Bức xạ nhiệt Định luật Stefan Boltzmann là mối quan hệ giữa độ sáng năng lượng re và mật độ quang phổ của độ sáng năng lượng của vật đen. Độ sáng tràn đầy năng lượng

Độ phát xạ cơ thể rl, T về số lượng bằng năng lượng của cơ thể dWl, do một cơ thể phát ra từ một đơn vị bề mặt cơ thể, trong một đơn vị thời gian ở nhiệt độ cơ thể T, trong phạm vi bước sóng từ l đến l +dl, những thứ kia.

(2)

Đại lượng này còn được gọi là mật độ quang phổ của độ sáng năng lượng của cơ thể.

Độ sáng năng lượng có liên quan đến độ phát xạ theo công thức

(3)

Độ hấp thụ thân hình ,T- một con số biểu thị phần năng lượng bức xạ tới bề mặt của vật thể được nó hấp thụ trong phạm vi bước sóng từ l đến l +dl, những thứ kia.

Cơ thể mà al ,T =1 trên toàn bộ dải bước sóng được gọi là vật đen tuyệt đối (BLB).

Cơ thể mà al ,T = hằng<1 trên toàn bộ phạm vi bước sóng được gọi là màu xám.

Ở đâu- mật độ quang phổ độ sáng năng lượng, hoặc độ phát xạ của cơ thể .

Kinh nghiệm cho thấy độ phát xạ của cơ thể phụ thuộc vào nhiệt độ của cơ thể (đối với mỗi nhiệt độ, bức xạ cực đại nằm trong dải tần số riêng của nó). Kích thước .

Biết độ phát xạ, chúng ta có thể tính độ sáng năng lượng:

gọi điện khả năng hấp thụ của cơ thể . Nó còn phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ.

Theo định nghĩa, nó không thể lớn hơn một. Đối với một vật thể hấp thụ hoàn toàn bức xạ ở mọi tần số, . Cơ thể như vậy được gọi là hoàn toàn đen (đây là một sự lý tưởng hóa).

Một cơ thể nhỏ hơn sự thống nhất cho tất cả các tần số,gọi điện cơ thể màu xám (đây cũng là một sự lý tưởng hóa).

Có một mối liên hệ nhất định giữa khả năng phát xạ và khả năng hấp thụ của cơ thể. Hãy cùng thực hiện thí nghiệm sau đây (Hình 1.1).

Cơm. 1.1

Giả sử có ba vật thể bên trong một cái vỏ kín. Các vật thể ở trong chân không nên sự trao đổi năng lượng chỉ có thể xảy ra thông qua bức xạ. Kinh nghiệm cho thấy rằng sau một thời gian, một hệ như vậy sẽ đạt đến trạng thái cân bằng nhiệt (tất cả các vật và vỏ sẽ có cùng nhiệt độ).

Ở trạng thái này, vật thể có độ phát xạ lớn hơn sẽ mất nhiều năng lượng hơn trên một đơn vị thời gian, nhưng do đó, vật thể này cũng phải có khả năng hấp thụ lớn hơn:

Gustav Kirchhoff đưa ra công thức vào năm 1856 pháp luật và đề xuất người mẫu da đen .

Tỷ lệ giữa độ phát xạ và khả năng hấp thụ không phụ thuộc vào bản chất của cơ thể; nó giống nhau đối với mọi vật thể;(phổ quát)hàm của tần số và nhiệt độ.

Ở đâu - hàm Kirchhoff phổ quát.

Hàm này có tính chất phổ quát hoặc tuyệt đối.

Bản thân các đại lượng, nếu xét riêng lẻ, có thể thay đổi cực kỳ mạnh mẽ khi chuyển từ vật này sang vật khác, nhưng tỉ số của chúng liên tục cho mọi vật thể (ở tần số và nhiệt độ nhất định).

Do đó, đối với một vật thể hoàn toàn đen, đối với nó, tức là hàm Kirchhoff phổ quát không gì khác hơn là độ phát xạ của một vật đen hoàn toàn.

Các vật thể đen tuyệt đối không tồn tại trong tự nhiên. Màu đen bồ hóng hoặc bạch kim có khả năng hấp thụ nhưng chỉ ở một dải tần số hạn chế. Tuy nhiên, một khoang có một lỗ nhỏ có đặc tính rất gần với một vật thể hoàn toàn màu đen. Chùm tia đi vào bên trong nhất thiết phải bị hấp thụ sau nhiều lần phản xạ và chùm tia có tần số bất kỳ (Hình 1.2).

Cơm. 1.2

Độ phát xạ của một thiết bị (khoang) như vậy rất gần với f(ν, ,T). Vì vậy, nếu thành khoang được duy trì ở nhiệt độ T, khi đó bức xạ thoát ra khỏi lỗ, có thành phần quang phổ rất gần với bức xạ của một vật thể hoàn toàn đen ở cùng nhiệt độ.

Bằng cách phân tách bức xạ này thành quang phổ, người ta có thể tìm ra dạng thực nghiệm của hàm số f(ν, ,T)(Hình 1.3), ở các nhiệt độ khác nhau T 3 > T 2 > T 1 .

Cơm. 1.3

Vùng được bao phủ bởi đường cong mang lại độ sáng mạnh mẽ của vật thể màu đen ở nhiệt độ tương ứng.

Những đường cong này giống nhau đối với mọi cơ thể.

Các đường cong tương tự như hàm phân bố vận tốc của các phân tử. Nhưng ở đó, diện tích được bao phủ bởi các đường cong không đổi, nhưng ở đây khi nhiệt độ tăng thì diện tích sẽ tăng lên đáng kể. Điều này cho thấy khả năng tương thích năng lượng phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ. Bức xạ tối đa (độ phát xạ) khi nhiệt độ tăng ca về phía tần số cao hơn.

Định luật bức xạ nhiệt

Bất kỳ cơ thể nóng lên đều phát ra sóng điện từ. Nhiệt độ cơ thể càng cao thì sóng phát ra càng ngắn. Một vật ở trạng thái cân bằng nhiệt động với bức xạ của nó được gọi là hoàn toàn đen (ACHT). Bức xạ của một vật đen hoàn toàn chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nó. Năm 1900, Max Planck đưa ra một công thức theo đó, ở một nhiệt độ nhất định của một vật đen hoàn toàn, người ta có thể tính được cường độ bức xạ của nó.

Các nhà vật lý người Áo Stefan và Boltzmann đã thiết lập một định luật thể hiện mối quan hệ định lượng giữa tổng độ phát xạ và nhiệt độ của vật đen:

Luật này được gọi là Định luật Stefan-Boltzmann . Hằng số σ = 5,67∙10 –8 W/(m 2 ∙K 4) được gọi là Hằng số Stefan–Boltzmann .

Tất cả các đường cong Planck đều có cực đại rõ rệt ở bước sóng

Luật này được gọi là định luật Wien . Như vậy, đối với Mặt trời T 0 = 5.800 K, và cực đại xảy ra ở bước sóng λ max ≈ 500 nm, tương ứng với màu xanh lục trong dải quang học.

Khi nhiệt độ ngày càng tăng, bức xạ cực đại của vật thể hoàn toàn đen sẽ chuyển sang phần bước sóng ngắn hơn của quang phổ. Một ngôi sao nóng hơn phát ra phần lớn năng lượng của nó ở vùng tử ngoại, trong khi một ngôi sao lạnh hơn phát ra phần lớn năng lượng ở vùng hồng ngoại.

Hiệu ứng ảnh. Photon

Hiệu ứng quang điệnđược phát hiện vào năm 1887 bởi nhà vật lý người Đức G. Hertz và được A. G. Stoletov nghiên cứu thực nghiệm vào năm 1888–1890. Nghiên cứu đầy đủ nhất về hiện tượng hiệu ứng quang điện được thực hiện bởi F. Lenard vào năm 1900. Vào thời điểm này, electron đã được phát hiện (1897, J. Thomson), và người ta thấy rõ rằng hiệu ứng quang điện (hoặc hơn thế nữa). chính xác là hiệu ứng quang học bên ngoài) bao gồm sự phóng electron ra khỏi một chất dưới tác dụng của ánh sáng chiếu vào nó.

Sơ đồ bố trí thí nghiệm nghiên cứu hiệu ứng quang điện được thể hiện trên hình 2. 5.2.1.

Các thí nghiệm sử dụng một chai chân không bằng thủy tinh có hai điện cực kim loại, bề mặt của chúng đã được làm sạch hoàn toàn. Một số điện áp được đặt vào các điện cực bạn, cực của nó có thể được thay đổi bằng phím kép. Một trong các điện cực (cực âm K) được chiếu sáng qua cửa sổ thạch anh bằng ánh sáng đơn sắc có bước sóng nhất định λ. Với quang thông không đổi, sự phụ thuộc của cường độ dòng quang được tính TÔI từ điện áp áp dụng. Trong hình. Hình 5.2.2 biểu diễn các đường cong điển hình của sự phụ thuộc đó, thu được ở hai giá trị cường độ quang thông tới cực âm.

Các đường cong cho thấy rằng ở điện áp dương đủ lớn ở cực dương A, dòng quang đạt đến trạng thái bão hòa, vì tất cả các electron bị ánh sáng đẩy ra khỏi cực âm đều chạm tới cực dương. Các phép đo cẩn thận cho thấy dòng bão hòa TÔI n tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng tới. Khi điện áp ở cực dương âm, điện trường giữa cực âm và cực dương sẽ ức chế các electron. Chỉ những electron có động năng vượt quá | eU|. Nếu điện áp ở cực dương nhỏ hơn - bạn h, dòng quang điện dừng lại. Đo lường bạn h, ta có thể xác định động năng cực đại của quang điện tử:

Nhiều nhà thí nghiệm đã thiết lập các nguyên lý cơ bản sau đây của hiệu ứng quang điện:

1. Động năng cực đại của quang điện tử tăng tuyến tính khi tần số ánh sáng tăng ν và không phụ thuộc vào cường độ của nó.
2. Đối với mỗi chất có một cái gọi là viền hiệu ứng ảnh màu đỏ , tức là tần số thấp nhất ν min mà tại đó hiệu ứng quang điện bên ngoài vẫn có thể xảy ra.
3. Số quang điện tử phát ra từ catôt trong 1s tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng.
4. Hiệu ứng quang điện thực tế là không quán tính; dòng quang điện xảy ra ngay sau khi bắt đầu chiếu sáng cực âm, với điều kiện tần số ánh sáng ν > ν min.

