonlar sırasında ortaya çıkan parıltı; biyolüminesans– bu canlı organizmalardaki kemilüminesanstır; katodolüminesans – televizyon resim tüplerinde, katot ışın tüplerinde, gaz ışık lambalarında vb. kullanılan elektron akışının etkisi altında parlıyor; elektrolüminesans– bir elektrik alanında meydana gelen parıltı (çoğunlukla yarı iletkenlerde). En ilginç lüminesans türü fotolüminesans. Bu, atomların veya moleküllerin bir dalga boyu aralığındaki ışığı (veya UV radyasyonunu) emip diğerinde yaydığı (örneğin, mavi ışınları emip sarı olanları yaydığı) bir süreçtir. Bu durumda madde nispeten yüksek enerjili hν 0 (kısa dalga boyuna sahip) kuantayı emer. Daha sonra elektron hemen zemin seviyesine dönmeyebilir, önce ara seviyeye, sonra da zemin seviyesine gidebilir (birkaç ara seviye olabilir). Çoğu durumda, bazı geçişler ışınımsal değildir, yani elektron enerjisi termal hareket enerjisine dönüştürülür. Bu nedenle, lüminesans sırasında yayılan kuantumun enerjisi, emilen kuantumun enerjisinden daha az olacaktır. Yayılan ışığın dalga boyu, emilen ışığın dalga boyundan büyük olmalıdır. Yukarıdakileri genel formda formüle edersek, şunu elde ederiz: kanun Stokes : Lüminesans spektrumu, lüminesansa neden olan radyasyon spektrumuna göre daha uzun dalgalara doğru kaydırılır.

İki tür ışıldayan madde vardır. Bazılarında, heyecan verici ışık kapatıldıktan sonra parlaklık neredeyse anında durur. Bu kısa vadeli parıltı denir floresan.

Başka türdeki maddelerde heyecan verici ışık kapatıldıktan sonra parlaklık kaybolur gitgide(üstel yasaya göre). Bu uzun vadeli parıltı denir fosforesans. Uzun süreli parlamanın nedeni, bu tür maddelerin atomlarının veya moleküllerinin içerdiği yarı kararlı seviyelerYarı kararlı Bu enerji seviyesine denir elektronların normal seviyelerden çok daha uzun süre kalabileceği. Bu nedenle fosforesansın süresi dakikalar, saatler ve hatta günler olabilir.
4. Işık emilimi kanunu (Bouguer kanunu)

Radyasyon akışı bir maddeden geçtiğinde enerjisinin bir kısmını kaybeder (emilen enerji ısıya dönüşür). Işığın soğurulması yasası denir Bouguer yasası: Ф = Ф 0 ∙ e – κ λ · L ,

burada Ф 0 gelen akıştır, Ф L kalınlığında bir madde katmanından geçen akıştır; κ λ katsayısı denir doğal emilim oranı ( büyüklüğü dalga boyuna bağlıdır) . Pratik hesaplamalarda doğal logaritma yerine ondalık logaritma kullanmayı tercih ediyorlar. O halde Bouguer yasası şu şekli alır: Ф = Ф 0 ∙ 10 – k λ ∙ L ,

nerede kλ – ondalık emilim oranı.

geçirgenlik miktarı adlandırın

Optik yoğunluk D - bu eşitlikle tanımlanan miktardır:
. Başka bir şekilde de söyleyebiliriz: optik yoğunluk D, Bouguer yasası formülündeki üssün içinde yer alan bir niceliktir: D = k λ ∙ L

katsayı χ λ denir molar absorpsiyon oranı(konsantrasyon mol cinsinden verilmişse) veya spesifik absorpsiyon oranı(konsantrasyon gram cinsinden belirtilmişse). Son formülden şunu elde ederiz: Ф = Ф 0 ∙10 - χ λ ∙ C ∙ L(kanun Bugera-Bera)

Bu formüller klinik ve biyokimyasal laboratuvarlarda en yaygın olanların temelini oluşturur. ışık absorpsiyonu ile çözünmüş maddelerin konsantrasyonlarını belirleme yöntemi.

ÖĞRETİM TÜRÜ SORUNLARIN ÇÖZÜMLERİ

(Gelecekte, konuyu kısaltmak adına basitçe “eğitim görevleri” yazacağız)

Elektrikli ısıtıcı (radyatör), 500 W'lık bir kızılötesi ışın akışı yayar. Radyatörün yüzey alanı 3300 cm2'dir. Radyatörün 1 saatte yaydığı enerjiyi ve radyatörün enerjik parlaklığını bulunuz.

Verilen: Bulmak

Ф = 500 W W ve R

t = 1 saat = 3600 sn

S = 3300 cm2 = 0,33 m2

Çözüm:

Radyasyon akısı Ф, birim zaman başına yayılan radyasyon gücü veya enerjisidir:
. Buradan

W = F t = 500 W 3600 s = 18 10 5 J = 1800 kJ

Öğrenme Hedefi #2

İnsan derisinin termal radyasyonu hangi dalga boyunda maksimumdur (yani r λ = maksimum)? Vücudun açıkta kalan kısımlarındaki (yüz, eller) cilt sıcaklığı yaklaşık 30 o C'dir.

Verilen: Bulmak:

Т = 30 о С = 303 К λ maks

Çözüm:

Verileri Wien formülüne yerleştiriyoruz:
,

yani radyasyonun neredeyse tamamı spektrumun IR aralığında yer alır.

Öğrenme Hedefi #3

Elektron 4.7.10 –19 J enerji düzeyindedir.

600 nm dalga boyuna sahip ışıkla ışınlandığında daha yüksek bir enerji seviyesine geçti. Bu seviyenin enerjisini bulun.

Çözüm:

Öğrenme Hedefi #4

Güneş ışığının ondalık su emme oranı 0,09 m–1'dir. Radyasyonun ne kadarı L = 100 m derinliğe ulaşacak?

Verilen Bulmak:

Uzunluk = 100 m

k = 0,09 m – 1

Çözüm:

Bouguer yasasını yazalım:
. L derinliğine ulaşan radyasyonun oranı, açıkçası,
,

yani güneş ışığının milyarda biri 100 m derinliğe ulaşacaktır.
Öğrenme Hedefi #5

Işık sırayla iki filtreden geçer. Birincisinin optik yoğunluğu D1 = 0,6'dır; ikincisi D 2 = 0,4'tür. Radyasyon akışının yüzde kaçı bu sistemden geçecek?

Verilen: Bul:

D 1 = 0,6 (% olarak)

Çözüm:

Çözüme bu sistemin çizimiyle başlıyoruz

SF-1 SF-2

Ф 1'i bulun: Ф 1 = Ф 0 10 – D 1

Benzer şekilde ikinci ışık filtresinden geçen akı şuna eşittir:

Ф 2 = Ф 1 10 – D 2 = Ф 0 10 – D 1 10 – D 2 = Ф 0 10 – (D 1 + D 2)

Elde edilen sonuç genel öneme sahiptir: Işık birden fazla nesneden oluşan bir sistem içerisinden sırayla geçiyorsa,toplam optik yoğunluk bu nesnelerin optik yoğunluklarının toplamına eşit olacaktır .

Sorunumuzun koşulları altında, F 2 = %100∙10 – (0,6 + 0,4) = %100∙10 – 1 = %10 akışı iki ışık filtresinden oluşan bir sistemden geçecektir

Bouguer-Baer yasasına göre özellikle DNA konsantrasyonunu belirlemek mümkündür. Görünür bölgede, nükleik asitlerin çözeltileri şeffaftır, ancak spektrumun UV kısmında güçlü bir şekilde emilirler; Maksimum emilim 260 nm civarındadır. Radyasyonun emiliminin ölçülmesinin tam da spektrumun bu bölgesinde gerekli olduğu açıktır; bu durumda ölçümün hassasiyeti ve doğruluğu en iyi olacaktır.

Sorun koşulları: 260 nm dalga boyuna sahip UV ışınlarının bir DNA çözeltisi tarafından emilimi ölçülürken, iletilen radyasyon akışı %15 oranında zayıflatılmıştır. “x” çözeltisi içeren küvetteki ışının yol uzunluğu 2 cm'dir. 260 nm dalga boyunda DNA için molar absorpsiyon indeksi (ondalık) 1.3.10 5 mol – 1.cm2'dir. çözüm.