Tất cả các định luật về hiệu ứng quang điện này về cơ bản mâu thuẫn với các ý tưởng của vật lý cổ điển về sự tương tác của ánh sáng với vật chất. Theo khái niệm sóng, khi tương tác với sóng ánh sáng điện từ, một electron sẽ tích lũy dần năng lượng và phải mất một khoảng thời gian đáng kể, tùy thuộc vào cường độ ánh sáng, electron mới tích lũy đủ năng lượng để bay ra khỏi sóng. catôt. Theo tính toán cho thấy, thời gian này nên được tính bằng phút hoặc giờ. Tuy nhiên, kinh nghiệm cho thấy rằng các quang điện tử xuất hiện ngay sau khi bắt đầu chiếu sáng cực âm. Trong mô hình này cũng không thể hiểu được sự tồn tại của ranh giới màu đỏ của hiệu ứng quang điện. Lý thuyết sóng ánh sáng không thể giải thích được sự độc lập của năng lượng của quang điện tử với cường độ của dòng ánh sáng và tỷ lệ giữa động năng cực đại với tần số của ánh sáng.

Vì vậy, lý thuyết điện từ của ánh sáng không thể giải thích được những hình thái này.

Lời giải được A. Einstein tìm ra vào năm 1905. Một lời giải thích lý thuyết về các định luật quan sát được của hiệu ứng quang điện được Einstein đưa ra dựa trên giả thuyết của M. Planck rằng ánh sáng được phát ra và hấp thụ ở một số phần nhất định, và năng lượng của mỗi phần đó phần được xác định theo công thức E = hν, ở đâu h- Hằng số Planck. Einstein đã thực hiện bước tiếp theo trong việc phát triển các khái niệm lượng tử. Ông kết luận rằng ánh sáng có cấu trúc không liên tục (rời rạc). Sóng điện từ bao gồm các phần riêng biệt - lượng tử, sau này được đặt tên photon. Khi tương tác với vật chất, photon truyền toàn bộ năng lượng của nó hνmột điện tử. Electron có thể tiêu tán một phần năng lượng này khi va chạm với các nguyên tử vật chất. Ngoài ra, một phần năng lượng của điện tử được dùng để vượt qua rào cản tiềm năng ở bề mặt tiếp xúc chân không-kim loại. Để làm được điều này, electron phải thực hiện chức năng công MỘT, tùy thuộc vào tính chất của vật liệu catốt. Động năng cực đại mà một quang điện tử phát ra từ cực âm có thể có được xác định theo định luật bảo toàn năng lượng:

Công thức này thường được gọi Phương trình Einstein cho hiệu ứng quang điện .

Sử dụng phương trình Einstein, tất cả các định luật về hiệu ứng quang điện bên ngoài có thể được giải thích. Phương trình Einstein hàm ý sự phụ thuộc tuyến tính của động năng cực đại vào tần số và sự độc lập của cường độ ánh sáng, sự tồn tại của ranh giới màu đỏ và hiệu ứng quang điện không có quán tính. Tổng số quang điện thoát ra khỏi bề mặt catôt trong 1 s phải tỷ lệ thuận với số photon tới bề mặt catôt trong cùng thời gian. Từ đó suy ra rằng dòng bão hòa phải tỷ lệ thuận với cường độ của luồng ánh sáng.

Theo phương trình Einstein, tiếp tuyến của góc nghiêng của đường thẳng biểu thị sự phụ thuộc của thế năng cản bạnз từ tần số ν (Hình 5.2.3), bằng tỷ số của hằng số Planck h tới điện tích của electron e:

Ở đâu c– tốc độ ánh sáng, λ cr – bước sóng ứng với ranh giới đỏ của hiệu ứng quang điện. Hầu hết các kim loại đều có chức năng làm việc MỘT là vài electron volt (1 eV = 1,602·10 –19 J). Trong vật lý lượng tử, electron volt thường được sử dụng làm đơn vị năng lượng. Giá trị của hằng số Planck, biểu thị bằng vôn electron trên giây, là

Trong các kim loại, nguyên tố kiềm có công năng thấp nhất. Ví dụ, natri MỘT= 1,9 eV, tương ứng với giới hạn đỏ của hiệu ứng quang điện λ cr ≈ 680 nm. Vì vậy, các hợp chất kim loại kiềm được dùng để tạo ra catốt trong tế bào quang điện , được thiết kế để ghi lại ánh sáng khả kiến.

Vì vậy, các định luật về hiệu ứng quang điện chỉ ra rằng ánh sáng, khi được phát ra và hấp thụ, hành xử giống như một dòng hạt gọi là photon hoặc lượng tử ánh sáng .

Năng lượng photon là

theo đó photon có động lượng

Vì vậy, học thuyết về ánh sáng, sau khi hoàn thành một cuộc cách mạng kéo dài hai thế kỷ, một lần nữa quay trở lại với ý tưởng về các hạt ánh sáng - tiểu thể.

Nhưng đây không phải là sự quay trở lại cơ học với lý thuyết hạt của Newton. Vào đầu thế kỷ 20, người ta thấy rõ rằng ánh sáng có bản chất kép. Khi ánh sáng truyền đi, các tính chất sóng của nó xuất hiện (giao thoa, nhiễu xạ, phân cực), và khi nó tương tác với vật chất, các tính chất hạt của nó xuất hiện (hiệu ứng quang điện). Bản chất kép này của ánh sáng được gọi là lưỡng tính sóng-hạt . Sau đó, bản chất kép của electron và các hạt cơ bản khác được phát hiện. Vật lý cổ điển không thể cung cấp một mô hình trực quan về sự kết hợp các tính chất sóng và hạt của các vật thể vi mô. Chuyển động của các vật thể vi mô không bị chi phối bởi các định luật cơ học Newton cổ điển mà bởi các định luật cơ học lượng tử. Lý thuyết về bức xạ vật đen do M. Planck phát triển và lý thuyết lượng tử về hiệu ứng quang điện của Einstein là nền tảng của khoa học hiện đại này.

Vậy bức xạ nhiệt là gì?

Bức xạ nhiệt là bức xạ điện từ phát sinh do năng lượng chuyển động quay và dao động của các nguyên tử và phân tử trong một chất. Bức xạ nhiệt là đặc trưng của tất cả các vật thể có nhiệt độ trên độ không tuyệt đối.

Bức xạ nhiệt của cơ thể con người thuộc phạm vi hồng ngoại của sóng điện từ. Bức xạ như vậy lần đầu tiên được phát hiện bởi nhà thiên văn học người Anh William Herschel. Năm 1865, nhà vật lý người Anh J. Maxwell đã chứng minh rằng bức xạ hồng ngoại có tính chất điện từ và bao gồm các sóng có chiều dài 760 bước sóng lên tới 1-2 mm. Thông thường, toàn bộ phạm vi bức xạ hồng ngoại được chia thành các khu vực: gần (750 bước sóng-2.500bước sóng), trung bình (2.500 bước sóng - 50.000bước sóng) và tầm xa (50.000 bước sóng-2.000.000bước sóng).

Hãy xem xét trường hợp vật A nằm trong khoang B, được giới hạn bởi lớp vỏ C phản xạ lý tưởng (không thể xuyên qua bức xạ) (Hình 1). Do phản xạ nhiều lần từ bề mặt bên trong của vỏ, bức xạ sẽ được lưu trữ bên trong hốc gương và bị vật A hấp thụ một phần. Trong điều kiện như vậy, khoang hệ B - vật A sẽ không mất năng lượng mà chỉ có là sự trao đổi năng lượng liên tục giữa vật A và bức xạ lấp đầy khoang B.

Hình 1. Sự phản xạ đa dạng của sóng nhiệt từ thành gương của khoang B

Nếu sự phân bố năng lượng không thay đổi đối với từng bước sóng thì trạng thái của hệ thống đó sẽ cân bằng và bức xạ cũng sẽ cân bằng. Loại bức xạ cân bằng duy nhất là nhiệt. Nếu vì lý do nào đó mà trạng thái cân bằng giữa bức xạ và vật thể thay đổi, thì các quá trình nhiệt động bắt đầu xảy ra sẽ đưa hệ thống về trạng thái cân bằng. Nếu cơ thể A bắt đầu thải ra nhiều hơn mức hấp thụ thì cơ thể bắt đầu mất năng lượng bên trong và nhiệt độ cơ thể (được coi là thước đo năng lượng bên trong) sẽ bắt đầu giảm, điều này sẽ làm giảm lượng năng lượng phát ra. Nhiệt độ của cơ thể sẽ giảm xuống cho đến khi lượng năng lượng tỏa ra bằng với lượng năng lượng mà cơ thể hấp thụ. Như vậy trạng thái cân bằng sẽ xảy ra.

Bức xạ nhiệt cân bằng có các tính chất sau: đồng nhất (mật độ dòng năng lượng như nhau tại tất cả các điểm của khoang), đẳng hướng (các hướng truyền có thể xảy ra như nhau), không phân cực (hướng và giá trị của vectơ cường độ điện trường và từ trường) tại mọi điểm của khoang thay đổi một cách hỗn loạn).