Verilen:

F 0 = %100; F = %100 – %15 = %85 Bulmak: DNA'lı

x = 2 cm; λ = 260 nm

χ 260 = 1.3.10 5 mol –1 .cm2

Çözüm:

(Negatif üstelden kurtulmak için kesri “çevirdik”). . Şimdi logaritma alalım:
, Ve
; yerine şunu koyarız:

0,07 ve C =
2.7.10 – 7 mol/cm3

Yöntemin yüksek hassasiyetine dikkat edin!

b = 2900 µm.K; σ = 5.7.10 – 8 W.K 4; h = 6.6.10 – 34 J.s; c = 3,10 8 m.s –1

2. İki ampul tamamen aynı tasarıma sahiptir, ancak birinde filaman saf tungstenden yapılmıştır (α = 0,3), diğerinde ise platin siyahı ile kaplanmıştır (α = 0,93). Hangi ampulün radyasyon akısı daha fazladır? Kaç kez?

3. Radyasyon kaynağı aşağıdaki ise, enerji parlaklığının maksimum spektral yoğunluğuna karşılık gelen dalga boyları spektrumun hangi alanlarında bulunur: a) bir elektrik ampulünün spirali (T = 2.300 K); b) Güneş'in yüzeyi (T = 5.800 K); c) Sıcaklığı yaklaşık 30.000 K olduğu anda nükleer bir patlamanın ateş topunun yüzeyi? Bu radyasyon kaynaklarının özelliklerinin a.ch.t.'den farkı. ihmal etmek.

4. 1000 K yüzey sıcaklığında yüzeyi 2,10 - 3 m2 olan kırmızı-sıcak metal gövde 45,6'lık bir akı yayar. Salı Bu cismin yüzeyinin emme katsayısı nedir?

5. Ampulün gücü 100 W'tır. Filamentin yüzey alanı 0,5.10 - 4 m 2'dir. Filamentin sıcaklığı 2.400 K'dir. Filament yüzeyinin emme katsayısı nedir?

6. 27 0 C cilt sıcaklığında, vücut yüzeyinin her santimetrekaresinden 0,454 W yayılır. Cildin tamamen siyah bir cisim olduğunu düşünmek mümkün müdür (%2'den daha kötü olmayan bir doğrulukla)?

7. Mavi bir yıldızın spektrumunda maksimum emisyon 0,3 mikronluk bir dalga boyuna karşılık gelir. Bu yıldızın yüzey sıcaklığı nedir?

8. Yüzeyi 4.000 cm2 olan bir cisim bir saatte hangi enerjiyi yayar?

400 K sıcaklıkta vücudun emme katsayısı 0,6 ise?

9. Plaka (A) 400 cm2 yüzey alanına sahiptir; emme katsayısı 0,4'tür. 200 cm2 alana sahip başka bir plakanın (B) emme katsayısı 0,2'dir. Plakaların sıcaklığı aynıdır. Hangi plaka daha fazla enerji yayar ve ne kadar?

10 – 16. Kalitatif spektral analiz. Spektrumları organik bileşiklerden birinin absorpsiyon spektrumuna dayanmaktadır.

şekilde gösterilmiştir, hangi fonksiyonel grupların bu maddenin parçası olduğunu belirleyin, Tablo verilerini kullanın:

10 – grafik a); 11 – grafik b); 12 – grafik c); 13 – grafik d);

14 – grafik d); 15 – grafik f); 16 – grafik g).

Grafiğinizde hangi değerin dikey eksende çizildiğine dikkat edin!

17. Işık, geçirgenlik katsayıları 0,2 ve 0,5 olan iki ışık filtresinden sırayla geçer. Böyle bir sistemden radyasyonun yüzde kaçı çıkacaktır?

18. Işık, optik yoğunluğu 0,7 ve 0,4 olan iki filtreden sırayla geçer. Böyle bir sistemden radyasyonun yüzde kaçı geçecektir?

19. Nükleer bir patlamanın ışık radyasyonuna karşı korunmak için ışığı en az bir milyon kat zayıflatan gözlüklere ihtiyacınız vardır. Bu tür camlar yapmak istedikleri camın optik yoğunluğu 3 ve kalınlığı 1 mm'dir. İstenilen sonucu elde etmek için hangi cam kalınlığı alınmalıdır?

20 Lazerle çalışırken gözleri korumak için, lazerin oluşturduğu akının %0,0001'ini aşmayan bir radyasyon akısının göze girebilmesi gerekir. Güvenliği sağlamak için camların optik yoğunluğu ne olmalıdır?

21 – 28 arası problemler için genel ödev (kantitatif analiz):

Şekil bazı maddelerin renkli çözeltilerinin absorpsiyon spektrumlarını göstermektedir. Ek olarak, problemler D değerlerini (maksimum ışık emilimine karşılık gelen dalga boyundaki çözeltinin optik yoğunluğu) ve X(küvet kalınlığı). Çözeltinin konsantrasyonunu bulun.

Grafiğinizde emilim oranının gösterildiği birimlere dikkat edin.

21. Grafik a). D = 0,8 x = 2 cm

22. Grafik b). D = 1,2 x = 1 cm

... 23. Grafik c). D = 0,5 x = 4 cm

24. Grafik d). D = 0,25 x = 2 cm

25 Program d). D = 0,4 x = 3 cm

26. Grafik e) D = 0,9 x = 1 cm

27. Grafik g). D = 0,2 x = 2 cm

Enerji parlaklığının (parlaklık) spektral yoğunluğu, enerji parlaklığının (parlaklığın) radyasyon spektrumu boyunca dağılımını gösteren bir fonksiyondur.
Anlamı:
Enerjik parlaklık, bir yüzey tarafından yayılan enerjinin yüzey akı yoğunluğudur.
Enerji parlaklığı, belirli bir yönde birim katı açı başına birim alan başına yayılan akı miktarıdır

Tamamen siyah gövde- Termodinamikte kullanılan fiziksel bir idealleştirme, üzerine gelen tüm elektromanyetik radyasyonu tüm aralıklarda emen ve hiçbir şeyi yansıtmayan bir cisim. İsmine rağmen, tamamen siyah bir cismin kendisi herhangi bir frekansta elektromanyetik radyasyon yayabilir ve görsel olarak renge sahip olabilir. Tamamen siyah bir cismin radyasyon spektrumu yalnızca sıcaklığıyla belirlenir.

Saf siyah gövde

Saf siyah gövde- bu, üzerine gelen tüm elektromanyetik radyasyonu tamamen emen bir vücut olarak anlaşılan fiziksel bir soyutlamadır (model).

Tamamen siyah bir gövde için

Gri gövde

Gri gövde- bu, emme katsayısı frekansa bağlı olmayan, yalnızca sıcaklığa bağlı olan bir cisimdir

- gri gövde için

Kirchhoff'un termal radyasyon yasası

Herhangi bir cismin emisyonunun emme kapasitesine oranı, belirli bir sıcaklıkta ve belirli bir frekansta tüm cisimler için aynıdır ve şekillerine ve kimyasal yapılarına bağlı değildir.

Kesinlikle siyah bir cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun sıcaklığa bağımlılığı

Siyah bir cismin spektral radyasyon enerjisi yoğunluğunun L (T) mikrodalga radyasyon aralığında T sıcaklığına bağımlılığı, 6300 ila 100000 K sıcaklık aralığı için kurulmuştur.

Wien'in yer değiştirme yasası siyah cisim enerjisinin radyasyon akışının maksimuma ulaştığı dalga boyunun siyah cismin sıcaklığına bağımlılığını verir.

B=2,90* m*K

Stefan-Boltzmann yasası

Rayleigh-kot formülü

Planck'ın formülü

sabit çubuk

Fotoğraf efekti- bu, ışığın (ve genel olarak konuşursak herhangi bir elektromanyetik radyasyonun) etkisi altındaki bir madde tarafından elektronların emisyonudur. Yoğunlaştırılmış maddelerde (katı ve sıvı) dış ve iç fotoelektrik etki vardır.

Fotoelektrik etkinin yasaları:

Formülasyon Fotoelektrik etkinin 1. yasası: belirli bir frekansta birim zamanda bir metalin yüzeyinden ışık tarafından yayılan elektronların sayısı, metali aydınlatan ışık akısı ile doğru orantılıdır.

Buna göre Fotoelektrik Etkinin 2. Yasası, Işığın fırlattığı elektronların maksimum kinetik enerjisi, ışığın frekansıyla doğrusal olarak artar ve yoğunluğuna bağlı değildir..