Các đặc tính định lượng chính của bức xạ nhiệt là:

- độ sáng tràn đầy năng lượng là lượng năng lượng của bức xạ điện từ trong toàn bộ dải bước sóng của bức xạ nhiệt được cơ thể phát ra theo mọi hướng từ một đơn vị diện tích bề mặt trong một đơn vị thời gian: R = E/(S t), [J/(m 2 s)] = [W /m 2 ] Độ sáng năng lượng phụ thuộc vào bản chất của vật thể, nhiệt độ của vật thể, trạng thái bề mặt của vật thể và bước sóng của bức xạ.

- mật độ độ sáng quang phổ - độ sáng năng lượng của vật thể đối với các bước sóng cho trước (λ + dλ) ở nhiệt độ cho trước (T + dT): R λ,T = f(λ, T).

Độ sáng năng lượng của vật thể trong các bước sóng nhất định được tính bằng cách tích phân R λ,T = f(λ, T) với T = const:

- hệ số hấp thụ - tỷ số giữa năng lượng cơ thể hấp thụ và năng lượng tới. Vì vậy, nếu bức xạ từ thông lượng dФ inc chiếu vào cơ thể, thì một phần của nó bị phản xạ khỏi bề mặt cơ thể - dФ neg, phần còn lại truyền vào cơ thể và một phần biến thành nhiệt dФ abs, và phần thứ ba , sau một số phản xạ bên trong, truyền qua cơ thể ra phía ngoài dФ inc : α = dФ abs./dФ down.

Hệ số hấp thụ α phụ thuộc vào bản chất của vật hấp thụ, bước sóng của bức xạ bị hấp thụ, nhiệt độ và trạng thái bề mặt của vật.

- hệ số hấp thụ đơn sắc- hệ số hấp thụ bức xạ nhiệt của một bước sóng nhất định ở nhiệt độ nhất định: α λ,T = f(λ,T)

Trong số các vật thể có những vật thể có thể hấp thụ mọi bức xạ nhiệt ở bất kỳ bước sóng nào chiếu vào chúng. Những vật thể hấp thụ lý tưởng như vậy được gọi là cơ thể hoàn toàn đen. Đối với họ α = 1.

Ngoài ra còn có các vật thể màu xám mà α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

Mẫu vật đen là một hốc nhỏ có lớp vỏ cách nhiệt. Đường kính lỗ không quá 0,1 đường kính khoang. Ở nhiệt độ không đổi, một phần năng lượng được phát ra từ lỗ, tương ứng với độ sáng mạnh mẽ của một vật thể hoàn toàn đen. Nhưng lỗ đen là một sự lý tưởng hóa. Nhưng định luật bức xạ nhiệt của vật đen giúp tiến gần hơn đến các mẫu thực.

2. Định luật bức xạ nhiệt

1. Định luật Kirchhoff. Bức xạ nhiệt là trạng thái cân bằng - lượng năng lượng phát ra từ cơ thể là mức độ nó được nó hấp thụ. Đối với ba vật nằm trong một hộp kín, ta có thể viết:

Mối quan hệ được chỉ ra cũng sẽ đúng khi một trong các vật thể là AC:

Bởi vì đối với vật đen α λT .
Đây là định luật Kirchhoff: tỷ lệ giữa mật độ quang phổ của độ sáng năng lượng của một vật thể với hệ số hấp thụ đơn sắc của nó (ở một nhiệt độ nhất định và trong một bước sóng nhất định) không phụ thuộc vào bản chất của vật thể đó và bằng nhau đối với mọi vật thể đối với mật độ phổ của độ sáng năng lượng ở cùng nhiệt độ và bước sóng.

Hệ quả của định luật Kirchhoff:
1. Độ sáng năng lượng quang phổ của vật đen là hàm phổ biến của bước sóng và nhiệt độ cơ thể.
2. Độ sáng năng lượng quang phổ của vật đen là lớn nhất.
3. Độ chói năng lượng quang phổ của một vật thể tùy ý bằng tích của hệ số hấp thụ của nó và độ sáng năng lượng quang phổ của vật thể hoàn toàn đen.
4. Bất kỳ vật thể nào ở một nhiệt độ nhất định đều phát ra các sóng có cùng bước sóng mà nó phát ra ở nhiệt độ nhất định.

Một nghiên cứu có hệ thống về quang phổ của một số nguyên tố đã cho phép Kirchhoff và Bunsen thiết lập mối liên hệ rõ ràng giữa quang phổ hấp thụ và phát xạ của khí và tính chất riêng của các nguyên tử tương ứng. Vì vậy nó đã được đề xuất phân tích quang phổ, nhờ đó bạn có thể xác định được các chất có nồng độ là 0,1 nm.

Phân bố mật độ phổ của độ sáng năng lượng cho vật đen tuyệt đối, vật xám, vật tùy ý. Đường cong cuối cùng có một số cực đại và cực tiểu, biểu thị tính chọn lọc phát xạ và hấp thụ của các vật thể đó.

2. Định luật Stefan-Boltzmann.
Năm 1879, các nhà khoa học người Áo Joseph Stefan (làm thí nghiệm cho một vật thể tùy ý) và Ludwig Boltzmann (về mặt lý thuyết cho một vật thể đen) đã chứng minh rằng tổng độ sáng năng lượng trên toàn bộ dải bước sóng tỷ lệ thuận với lũy thừa bốn của nhiệt độ tuyệt đối của vật thể:

3. Định luật Rượu.
Nhà vật lý người Đức Wilhelm Wien vào năm 1893 đã đưa ra định luật xác định vị trí của mật độ quang phổ cực đại của độ sáng năng lượng của một vật thể trong phổ bức xạ của vật đen tùy thuộc vào nhiệt độ. Theo định luật, bước sóng λ max, đại diện cho mật độ phổ cực đại của độ sáng năng lượng của vật đen, tỷ lệ nghịch với nhiệt độ tuyệt đối của nó T: λ max = в/t, trong đó в = 2,9*10 -3 m·K là hằng số Wien.

Do đó, khi nhiệt độ tăng lên, không chỉ tổng năng lượng bức xạ thay đổi mà cả hình dạng của đường cong phân bố mật độ phổ của độ sáng năng lượng cũng thay đổi. Khi nhiệt độ ngày càng tăng, mật độ phổ cực đại dịch chuyển về phía bước sóng ngắn hơn. Vì vậy định luật Wien còn được gọi là định luật dịch chuyển.

Áp dụng luật rượu vang trong phép đo nhiệt kế quang học- phương pháp xác định nhiệt độ từ phổ bức xạ của các vật thể có nhiệt độ cao ở xa người quan sát. Phương pháp này lần đầu tiên xác định được nhiệt độ của Mặt trời (với 470 nm T = 6160 K).

Về mặt lý thuyết, các định luật được trình bày không cho phép chúng ta tìm ra các phương trình phân bố mật độ quang phổ của độ sáng năng lượng trên các bước sóng. Công trình của Rayleigh và Jeans, trong đó các nhà khoa học nghiên cứu thành phần quang phổ của bức xạ vật đen dựa trên các định luật vật lý cổ điển, đã dẫn đến những khó khăn cơ bản gọi là thảm họa tia cực tím. Trong phạm vi sóng UV, độ sáng mạnh mẽ của vật đen lẽ ra phải đạt tới vô cực, mặc dù trong các thí nghiệm nó giảm xuống bằng không. Những kết quả này mâu thuẫn với định luật bảo toàn năng lượng.

4. Lý thuyết Planck. Một nhà khoa học người Đức vào năm 1900 đã đưa ra giả thuyết rằng các vật thể không phát ra liên tục mà thành từng phần riêng biệt - lượng tử. Năng lượng lượng tử tỷ lệ thuận với tần số bức xạ: E = hν = h·c/λ, trong đó h = 6,63*10 -34 J·s hằng số Planck.

Được hướng dẫn bởi các ý tưởng về bức xạ lượng tử của vật đen, ông đã thu được phương trình về mật độ quang phổ của độ sáng năng lượng của vật đen:

Công thức này phù hợp với dữ liệu thực nghiệm trên toàn bộ dải bước sóng ở mọi nhiệt độ.

Mặt trời là nguồn bức xạ nhiệt chính trong tự nhiên. Bức xạ mặt trời chiếm dải bước sóng rất rộng: từ 0,1 nm đến 10 m trở lên. 99% năng lượng mặt trời xảy ra trong khoảng từ 280 đến 6000 bước sóng. Trên một đơn vị diện tích bề mặt Trái đất, ở vùng núi có từ 800 đến 1000 W/m2. Một phần hai tỷ nhiệt truyền tới bề mặt trái đất - 9,23 J/cm2. Đối với phạm vi bức xạ nhiệt từ 6000 đến 500000 bước sóng chiếm 0,4% năng lượng của mặt trời. Trong bầu khí quyển Trái đất, hầu hết bức xạ hồng ngoại được hấp thụ bởi các phân tử nước, oxy, nitơ và carbon dioxide. Phạm vi vô tuyến cũng chủ yếu được hấp thụ bởi bầu khí quyển.

Lượng năng lượng mà tia nắng mặt trời mang lại trong 1 s đến diện tích 1 mét vuông, nằm bên ngoài bầu khí quyển trái đất ở độ cao 82 km vuông góc với tia nắng mặt trời được gọi là hằng số mặt trời. Nó bằng 1,4 * 10 3 W/m 2.

Sự phân bố quang phổ của mật độ thông lượng pháp tuyến của bức xạ mặt trời trùng với phân bố của vật đen ở nhiệt độ 6000 độ. Do đó, Mặt trời so với bức xạ nhiệt là một vật thể màu đen.

3. Bức xạ từ cơ thể người thật và cơ thể con người

Bức xạ nhiệt từ bề mặt cơ thể con người đóng vai trò lớn trong việc truyền nhiệt. Có các phương pháp truyền nhiệt như sau: dẫn nhiệt (dẫn nhiệt), đối lưu, bức xạ, bay hơi. Tùy thuộc vào điều kiện của một người, mỗi phương pháp này có thể có vai trò chủ đạo (ví dụ, ở nhiệt độ môi trường rất cao, vai trò hàng đầu thuộc về sự bay hơi và trong nước lạnh - dẫn nhiệt và nhiệt độ nước là 15 độ là môi trường gây chết người đối với người trần truồng, sau 2-4 giờ sẽ ngất xỉu và tử vong do não bị hạ thân nhiệt). Tỷ lệ bức xạ trong tổng lượng nhiệt truyền có thể dao động từ 75 đến 25%. Trong điều kiện bình thường, khoảng 50% ở trạng thái nghỉ sinh lý.

Bức xạ nhiệt có vai trò quan trọng trong đời sống của sinh vật sống được chia thành các bước sóng ngắn (từ 0,3 đến 3 µm) và bước sóng dài (từ 5 đến 100 ừm). Nguồn bức xạ sóng ngắn là Mặt trời và ngọn lửa trần, và các sinh vật sống là đối tượng độc quyền nhận bức xạ đó. Bức xạ sóng dài vừa được phát ra vừa được hấp thụ bởi các sinh vật sống.

Giá trị của hệ số hấp thụ phụ thuộc vào tỷ lệ nhiệt độ của môi trường và vật thể, diện tích tương tác của chúng, hướng của các khu vực này và đối với bức xạ sóng ngắn - vào màu sắc của bề mặt. Như vậy, ở người da đen chỉ có 18% bức xạ sóng ngắn được phản xạ, trong khi ở người da trắng là khoảng 40% (rất có thể, màu da của người da đen trong quá trình tiến hóa không liên quan gì đến quá trình truyền nhiệt). Đối với bức xạ sóng dài, hệ số hấp thụ gần bằng 1.

Tính toán sự truyền nhiệt bằng bức xạ là một công việc rất khó khăn. Định luật Stefan-Boltzmann không thể áp dụng cho vật thật, vì chúng có sự phụ thuộc phức tạp hơn của độ sáng năng lượng vào nhiệt độ. Hóa ra nó phụ thuộc vào nhiệt độ, bản chất của vật thể, hình dạng của vật thể và trạng thái bề mặt của nó. Khi nhiệt độ thay đổi, hệ số σ và số mũ nhiệt độ thay đổi. Bề mặt cơ thể con người có cấu hình phức tạp, con người mặc quần áo làm thay đổi bức xạ và quá trình này bị ảnh hưởng bởi tư thế của con người.

Đối với vật xám, công suất bức xạ trong toàn dải được xác định theo công thức: P = α d.t. σ·T 4 ·S Xét, với một số xấp xỉ nhất định, vật thật (da người, vải quần áo) gần với vật xám, ta có thể tìm ra công thức tính công suất bức xạ của vật thật ở một nhiệt độ nhất định: P = α· σ·T 4 ·S Trong các điều kiện khác nhau, nhiệt độ của vật bức xạ và môi trường: P = α·σ·(T 1 4 - T 2 4)·S
Có đặc điểm về mật độ phổ của độ sáng năng lượng của vật thể thực: ở 310 ĐẾN, tương ứng với nhiệt độ trung bình của cơ thể con người, bức xạ nhiệt cực đại xảy ra ở mức 9700 bước sóng. Bất kỳ sự thay đổi nào về nhiệt độ cơ thể đều dẫn đến sự thay đổi công suất bức xạ nhiệt từ bề mặt cơ thể (0,1 độ là đủ). Do đó, việc nghiên cứu các vùng da được kết nối qua hệ thần kinh trung ương với một số cơ quan giúp xác định bệnh tật, do đó nhiệt độ thay đổi khá đáng kể ( nhiệt kế của vùng Zakharyin-Ged).

Một phương pháp xoa bóp không tiếp xúc thú vị với năng suất sinh học của con người (Juna Davitashvili). Công suất bức xạ nhiệt lòng bàn tay 0,1 W, và độ nhạy nhiệt của da là 0,0001 W/cm2 . Nếu bạn tác động lên các vùng nêu trên, bạn có thể kích thích hoạt động của các cơ quan này theo phản xạ.

4. Tác dụng sinh học và chữa bệnh của nóng lạnh

Cơ thể con người liên tục phát ra và hấp thụ bức xạ nhiệt. Quá trình này phụ thuộc vào nhiệt độ của cơ thể con người và môi trường. Bức xạ hồng ngoại tối đa của cơ thể con người là 9300 nm.

Với liều chiếu xạ hồng ngoại vừa và nhỏ, quá trình trao đổi chất được tăng cường và các phản ứng enzyme, quá trình tái tạo và sửa chữa được đẩy nhanh.

Do tác động của tia hồng ngoại và bức xạ nhìn thấy, các hoạt chất sinh học (bradykinin, kalidin, histamine, acetylcholine, chủ yếu là các chất vận mạch, có vai trò thực hiện và điều hòa lưu lượng máu cục bộ) được hình thành trong các mô.

Do tác động của tia hồng ngoại, các cơ quan thụ cảm nhiệt trong da được kích hoạt, thông tin từ đó được gửi đến vùng dưới đồi, do đó các mạch máu của da giãn ra, lượng máu lưu thông trong đó tăng lên và đổ mồ hôi. tăng lên.

Độ sâu thâm nhập của tia hồng ngoại phụ thuộc vào bước sóng, độ ẩm của da, lượng máu chứa đầy, mức độ sắc tố, v.v.

Ban đỏ xuất hiện trên da người dưới tác động của tia hồng ngoại.

Nó được sử dụng trong thực hành lâm sàng để tác động đến huyết động học cục bộ và chung, tăng tiết mồ hôi, thư giãn cơ bắp, giảm đau, đẩy nhanh quá trình tái hấp thu khối máu tụ, thâm nhiễm, v.v.

Trong điều kiện tăng thân nhiệt, tác dụng chống ung thư của xạ trị - liệu pháp nhiệt trị liệu - được tăng cường.

Các chỉ định chính cho việc sử dụng liệu pháp IR: các quá trình viêm cấp tính không có mủ, bỏng và tê cóng, các quá trình viêm mãn tính, loét, co rút, dính, chấn thương khớp, dây chằng và cơ, viêm cơ, đau cơ, đau dây thần kinh. Chống chỉ định chính: khối u, viêm mủ, chảy máu, suy tuần hoàn.

Cảm lạnh được sử dụng để cầm máu, giảm đau và điều trị một số bệnh về da. Làm cứng dẫn đến tuổi thọ.

Dưới ảnh hưởng của lạnh, nhịp tim và huyết áp giảm, phản ứng phản xạ bị ức chế.

Ở một số liều lượng nhất định, cảm lạnh kích thích quá trình chữa lành vết bỏng, vết thương có mủ, loét dinh dưỡng, bào mòn và viêm kết mạc.

Sinh học lạnh- nghiên cứu các quá trình xảy ra trong tế bào, mô, cơ quan và cơ thể dưới tác động của nhiệt độ thấp, phi sinh lý.

Được sử dụng trong y học liệu pháp áp lạnh Và tăng thân nhiệt. Liệu pháp áp lạnh bao gồm các phương pháp dựa trên việc làm mát các mô và cơ quan theo liều lượng. Phẫu thuật lạnh (một phần của liệu pháp áp lạnh) sử dụng phương pháp đông lạnh cục bộ các mô nhằm mục đích loại bỏ chúng (một phần của amidan. Nếu tất cả - phẫu thuật cắt bỏ amiđan. Các khối u có thể được loại bỏ, ví dụ như da, cổ tử cung, v.v.). cơ thể ướt đến một con dao mổ đông lạnh) - tách một bộ phận ra khỏi cơ quan.

Với tình trạng tăng thân nhiệt, có thể bảo tồn chức năng của các cơ quan trong cơ thể trong một thời gian. Hạ thân nhiệt bằng gây mê được sử dụng để bảo tồn chức năng của các cơ quan trong trường hợp không có nguồn cung cấp máu, do quá trình chuyển hóa mô chậm lại. Các mô trở nên đề kháng với tình trạng thiếu oxy. Gây mê lạnh được sử dụng.

Tác dụng nhiệt được thực hiện bằng đèn sợi đốt (đèn Minin, Solux, bể nhiệt nhẹ, đèn tia hồng ngoại) sử dụng môi trường vật lý có khả năng sinh nhiệt cao, dẫn nhiệt kém và khả năng giữ nhiệt tốt: bùn, parafin, ozokerite, naphtalen, v.v.

5. Cơ sở vật lý của máy ảnh nhiệt.

Đo nhiệt độ, hay chụp ảnh nhiệt, là một phương pháp chẩn đoán chức năng dựa trên việc ghi lại bức xạ hồng ngoại từ cơ thể con người.

Có 2 loại nhiệt kế:

- đo nhiệt độ mật tiếp xúc: Phương pháp sử dụng tính chất quang học của tinh thể lỏng cholesteric (hỗn hợp nhiều thành phần của este và các dẫn xuất cholesterol khác). Những chất như vậy phản xạ có chọn lọc các bước sóng khác nhau, giúp có thể thu được hình ảnh về trường nhiệt của bề mặt cơ thể con người trên màng của các chất này. Một luồng ánh sáng trắng chiếu thẳng vào phim. Các bước sóng khác nhau được phản xạ khác nhau so với màng tùy thuộc vào nhiệt độ của bề mặt mà chất cholesteric được áp dụng.