Fotoelektrik Etkinin 3. Yasası: her madde için fotoelektrik etkinin kırmızı bir sınırı vardır, yani fotoelektrik etkinin hala mümkün olduğu minimum ışık frekansı (veya maksimum dalga boyu λ 0) vardır ve eğer öyleyse, o zaman fotoelektrik etki artık oluşmaz..

Foton- temel bir parçacık, bir kuantum elektromanyetik radyasyon (ışığın dar anlamında). Ancak ışık hızında hareket ederek var olabilen kütlesiz bir parçacıktır. Bir fotonun elektrik yükü de sıfırdır.

Einstein'ın dış fotoelektrik etki denklemi

Fotosel- foton enerjisini elektrik enerjisine dönüştüren elektronik bir cihaz. Dış fotoelektrik etkiye dayanan ilk fotosel, 19. yüzyılın sonunda Alexander Stoletov tarafından yaratıldı.

fotonun enerjisi, kütlesi ve momentumu

Hafif basınç Bir cismin yüzeyine çarpan elektromanyetik ışık dalgalarının ürettiği basınçtır.

Dalganın metal yüzeye uyguladığı basınç p, metalin yüzey katmanındaki serbest elektronlara etki eden bileşke Lorentz kuvvetlerinin metalin yüzey alanına oranı olarak hesaplanabilir:

Işığın kuantum teorisi açıklıyor hafif basınç fotonların momentumlarını maddenin atomlarına veya moleküllerine aktarması sonucu.

Compton etkisi(Compton etkisi) - elektronların elastik saçılması nedeniyle elektromanyetik radyasyonun dalga boyunun değişmesi olgusu

Compton dalga boyu

De Broglie'nin varsayımı Fransız fizikçi Louis de Broglie'nin elektrona dalga özellikleri atfetme fikrini ortaya atmasıdır. Kuantum arasında bir benzetme yapan de Broglie, bir elektronun veya durgun kütleye sahip herhangi bir parçacığın hareketinin bir dalga süreciyle ilişkili olduğunu öne sürdü.

De Broglie'nin varsayımı Enerjisi E ve momentumu p olan hareketli bir parçacığın, frekansı şuna eşit olan bir dalga sürecine karşılık geldiğini tespit eder:

ve dalga boyu:

burada p, hareketli parçacığın momentumudur.

Davisson-Germer deneyi- 1927'de Amerikalı bilim adamları Clinton Davisson ve Lester Germer tarafından elektron kırınımı üzerine yapılan fiziksel bir deney.

Elektronların nikel tek kristalden yansıması üzerine bir çalışma yapıldı. Kurulum, açılı olarak taşlanmış ve bir tutucuya monte edilmiş tek bir nikel kristalinden oluşuyordu. Monokromatik elektronlardan oluşan bir ışın, cilalı kesit düzlemine dik olarak yönlendirildi. Elektron hızı, elektron tabancasındaki voltajla belirlendi:

Gelen elektron ışınına belli bir açıyla hassas bir galvanometreye bağlanan bir Faraday kabı yerleştirildi. Galvanometrenin okumalarına dayanarak kristalden yansıyan elektron ışınının yoğunluğu belirlendi. Tüm kurulum vakumdaydı.

Deneylerde kristalin saçtığı elektron ışınının şiddeti saçılma açısına bağlı olarak ölçüldü. azimut açısından ışındaki elektronların hızına bağlıdır.

Deneyler elektron saçılımında belirgin bir seçiciliğin olduğunu göstermiştir. Yansıyan ışınlarda farklı açı ve hızlarda yoğunluk maksimumları ve minimumları gözlenir. Maksimum durum:

İşte düzlemler arası mesafe.

Böylece tek bir kristalin kristal kafesinde elektron kırınımı gözlemlendi. Deney, mikropartiküllerdeki dalga özelliklerinin varlığının parlak bir şekilde doğrulanmasıydı.

Dalga fonksiyonu, veya psi işlevi kuantum mekaniğinde bir sistemin saf durumunu tanımlamak için kullanılan karmaşık değerli bir fonksiyondur. Durum vektörünün bir temel (genellikle bir koordinat) üzerindeki genişleme katsayısıdır:

koordinat temel vektörü nerede ve koordinat gösteriminde dalga fonksiyonudur.