Dưới tác dụng của nhiệt độ, chất cholesterics có thể đổi màu từ đỏ sang tím. Kết quả là hình ảnh màu của trường nhiệt của cơ thể con người được hình thành, rất dễ giải mã khi biết được mối quan hệ giữa nhiệt độ và màu sắc. Có những loại cholesterics cho phép bạn ghi lại chênh lệch nhiệt độ 0,1 độ. Vì vậy, có thể xác định ranh giới của quá trình viêm, các ổ thâm nhiễm viêm ở các giai đoạn phát triển khác nhau của nó.

Trong ung thư học, đo nhiệt độ giúp xác định được các hạch di căn có đường kính 1,5-2 mmở tuyến vú, da, tuyến giáp; trong chỉnh hình và chấn thương, đánh giá lượng máu cung cấp cho từng đoạn của chi, ví dụ, trước khi cắt cụt, dự đoán độ sâu của vết bỏng, v.v.; trong tim mạch và mạch máu, xác định các rối loạn trong hoạt động bình thường của hệ thống tim mạch, rối loạn tuần hoàn do bệnh rung, viêm và tắc nghẽn mạch máu; giãn tĩnh mạch, v.v.; trong phẫu thuật thần kinh, xác định vị trí tổn thương dẫn truyền thần kinh, xác định vị trí liệt thần kinh do ngập máu; trong sản phụ khoa, xác định thai, xác định vị trí của trẻ; chẩn đoán một loạt các quá trình viêm.

- Đo nhiệt độ từ xa - dựa trên sự chuyển đổi bức xạ hồng ngoại từ cơ thể con người thành tín hiệu điện được ghi trên màn hình của máy ảnh nhiệt hoặc thiết bị ghi khác. Phương pháp này là không tiếp xúc.

Bức xạ hồng ngoại được cảm nhận bởi một hệ thống gương, sau đó tia hồng ngoại được hướng đến bộ thu sóng hồng ngoại, bộ phận chính của nó là máy dò (điện trở quang, máy đo nhiệt độ kim loại hoặc bán dẫn, nhiệt kế, chỉ thị quang hóa, bộ chuyển đổi quang điện tử, áp điện máy dò, v.v.).

Tín hiệu điện từ máy thu được truyền đến bộ khuếch đại, sau đó đến thiết bị điều khiển, dùng để di chuyển gương (quét vật thể), làm nóng nguồn sáng điểm TIS (tỷ lệ với bức xạ nhiệt) và di chuyển phim ảnh. Mỗi lần chiếu phim bằng TIS tùy theo nhiệt độ cơ thể tại địa điểm nghiên cứu.

Sau thiết bị điều khiển, tín hiệu có thể được truyền đến hệ thống máy tính có màn hình. Điều này cho phép bạn lưu trữ biểu đồ nhiệt và xử lý chúng bằng các chương trình phân tích. Các khả năng bổ sung được cung cấp bởi máy ảnh nhiệt màu (các màu có nhiệt độ tương tự được biểu thị bằng các màu tương phản) và có thể vẽ các đường đẳng nhiệt.

Nhiều công ty gần đây đã nhận ra một thực tế rằng việc “tiếp cận” một khách hàng tiềm năng đôi khi khá khó khăn; trường thông tin của họ chứa quá nhiều loại thông điệp quảng cáo đến mức người ta không thể nhận ra chúng.
Bán hàng qua điện thoại chủ động đang trở thành một trong những cách hiệu quả nhất để tăng doanh số bán hàng trong thời gian ngắn. Gọi điện ngẫu nhiên nhằm mục đích thu hút những khách hàng trước đây chưa từng đăng ký mua sản phẩm, dịch vụ nhưng vì một số yếu tố đều là khách hàng tiềm năng. Sau khi bấm số điện thoại, người quản lý bán hàng tích cực phải hiểu rõ mục đích của cuộc gọi ngẫu nhiên. Suy cho cùng, các cuộc trò chuyện qua điện thoại đòi hỏi người quản lý bán hàng phải có kỹ năng đặc biệt và sự kiên nhẫn, cũng như kiến ​​thức về các kỹ thuật và phương pháp đàm phán.

PHÁT THẢI VÀ HẤP THỤ NĂNG LƯỢNG

NGUYÊN TẮC VÀ PHÂN TỬ

CÂU HỎI CHO LỚP VỀ CHỦ ĐỀ:

1. Bức xạ nhiệt. Đặc điểm chính của nó: dòng bức xạ Ф, độ sáng năng lượng (cường độ) R, mật độ quang phổ của độ sáng năng lượng r λ; hệ số hấp thụ α, hệ số hấp thụ đơn sắc α λ. Toàn thân đen kịt. Định luật Kirchhoff.

2. Phổ bức xạ nhiệt của a.ch.t. (lịch trình). Bản chất lượng tử của bức xạ nhiệt (giả thuyết Planck; không cần nhớ công thức của ε λ). Sự phụ thuộc của phổ của a.ch.t. về nhiệt độ (đồ thị). Định luật rượu vang. Định luật Stefan-Boltzmann cho a.ch.t. (không có đầu ra) và cho các cơ quan khác.

3. Cấu trúc lớp vỏ điện tử của nguyên tử. Mức năng lượng. Sự phát xạ năng lượng trong quá trình chuyển đổi giữa các mức năng lượng. Công thức Bohr ( cho tần số và bước sóng). Quang phổ của nguyên tử. Quang phổ của nguyên tử hydro. Chuỗi quang phổ. Khái niệm chung về quang phổ của phân tử và chất ngưng tụ (chất lỏng, chất rắn). Khái niệm phân tích quang phổ và ứng dụng của nó trong y học.

4. Sự phát quang. Các loại phát quang. Huỳnh quang và lân quang. Vai trò của các cấp độ siêu bền. Quang phổ phát quang. Quy tắc Stokes. Phân tích phát quang và ứng dụng của nó trong y học.

5. Định luật hấp thụ ánh sáng (định luật Bouguer; kết luận). Độ truyền qua τ và mật độ quang học D. Xác định nồng độ của dung dịch bằng phương pháp hấp thụ ánh sáng.

Công việc trong phòng thí nghiệm: “ghi lại phổ hấp thụ và xác định nồng độ của dung dịch bằng máy đo quang điện”.

VĂN HỌC:

Bắt buộc: A.N. "Vật lý y tế và sinh học", M., "Trường trung học", 1996, ch. 27, §§ 1–3; Chương 29, §§ 1,2

• bổ sung: Sự phát xạ và hấp thụ năng lượng của các nguyên tử và phân tử, bài giảng, risograph, ed. khoa, 2002

ĐỊNH NGHĨA VÀ CÔNG THỨC CƠ BẢN

1. Bức xạ nhiệt

Tất cả các vật thể, ngay cả khi không có bất kỳ tác động nào từ bên ngoài, đều phát ra sóng điện từ. Nguồn năng lượng của bức xạ này là chuyển động nhiệt của các hạt cấu tạo nên vật thể, đó là lý do tại sao nó được gọi là bức xạ nhiệt.Ở nhiệt độ cao (khoảng 1000 K trở lên), bức xạ này rơi một phần vào vùng ánh sáng khả kiến; ở nhiệt độ thấp hơn phát ra tia hồng ngoại, còn ở nhiệt độ rất thấp phát ra sóng vô tuyến.

Thông lượng bức xạ F - Cái này Năng lượng bức xạ do nguồn phát ra, hoặc Năng lượng bức xạ phát ra trong một đơn vị thời gian: Ф = Р = ;đơn vị dòng chảy - watt.

Độ sáng tràn đầy năng lượng R - Cái này Dòng bức xạ phát ra từ một đơn vị bề mặt của vật thể:
; đơn vị độ sáng năng lượng – W.m –2 .

Mật độ quang phổ của độ sáng năng lượng r λ - Cái này tỷ lệ độ sáng năng lượng của vật thể trong một khoảng bước sóng nhỏ (ΔR λ ) với giá trị của khoảng này Δ λ:

Kích thước r λ – W.m - 3

Thân đen hoàn toàn (a.b.t.) gọi là t ăn cái nàođầy đủ hấp thụ bức xạ tới. Trong tự nhiên không có những cơ thể như vậy, nhưng có một mô hình tốt về a.ch.t. là một lỗ nhỏ trong một hộp kín.

Tỷ số hấp thụ trên dòng bức xạ tới:
.

Hệ số hấp thụ đơn sắc là giá trị của hệ số hấp thụ đo được trong dải phổ hẹp xung quanh một giá trị λ nhất định.

Định luật Kirchhoff: ở nhiệt độ không đổi, tỷ lệ giữa mật độ quang phổ của độ sáng năng lượng ở một bước sóng nhất định với hệ số hấp thụ đơn sắc ở cùng bước sóng giống nhau cho mọi cơ thể và bằng mật độ phổ của độ sáng năng lượng của a.b.t. ở bước sóng này:

(đôi khi r λ A.Ch.T ký hiệu là ε λ)

Một vật đen hoàn toàn hấp thụ và phát ra bức xạ tất cả các bước sóng,Đó là lý do tại sao quang phổ của a.h.t. luôn vững chắc. Loại quang phổ này phụ thuộc vào nhiệt độ cơ thể. Khi nhiệt độ tăng lên, thứ nhất, độ sáng năng lượng tăng đáng kể; thứ hai, bước sóng tương ứng với bức xạ cực đại(λ tối đa ) , chuyển về phía bước sóng ngắn hơn :
, trong đó b ≈ 29090 µm.K -1 ( định luật Wien).

Định luật Stefan-Boltzmann: độ sáng tràn đầy năng lượng của a.h.t. tỉ lệ với lũy thừa 4 của nhiệt độ cơ thể trên thang Kelvin: R = σT 4

2. Sự phát xạ năng lượng của nguyên tử, phân tử

Như đã biết, trong lớp vỏ electron của nguyên tử, năng lượng của electron chỉ có thể nhận những giá trị được xác định chặt chẽ đặc trưng của một nguyên tử nhất định. Nói cách khác họ nói rằng electron chỉ có thể được định vị ở một số vị trí nhất địnhmức năng lượng. Khi một electron ở mức năng lượng nhất định, nó không thay đổi năng lượng, nghĩa là nó không hấp thụ hoặc phát ra ánh sáng. Khi chuyển từ cấp độ này sang cấp độ khác năng lượng của electron thay đổi, đồng thời hấp thụ hoặc phát ralượng tử ánh sáng (photon).Năng lượng của lượng tử bằng độ chênh lệch năng lượng của các mức giữa đó xảy ra quá trình chuyển đổi: E QUANTUM = hν = E n – E m trong đó n và m là số cấp (công thức Bohr).

Sự chuyển đổi điện tử giữa các cấp độ khác nhauxảy ra với xác suất khác nhau. Trong một số trường hợp, xác suất chuyển tiếp rất gần bằng 0; các vạch quang phổ tương ứng không được quan sát thấy trong điều kiện bình thường. Những chuyển đổi như vậy được gọi là bị cấm.

Trong nhiều trường hợp, năng lượng của electron có thể không chuyển hóa thành năng lượng lượng tử mà chuyển thành năng lượng chuyển động nhiệt của nguyên tử hoặc phân tử. Những chuyển đổi như vậy được gọi là không bức xạ.

Ngoài xác suất chuyển tiếp, độ sáng của các vạch quang phổ tỷ lệ thuận với số lượng nguyên tử của chất phát ra. Sự phụ thuộc này làm cơ sở phân tích quang phổ định lượng.
3. Sự phát quang

Sự phát quang gọi bất kỳ không phải bức xạ nhiệt. Người ta nói đến các nguồn năng lượng cho bức xạ này có thể khác nhau; các loại phát quang khác nhau.Điều quan trọng nhất trong số đó là: sự phát quang hóa học– sự phát sáng xảy ra trong một số phản ứng hóa học nhất định; phát quang sinh học– đây là hiện tượng phát quang hóa học ở sinh vật sống; phát quang âm – phát sáng dưới tác động của dòng điện tử được sử dụng trong ống hình ảnh truyền hình, ống tia âm cực, đèn chiếu khí, v.v.; sự phát quang điện– sự phát sáng xảy ra trong điện trường (thường gặp nhất là trong chất bán dẫn). Loại phát quang thú vị nhất là sự phát quang.Đây là một quá trình trong đó các nguyên tử hoặc phân tử hấp thụ ánh sáng (hoặc bức xạ UV) trong một phạm vi bước sóng và phát ra nó ở một phạm vi bước sóng khác (ví dụ: chúng hấp thụ các tia màu xanh lam và phát ra các tia màu vàng). Trong trường hợp này, chất hấp thụ lượng tử có năng lượng tương đối cao hν 0 (với bước sóng ngắn). Khi đó, điện tử có thể không quay trở lại mặt đất ngay lập tức mà trước tiên sẽ chuyển sang cấp độ trung gian, sau đó đến cấp độ mặt đất (có thể có một số cấp độ trung gian). Trong hầu hết các trường hợp, một số chuyển tiếp không bức xạ, nghĩa là năng lượng của electron được chuyển thành năng lượng của chuyển động nhiệt. Do đó, năng lượng của lượng tử phát ra trong quá trình phát quang sẽ nhỏ hơn năng lượng của lượng tử bị hấp thụ. Bước sóng của ánh sáng phát ra phải lớn hơn bước sóng của ánh sáng bị hấp thụ. Nếu chúng ta xây dựng biểu thức trên ở dạng tổng quát, chúng ta nhận được pháp luật Stokes : phổ phát quang bị dịch chuyển về phía sóng dài hơn so với phổ của bức xạ gây phát quang.

Có hai loại chất phát quang. Ở một số nơi, ánh sáng gần như dừng lại ngay lập tức sau khi tắt ánh sáng thú vị. Cái này ngắn hạnánh sáng được gọi là huỳnh quang.

Ở các chất thuộc loại khác, sau khi tắt đèn kích thích, ánh sáng tắt dần dần dần(theo định luật hàm mũ). Cái này lâu dàiánh sáng được gọi là sự lân quang. Sở dĩ có sự phát sáng dài là do nguyên tử hoặc phân tử của những chất đó có chứa mức độ siêu bền.Siêu bền Mức năng lượng này được gọi là trong đó các electron có thể tồn tại lâu hơn nhiều so với mức bình thường. Do đó, thời gian lân quang có thể là phút, giờ và thậm chí cả ngày.
4. Định luật hấp thụ ánh sáng (định luật Bouguer)

Khi một dòng bức xạ đi qua một chất, nó sẽ mất đi một phần năng lượng (năng lượng hấp thụ chuyển thành nhiệt). Định luật hấp thụ ánh sáng được gọi là Định luật Bouguer: Ф = Ф 0 ∙ e – κ λ · L ,

trong đó Ф 0 là dòng chảy tới, Ф là dòng chảy xuyên qua lớp chất có độ dày L; hệ số κ λ được gọi là tự nhiên tỷ lệ hấp thụ (độ lớn của nó phụ thuộc vào bước sóng) . Để tính toán thực tế, họ thích sử dụng logarit thập phân thay vì logarit tự nhiên. Khi đó định luật Bouguer có dạng: Ф = Ф 0 ∙ 10 – k λ ∙ L ,

ở đâu kλ – số thập phân tỷ lệ hấp thụ.

Truyền gọi tên số lượng

Mật độ quang học D - đây là đại lượng được xác định bởi đẳng thức:
. Chúng ta có thể nói theo cách khác: mật độ quang D là đại lượng thuộc số mũ trong công thức của định luật Bouguer: D = k λ ∙ L

hệ số χ λ được gọi là tỷ lệ hấp thụ mol(nếu nồng độ được tính bằng mol) hoặc tỷ lệ hấp thụ cụ thể(nếu nồng độ được biểu thị bằng gam). Từ công thức cuối cùng, chúng ta nhận được: Ф = Ф 0 ∙10 - χ λ ∙ C ∙ L(pháp luật Bugera–Bera)

Những công thức này là nền tảng phổ biến nhất trong các phòng thí nghiệm lâm sàng và sinh hóa. phương pháp xác định nồng độ các chất hòa tan bằng hấp thụ ánh sáng.

DẠY LOẠI VẤN ĐỀ CÓ GIẢI PHÁP

(Sau này, để ngắn gọn, chúng tôi sẽ chỉ viết “nhiệm vụ đào tạo”)

Một lò sưởi điện (bộ tản nhiệt) phát ra một luồng tia hồng ngoại có công suất 500 W. Diện tích bề mặt của bộ tản nhiệt là 3300 cm2. Tìm năng lượng do vật bức xạ phát ra trong 1 giờ và độ sáng của vật bức xạ.

Được cho: Tìm thấy

Ф = 500 W và R

t = 1 giờ = 3600 giây

S = 3300cm2 = 0,33m2

Giải pháp:

Thông lượng bức xạ Ф là công suất hoặc năng lượng bức xạ phát ra trong một đơn vị thời gian:
. Từ đây

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

Mục tiêu học tập số 2

Ở bước sóng nào thì bức xạ nhiệt của da người đạt cực đại (tức là r λ = max)? Nhiệt độ da trên các bộ phận tiếp xúc của cơ thể (mặt, tay) là khoảng 30 o C.

Được cho: Tìm thấy:

Т = 30 о С = 303 К λ tối đa

Giải pháp:

Chúng tôi thay thế dữ liệu vào công thức Wien:
,

nghĩa là hầu hết mọi bức xạ đều nằm trong dải IR của quang phổ.

Mục tiêu học tập số 3

Electron ở mức năng lượng có năng lượng 4,7,10 –19 J

Khi chiếu ánh sáng có bước sóng 600 nm, nó chuyển lên mức năng lượng cao hơn. Tìm năng lượng của cấp độ này.

Giải pháp:

Mục tiêu học tập số 4

Tỷ lệ hấp thụ nước thập phân của ánh sáng mặt trời là 0,09 m–1. Phần bức xạ nào sẽ đạt tới độ sâu L = 100 m?

Được cho Tìm thấy:

L = 100 m

k = 0,09 m – 1

Giải pháp:

Hãy viết lại định luật Bouguer:
. Tỷ lệ bức xạ đạt tới độ sâu L rõ ràng là
,

nghĩa là một phần tỷ ánh sáng mặt trời sẽ đạt tới độ sâu 100 m.
Mục tiêu học tập số 5

Ánh sáng tuần tự đi qua hai bộ lọc. Loại thứ nhất có mật độ quang D 1 = 0,6; thứ hai có D 2 = 0,4. Bao nhiêu phần trăm dòng bức xạ sẽ đi qua hệ thống này?

Cho: Tìm:

D 1 = 0,6 (tính bằng %%)

Giải pháp:

Chúng tôi bắt đầu giải pháp bằng bản vẽ của hệ thống này

SF-1 SF-2

Tìm Ф 1: Ф 1 = Ф 0 10 – D 1

Tương tự, thông lượng đi qua bộ lọc ánh sáng thứ hai bằng:

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

Kết quả thu được có ý nghĩa chung: nếu ánh sáng truyền tuần tự qua một hệ gồm nhiều vật thể,tổng mật độ quang học sẽ bằng tổng mật độ quang học của các vật thể này .

Trong điều kiện của bài toán, dòng F 2 = 100%∙10 – (0,6 + 0,4) = 100%∙10 – 1 = 10% sẽ đi qua hệ thống gồm hai bộ lọc ánh sáng

Theo định luật Bouguer-Baer, ​​đặc biệt có thể xác định được nồng độ DNA. Trong vùng khả kiến, dung dịch axit nucleic trong suốt nhưng chúng hấp thụ mạnh phần UV của quang phổ; Độ hấp thụ cực đại nằm ở khoảng 260 nm. Rõ ràng là độ hấp thụ bức xạ phải được đo chính xác ở vùng quang phổ này; trong trường hợp này, độ nhạy và độ chính xác của phép đo sẽ là tốt nhất.