Dalga fonksiyonunun fiziksel anlamı, kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumuna göre, uzayın belirli bir noktasında, zamanın belirli bir anında bir parçacığı bulmanın olasılık yoğunluğunun, dalganın mutlak değerinin karesine eşit kabul edilmesidir. koordinat gösteriminde bu durumun dalga fonksiyonu.

Heisenberg Belirsizlik İlkesi(veya Heisenberg) kuantum mekaniğinde - değişmeyen operatörler (örneğin, koordinatlar ve momentum, akım ve gerilim, elektrik ve manyetik alan). Belirsizlik ilişkisi [* 1], bir çift kuantum gözlemlenebilirinin standart sapmalarının çarpımı için bir alt sınır belirler. Werner Heisenberg'in 1927'de keşfettiği belirsizlik ilkesi kuantum mekaniğinin temel taşlarından biridir.

Tanım Belirli bir durumda sistemin birkaç (çok) özdeş kopyası varsa, o zaman ölçülen koordinat ve momentum değerleri belirli bir olasılık dağılımına uyacaktır - bu, kuantum mekaniğinin temel bir varsayımıdır. Koordinatın standart sapması ve darbenin standart sapması değerini ölçerek şunu bulacağız:

Schrödinger denklemi

Potansiyel kuyu– bir parçacığın potansiyel enerjisinin yerel minimumunun bulunduğu uzay bölgesi.

Tünel etkisi, tünel açma- Toplam enerjisinin (tünel açma sırasında değişmeden kalan) bariyerin yüksekliğinden daha az olması durumunda, bir mikropartikül tarafından potansiyel bir bariyerin aşılması. Tünel etkisi tamamen kuantum doğasına ait bir olgudur, imkansızdır ve hatta klasik mekaniğe tamamen aykırıdır. Dalga optiğindeki tünel etkisinin bir benzeri, geometrik optik açısından toplam iç yansımanın meydana geldiği koşullar altında bir ışık dalgasının yansıtıcı bir ortama (ışık dalga boyu düzeyindeki mesafelerde) nüfuz etmesi olabilir. Tünel açma olgusu atom ve moleküler fizikte, atom çekirdeği fiziğinde, katı hal vb. alanlardaki birçok önemli sürecin temelini oluşturur.

Harmonik osilatör kuantum mekaniğinde, basit bir harmonik osilatörün kuantum analoğudur, parçacık üzerine etki eden kuvvetler dikkate alınmaz, ancak Hamiltoniyen, yani harmonik osilatörün toplam enerjisi ve potansiyel enerjinin ikinci dereceden bağlı olduğu varsayılır. koordinatlar üzerinde. Potansiyel enerjinin bir koordinat boyunca genişlemesinde aşağıdaki terimlerin dikkate alınması, harmonik olmayan osilatör kavramına yol açar.

Atomların yapısının incelenmesi, atomların neredeyse tüm kütlenin yoğunlaştığı pozitif yüklü bir çekirdekten oluştuğunu göstermiştir. atomun h'si ve çekirdeğin etrafında hareket eden negatif yüklü elektronlar.

Atomun Bohr-Rutherford gezegen modeli. 1911'de Ernest Rutherford, bir dizi deney yaptıktan sonra, atomun, elektronların, atomun merkezinde bulunan ağır, pozitif yüklü bir çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde hareket ettiği bir tür gezegen sistemi olduğu sonucuna vardı ("Rutherford atomu") modeli”). Ancak atomun bu şekilde tanımlanması klasik elektrodinamikle çelişiyordu. Gerçek şu ki, klasik elektrodinamiğe göre, merkezcil ivmeyle hareket eden bir elektronun elektromanyetik dalgalar yayması ve dolayısıyla enerji kaybetmesi gerekir. Hesaplamalar, böyle bir atomdaki bir elektronun çekirdeğe düşmesi için geçen sürenin kesinlikle önemsiz olduğunu gösterdi. Niels Bohr, atomların kararlılığını açıklamak için, bazı özel enerji durumlarında bulunan bir atomdaki elektronun enerji yaymadığı gerçeğine dayanan varsayımları sunmak zorunda kaldı (“Bohr-Rutherford atom modeli”). Bohr'un önermeleri, klasik mekaniğin atomu tanımlamak için uygulanamayacağını gösterdi. Atomik radyasyonun daha ileri düzeyde incelenmesi, gözlemlenen gerçeklerin büyük çoğunluğunun açıklanmasını mümkün kılan kuantum mekaniğinin yaratılmasına yol açtı.