Điều kiện vấn đề: Khi đo độ hấp thụ tia UV có bước sóng 260 nm bằng dung dịch DNA, thông lượng bức xạ truyền qua bị suy giảm 15%. Độ dài đường truyền của chùm tia trong cuvet với dung dịch “x” là 2 cm. Chỉ số hấp thụ mol (thập phân) của DNA ở bước sóng 260 nm là 1.3.10 5 mol – 1.cm 2 Tìm nồng độ DNA trong giải pháp.

Được cho:

Ф 0 = 100%; F = 100% – 15% = 85% Tìm thấy: Với ADN

x = 2 cm; λ = 260nm

χ 260 = 1.3.10 5 mol –1 .cm 2

Giải pháp:

(chúng tôi đã “lật” phân số để loại bỏ số mũ âm). . Bây giờ hãy lấy logarit:
, Và
; chúng tôi thay thế:

0,07 và C =
2.7.10 – 7 mol/cm3

Hãy chú ý đến độ nhạy cao của phương pháp!

b = 2900 µm.K; σ = 5,7,10 – 8 W.K 4; h = 6,6,10 – 34 J.s; c = 3,10 8 ms –1

2. Hai bóng đèn có thiết kế giống hệt nhau, ngoại trừ một bóng đèn được làm bằng vonfram nguyên chất (α = 0,3), còn bóng đèn kia được phủ một lớp màu đen bạch kim (α = 0,93). Bóng đèn nào có cường độ bức xạ lớn hơn? Bao nhiêu lần?

3. Các bước sóng tương ứng với mật độ quang phổ cực đại của độ sáng năng lượng nằm ở vùng nào của quang phổ nếu nguồn bức xạ là: a) hình xoắn ốc của bóng đèn điện (T = 2.300 K); b) bề mặt Mặt trời (T = 5.800 K); c) Bề mặt quả cầu lửa của vụ nổ hạt nhân tại thời điểm nhiệt độ của nó khoảng 30.000 K? Sự khác biệt về tính chất của các nguồn bức xạ này so với a.ch.t. sao nhãng.

4. Một vật kim loại nóng đỏ, có bề mặt 2,10 - 3 m 2, ở nhiệt độ bề mặt 1000 K phát ra dòng điện 45,6. thứ ba Hệ số hấp thụ của bề mặt vật thể này là bao nhiêu?

5. Bóng đèn có công suất 100 W. Diện tích bề mặt của dây tóc là 0,5,10 - 4 m 2. Nhiệt độ của dây tóc là 2.400 K. Hệ số hấp thụ của bề mặt dây tóc là bao nhiêu?

6. Ở nhiệt độ da 27 0 C, 0,454 W được phát ra từ mỗi cm vuông bề mặt cơ thể. Có thể (với độ chính xác không quá 2%) coi làn da là một cơ thể hoàn toàn đen không?

7. Trong quang phổ của một ngôi sao xanh, mức phát xạ tối đa tương ứng với bước sóng 0,3 micron. Nhiệt độ bề mặt của ngôi sao này là bao nhiêu?

8. Một vật có bề mặt 4.000 cm 2 tỏa ra năng lượng bao nhiêu trong một giờ?

ở nhiệt độ 400 K, nếu hệ số hấp thụ của cơ thể là 0,6?

9. Tấm (A) có diện tích bề mặt là 400 cm 2 ; hệ số hấp thụ của nó là 0,4. Một tấm khác (B) có diện tích 200 cm 2 có hệ số hấp thụ là 0,2. Nhiệt độ của các tấm là như nhau. Tấm nào phát ra nhiều năng lượng hơn và bao nhiêu?

10 – 16. Phân tích quang phổ định tính. Dựa vào phổ hấp thụ của một trong các hợp chất hữu cơ, quang phổ của hợp chất đó

được thể hiện trên hình, xác định nhóm chức nào là thành phần của chất này, Sử dụng số liệu bảng:

10 – đồ thị a); 11 – đồ thị b); 12 – đồ thị c); 13 – đồ thị d);

14 – đồ thị d); 15 – đồ thị f); 16 – đồ thị g).

Hãy chú ý đến giá trị nào trên biểu đồ của bạn được vẽ trên trục tung!

17. Ánh sáng lần lượt truyền qua hai bộ lọc ánh sáng có hệ số truyền qua là 0,2 và 0,5. Bao nhiêu phần trăm bức xạ sẽ phát ra từ một hệ thống như vậy?

18. Ánh sáng lần lượt đi qua hai bộ lọc có mật độ quang học là 0,7 và 0,4. Bao nhiêu phần trăm bức xạ sẽ đi qua một hệ thống như vậy?

19. Để bảo vệ khỏi bức xạ ánh sáng của vụ nổ hạt nhân, bạn cần kính có khả năng làm giảm ánh sáng ít nhất một triệu lần. Loại kính mà họ muốn chế tạo những chiếc kính như vậy có mật độ quang học là 3 với độ dày 1 mm để đạt được kết quả mong muốn?

20 Để bảo vệ mắt khi làm việc với tia laser, yêu cầu dòng bức xạ không vượt quá 0,0001% thông lượng do tia laser tạo ra có thể đi vào mắt. Kính phải có mật độ quang học bao nhiêu để đảm bảo an toàn?

Bài tập chung bài 21 – 28 (phân tích định lượng):

Hình vẽ thể hiện quang phổ hấp thụ của dung dịch có màu của một số chất. Ngoài ra, bài toán chỉ ra các giá trị của D (mật độ quang của dung dịch ở bước sóng tương ứng với độ hấp thụ ánh sáng cực đại) và X(độ dày cuvet). Tìm nồng độ của dung dịch.

Hãy chú ý đến đơn vị mà tỷ lệ hấp thụ được biểu thị trên biểu đồ của bạn.

21. Đồ thị a). D = 0,8 x = 2cm

22. Đồ thị b). D = 1,2 x = 1 cm

... 23. Đồ thị c). D = 0,5 x = 4 cm

24. Đồ thị d). D = 0,25 x = 2 cm

25 Phụ lục d). D = 0,4 x = 3 cm

26. Đồ thị e) D = 0,9 x = 1 cm

27. Đồ thị g). D = 0,2 x = 2 cm

Mật độ phổ của độ sáng năng lượng (độ sáng) là hàm biểu thị sự phân bố độ sáng (độ sáng) năng lượng trên phổ bức xạ.
Có nghĩa là:
Độ sáng năng lượng là mật độ thông lượng bề mặt của năng lượng phát ra từ một bề mặt
Độ sáng năng lượng là lượng thông lượng phát ra trên một đơn vị diện tích trên một đơn vị góc khối theo một hướng nhất định

Thân đen hoàn toàn- một sự lý tưởng hóa vật lý được sử dụng trong nhiệt động lực học, một vật thể hấp thụ tất cả các bức xạ điện từ tới nó trong mọi phạm vi và không phản xạ bất cứ thứ gì. Bất chấp tên gọi, một vật thể hoàn toàn màu đen có thể tự phát ra bức xạ điện từ ở bất kỳ tần số nào và có màu sắc về mặt thị giác. Phổ bức xạ của một vật thể hoàn toàn đen chỉ được xác định bởi nhiệt độ của nó.

Thân đen tuyền

Thân đen tuyền- đây là một (mô hình) trừu tượng vật lý, được hiểu là một vật thể hấp thụ hoàn toàn mọi bức xạ điện từ tới nó

Để có một cơ thể hoàn toàn đen

Thân màu xám

Thân màu xám- đây là vật thể có hệ số hấp thụ không phụ thuộc vào tần số mà chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ

- cho cơ thể màu xám

Định luật Kirchhoff cho bức xạ nhiệt

Tỷ lệ giữa độ phát xạ của bất kỳ vật thể nào với khả năng hấp thụ của nó là như nhau đối với tất cả các vật thể ở nhiệt độ nhất định trong một tần số nhất định và không phụ thuộc vào hình dạng cũng như bản chất hóa học của chúng.

Sự phụ thuộc nhiệt độ của mật độ quang phổ của độ sáng năng lượng của vật thể hoàn toàn đen

Sự phụ thuộc của mật độ năng lượng bức xạ quang phổ L(T) của vật đen vào nhiệt độ T trong dải bức xạ vi sóng được thiết lập cho dải nhiệt độ từ 6300 đến 100000 K.

Định luật dịch chuyển Wienđưa ra sự phụ thuộc của bước sóng tại đó dòng bức xạ năng lượng của vật đen đạt cực đại vào nhiệt độ của vật đen.

B=2,90*m*K

Định luật Stefan-Boltzmann

Công thức quần jean Rayleigh

công thức Planck

thanh hằng số

Hiệu ứng ảnh- đây là sự phát xạ electron của một chất dưới tác động của ánh sáng (và nói chung là bất kỳ bức xạ điện từ nào). Trong các chất ngưng tụ (rắn và lỏng) xảy ra hiện tượng quang điện bên ngoài và bên trong.

Định luật về hiệu ứng quang điện:

công thức Định luật 1 về hiệu ứng quang điện: số lượng electron do ánh sáng phát ra từ bề mặt kim loại trong một đơn vị thời gian ở tần số nhất định tỷ lệ thuận với quang thông chiếu sáng kim loại.

Theo định luật thứ 2 về hiệu ứng quang điện, Động năng cực đại của electron bị ánh sáng bật ra tăng tuyến tính với tần số ánh sáng và không phụ thuộc vào cường độ của nó.