Atomların emisyon spektrumları genellikle bir ışık kaynağının (plazma, ark veya kıvılcım) yüksek sıcaklığında elde edilir; burada madde buharlaşır, molekülleri tek tek atomlara bölünür ve atomlar parlayacak şekilde uyarılır. Atomik analiz, emisyon - emisyon spektrumlarının incelenmesi veya absorpsiyon - absorpsiyon spektrumlarının incelenmesi olabilir.
Bir atomun emisyon spektrumu bir dizi spektral çizgiden oluşur. Spektral çizgi, bir elektronun Bohr'un varsayımının izin verdiği bir elektronik alt seviyeden farklı seviyelerin başka bir alt seviyesine geçişi sırasında monokromatik ışık radyasyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkar. Bu radyasyon dalga boyu K, frekans v veya dalga numarası co ile karakterize edilir.
Bir atomun emisyon spektrumu bir dizi spektral çizgiden oluşur. Spektral çizgi, bir elektronun Bohr'un varsayımının izin verdiği bir elektronik alt seviyeden farklı seviyelerin başka bir alt seviyesine geçişi sırasında monokromatik ışık radyasyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Atomun Bohr modeli (Bohr Modeli)- Niels Bohr tarafından 1913'te önerilen yarı klasik bir atom modeli. Rutherford tarafından öne sürülen atomun gezegen modelini temel aldı. Ancak klasik elektrodinamik açısından bakıldığında, Rutherford modelinde çekirdeğin etrafında hareket eden bir elektronun sürekli olarak salınması ve çok hızlı bir şekilde enerji kaybıyla çekirdeğe düşmesi gerekir. Bohr, bu sorunun üstesinden gelmek için, özü, bir atomdaki elektronların yalnızca belirli (sabit) yörüngelerde hareket edebildikleri, yayılmadıkları ve emisyon veya soğurmanın yalnızca birinden geçiş anında meydana geldiği varsayımını ortaya attı. diğerine yörüngede. Dahası, yalnızca elektronun açısal momentumunun Planck sabitlerinin tam sayısına eşit olduğu yörüngeler hareket halindeyken sabittir: .

Bu varsayımı ve klasik mekanik yasalarını, yani bir elektronun çekirdeğin yanından çekme kuvvetinin ve dönen bir elektrona etki eden merkezkaç kuvvetinin eşitliğini kullanarak, sabit bir yörüngenin yarıçapı için aşağıdaki değerleri elde etti: ve bu yörüngede bulunan elektronun enerjisi:

Burada elektronun kütlesi, Z çekirdekteki proton sayısı, dielektrik sabiti, e elektronun yüküdür.

Merkezi Coulomb alanındaki bir elektronun hareketi problemini çözen Schrödinger denklemi uygulanarak elde edilebilecek olan tam olarak bu enerji ifadesidir.

Hidrojen atomundaki ilk yörüngenin yarıçapı R 0 =5,2917720859(36)·10 −11 m, artık Bohr yarıçapı veya atomik uzunluk birimi olarak adlandırılıyor ve modern fizikte yaygın olarak kullanılıyor. Birinci yörüngenin enerjisi, eV, hidrojen atomunun iyonlaşma enerjisidir.

Bohr'un varsayımları

§ Bir atom yalnızca her biri belirli bir enerjiye sahip olan özel durağan veya kuantum hallerinde olabilir. Durağan durumda bir atom elektromanyetik dalgalar yaymaz.

§ Bir atomdaki bir elektron, enerji kaybetmeden, açısal momentumun kuantize edildiği belirli ayrı dairesel yörüngeler boyunca hareket eder: burada doğal sayılardır ve Planck sabitidir. Yörüngede bir elektronun varlığı bu durağan durumların enerjisini belirler.

§ Bir elektron bir yörüngeden (enerji seviyesinden) bir yörüngeye hareket ettiğinde, bir miktar enerji yayılır veya emilir; bunlar arasında geçişin gerçekleştiği enerji seviyeleri bulunur. Üst seviyeden alt seviyeye geçerken enerji yayılır; alt seviyeden üst seviyeye geçerken ise emilir.

Bohr, bu varsayımları ve klasik mekaniğin yasalarını kullanarak, şimdi Bohr atom modeli olarak adlandırılan bir atom modeli önerdi. Daha sonra Sommerfeld, Bohr'un teorisini eliptik yörüngeler durumunu da kapsayacak şekilde genişletti. Buna Bohr-Sommerfeld modeli denir.

Frank ve Hertz deneyleri

deneyim şunu göstermiştir elektronlar enerjilerini porsiyonlar halinde cıva atomlarına aktarırlar ve 4,86 ​​eV, temel enerji durumunda bir cıva atomu tarafından absorbe edilebilecek mümkün olan en küçük kısımdır.

Balmer formülü

Hidrojen spektrumunun dört görünür çizgisinin dalga boylarını λ tanımlamak için I. Balmer şu formülü önerdi:

burada n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å.

Şu anda Balmer serisi için Rydberg formülünün özel bir durumu kullanılmaktadır:

burada λ dalga boyudur,

R≈ 1,0974 10 7 m −1 - Rydberg sabiti,

N- başlangıç ​​seviyesinin ana kuantum sayısı 3'ten büyük veya ona eşit bir doğal sayıdır.

Hidrojen benzeri atom- elektron kabuğunda bir ve yalnızca bir elektron içeren bir atom.

X-ışını radyasyonu- fotonların enerjisi, ultraviyole radyasyon ve gama radyasyonu arasındaki elektromanyetik dalgalar ölçeğinde yer alan, 10 −2 ila 10 3 Å (10 −12 ila 10 −7 m) dalga boylarına karşılık gelen elektromanyetik dalgalar

X-ışını tüpü- X-ışını radyasyonu üretmek için tasarlanmış bir elektrikli vakum cihazı.

Bremsstrahlung- yüklü bir parçacık tarafından bir elektrik alanında saçıldığında (frenlendiğinde) yayılan elektromanyetik radyasyon. Bazen "bremsstrahlung" kavramı aynı zamanda makroskobik manyetik alanlarda (hızlandırıcılarda, uzayda) hareket eden göreli yüklü parçacıkların radyasyonunu da içerir ve magnetobremsstrahlung olarak adlandırılır; ancak bu durumda daha yaygın olarak kullanılan terim "senkrotron radyasyonu"dur.

KARAKTERİSTİK EMİSYON- Röntgen çizgi spektrumu radyasyonu. Her elementin atomlarının karakteristiği.

Kimyasal bağ- Sistemin toplam enerjisinde bir azalmanın eşlik ettiği, bağlayıcı parçacıkların elektron bulutlarının örtüşmesinin neden olduğu atomların etkileşimi olgusu.

moleküler spektrum- moleküllerin enerji seviyeleri arasındaki kuantum geçişleri sırasında ortaya çıkan emisyon (absorbsiyon) spektrumu

Enerji seviyesi- kuantum sistemlerinin enerjisinin özdeğerleri, yani mikropartiküllerden (elektronlar, protonlar ve diğer temel parçacıklar) oluşan ve kuantum mekaniği yasalarına tabi olan sistemler.

Kuantum numarası N – Ana şey . Hidrojen atomu ve tek elektronlu sistemlerdeki (He +, Li 2+ vb.) elektronun enerjisini belirler. Bu durumda elektron enerjisi

Nerede N 1'den ∞'a kadar değerler alır. Daha az N Elektron ve çekirdek arasındaki etkileşimin enerjisi ne kadar büyük olursa. Şu tarihte: N= 1 hidrojen atomu temel durumda N> 1 – heyecanlı.

Seçim kuralları Spektroskopide, bir kuantum mekanik sisteminin seviyeleri arasındaki geçişlere, bir fotonun soğurulması veya emisyonu ile korunum yasaları ve simetri tarafından dayatılan kısıtlamalar ve yasaklar diyorlar.

Çok elektronlu atomlar iki veya daha fazla elektrona sahip olan atomlara denir.

Zeeman etkisi- manyetik alanda atomik spektrum çizgilerinin bölünmesi.

1896 yılında Zeeman tarafından sodyum emisyon hatları için keşfedilmiştir.

Elektron paramanyetik rezonansı olgusunun özü, elektromanyetik radyasyonun eşleşmemiş elektronlar tarafından rezonans emilimidir. Bir elektronun bir dönüşü ve buna bağlı bir manyetik momenti vardır.