định luật thứ 3 về hiệu ứng quang điện: đối với mỗi chất có một giới hạn đỏ của hiệu ứng quang điện, tức là tần số ánh sáng tối thiểu (hoặc bước sóng cực đại λ 0) mà tại đó hiệu ứng quang điện vẫn có thể xảy ra, và nếu , thì hiệu ứng quang điện không còn xảy ra nữa.

Photon- hạt cơ bản, lượng tử của bức xạ điện từ (theo nghĩa hẹp là ánh sáng). Nó là một hạt không có khối lượng, chỉ có thể tồn tại khi di chuyển với tốc độ ánh sáng. Điện tích của photon cũng bằng không.

Phương trình Einstein cho hiệu ứng quang điện ngoài

tế bào quang điện- một thiết bị điện tử chuyển đổi năng lượng photon thành năng lượng điện. Tế bào quang điện đầu tiên dựa trên hiệu ứng quang điện bên ngoài được tạo ra bởi Alexander Stoletov vào cuối thế kỷ 19.

năng lượng, khối lượng và động lượng của photon

Áp lực nhẹ là áp suất được tạo ra bởi sóng ánh sáng điện từ chiếu tới bề mặt vật thể.

Áp suất p do sóng tác dụng lên bề mặt kim loại có thể được tính bằng tỷ số của lực Lorentz tổng hợp tác dụng lên các electron tự do trong lớp bề mặt của kim loại so với diện tích bề mặt của kim loại:

Lý thuyết lượng tử ánh sáng giải thích áp lực nhẹ là kết quả của việc các photon truyền động lượng của chúng tới các nguyên tử hoặc phân tử vật chất.

Hiệu ứng Compton(Hiệu ứng Compton) - hiện tượng làm thay đổi bước sóng của bức xạ điện từ do sự tán xạ đàn hồi của electron

Bước sóng Compton

Giả thuyết của De Broglie là nhà vật lý người Pháp Louis de Broglie đã đưa ra ý tưởng quy các tính chất sóng cho electron. Vẽ một sự tương tự giữa một lượng tử, de Broglie cho rằng chuyển động của một electron hoặc bất kỳ hạt nào khác có khối lượng nghỉ đều liên quan đến một quá trình sóng.

Giả thuyết của De Broglie chứng minh rằng một hạt chuyển động có năng lượng E và động lượng p tương ứng với một quá trình sóng có tần số bằng:

và bước sóng:

trong đó p là động lượng của hạt chuyển động.

Thí nghiệm Davisson-Germer- một thí nghiệm vật lý về nhiễu xạ electron được thực hiện vào năm 1927 bởi các nhà khoa học Mỹ Clinton Davisson và Lester Germer.

Một nghiên cứu đã được thực hiện về sự phản xạ của các electron từ một tinh thể niken. Thiết lập bao gồm một tinh thể niken, được mài theo một góc và gắn trên một giá đỡ. Một chùm electron đơn sắc được hướng vuông góc với mặt phẳng được đánh bóng. Tốc độ của electron được xác định bởi điện áp trên súng điện tử:

Một cốc Faraday được lắp đặt ở một góc với chùm tia điện tử tới, nối với một điện kế nhạy. Dựa trên số đọc của điện kế, cường độ của chùm tia điện tử phản xạ từ tinh thể đã được xác định. Toàn bộ quá trình cài đặt được thực hiện trong chân không.

Các thí nghiệm đo cường độ chùm electron bị tán xạ bởi tinh thể phụ thuộc vào góc tán xạ từ góc phương vị , về tốc độ của electron trong chùm tia.

Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng có sự chọn lọc rõ rệt trong tán xạ electron. Ở các góc và vận tốc khác nhau, cường độ cực đại và cực tiểu được quan sát thấy trong các tia phản xạ. Điều kiện tối đa:

Đây là khoảng cách giữa các hành tinh.

Do đó, nhiễu xạ electron đã được quan sát thấy trên mạng tinh thể của một tinh thể đơn lẻ. Thí nghiệm này là một sự xác nhận tuyệt vời về sự tồn tại của tính chất sóng trong các vi hạt.

Hàm sóng, hoặc chức năng psi- một hàm có giá trị phức được sử dụng trong cơ học lượng tử để mô tả trạng thái thuần túy của một hệ thống. Là hệ số khai triển của vectơ trạng thái trên một cơ sở (thường là tọa độ):

ở đâu là vectơ cơ sở tọa độ và là hàm sóng trong biểu diễn tọa độ.

Ý nghĩa vật lý của hàm sóng là, theo cách giải thích của cơ học lượng tử Copenhagen, mật độ xác suất tìm thấy một hạt tại một điểm nhất định trong không gian tại một thời điểm nhất định được coi là bằng bình phương giá trị tuyệt đối của hàm sóng của trạng thái này trong biểu diễn tọa độ.

Nguyên lý bất định Heisenberg(hoặc Heisenberg) trong cơ học lượng tử - một bất đẳng thức cơ bản (quan hệ bất định) đặt ra giới hạn độ chính xác cho việc xác định đồng thời một cặp vật thể quan sát được đặc trưng cho một hệ lượng tử (xem đại lượng vật lý), được mô tả bởi các toán tử không giao hoán (ví dụ: tọa độ và động lượng, dòng điện và điện áp, điện trường và từ trường). Mối quan hệ bất định [* 1] đặt ra giới hạn thấp hơn cho tích độ lệch chuẩn của một cặp quan sát lượng tử. Nguyên lý bất định, được Werner Heisenberg phát hiện năm 1927, là một trong những nền tảng của cơ học lượng tử.

Sự định nghĩa Nếu có một số (nhiều) bản sao giống hệt nhau của hệ thống ở một trạng thái nhất định, thì các giá trị đo được của tọa độ và động lượng sẽ tuân theo một phân bố xác suất nhất định - đây là một định đề cơ bản của cơ học lượng tử. Bằng cách đo giá trị độ lệch chuẩn của tọa độ và độ lệch chuẩn của xung, chúng ta sẽ thấy rằng:

phương trình Schrödinger

Giếng tiềm năng– một vùng không gian trong đó có thế năng cực tiểu cục bộ của một hạt.

Hiệu ứng đường hầm, đào hầm- vượt qua rào cản tiềm năng bằng một vi hạt trong trường hợp tổng năng lượng của nó (không thay đổi trong quá trình đào hầm) nhỏ hơn chiều cao của rào cản. Hiệu ứng đường hầm là một hiện tượng chỉ có bản chất lượng tử, không thể xảy ra và thậm chí hoàn toàn trái ngược với cơ học cổ điển. Một hiện tượng tương tự của hiệu ứng đường hầm trong quang học sóng có thể là sự thâm nhập của sóng ánh sáng vào môi trường phản xạ (ở các khoảng cách theo thứ tự bước sóng ánh sáng) trong các điều kiện mà, theo quan điểm của quang học hình học, xảy ra phản xạ nội toàn phần. Hiện tượng đào hầm là nền tảng của nhiều quá trình quan trọng trong vật lý nguyên tử và phân tử, trong vật lý hạt nhân nguyên tử, trạng thái rắn, v.v.

Bộ dao động điều hòa trong cơ học lượng tử, nó là một chất tương tự lượng tử của một bộ dao động điều hòa đơn giản; trong trường hợp này, người ta không xem xét các lực tác dụng lên hạt mà là lực Hamilton, tức là tổng năng lượng của bộ dao động điều hòa và thế năng. năng lượng được cho là phụ thuộc bậc hai vào tọa độ. Việc tính đến các thuật ngữ sau đây trong việc mở rộng thế năng dọc theo tọa độ sẽ dẫn đến khái niệm về bộ dao động điều hòa.

Nghiên cứu cấu trúc của nguyên tử cho thấy nguyên tử gồm có một hạt nhân tích điện dương, trong đó hầu như toàn bộ khối lượng tập trung. h của nguyên tử và các electron mang điện tích âm chuyển động xung quanh hạt nhân.

Mô hình hành tinh nguyên tử Bohr-Rutherford. Năm 1911, Ernest Rutherford, sau khi tiến hành một loạt thí nghiệm, đã đi đến kết luận rằng nguyên tử là một loại hệ hành tinh trong đó các electron chuyển động theo quỹ đạo xung quanh một hạt nhân nặng, tích điện dương nằm ở trung tâm nguyên tử (“Nguyên tử Rutherford”. người mẫu"). Tuy nhiên, cách mô tả nguyên tử như vậy lại mâu thuẫn với điện động lực học cổ điển. Thực tế là, theo điện động lực học cổ điển, một electron khi chuyển động với gia tốc hướng tâm sẽ phát ra sóng điện từ và do đó sẽ mất năng lượng. Các tính toán cho thấy thời gian để một electron trong nguyên tử đó rơi vào hạt nhân là hoàn toàn không đáng kể. Để giải thích tính ổn định của các nguyên tử, Niels Bohr đã phải đưa ra các định đề rút gọn thành thực tế là một electron trong nguyên tử, ở một số trạng thái năng lượng đặc biệt, không phát ra năng lượng (“Mô hình nguyên tử Bohr-Rutherford”). Các định đề của Bohr chứng tỏ rằng cơ học cổ điển không thể áp dụng được để mô tả nguyên tử. Nghiên cứu sâu hơn về bức xạ nguyên tử đã dẫn đến việc tạo ra cơ học lượng tử, giúp giải thích phần lớn các sự kiện được quan sát thấy.

Quang phổ phát xạ của nguyên tử thường thu được ở nhiệt độ cao của nguồn sáng (plasma, hồ quang hoặc tia lửa), tại đó chất này bay hơi, các phân tử của nó phân tách thành các nguyên tử riêng lẻ và các nguyên tử bị kích thích phát sáng. Phân tích nguyên tử có thể là phát xạ - nghiên cứu quang phổ phát xạ hoặc hấp thụ - nghiên cứu phổ hấp thụ.
Phổ phát xạ của nguyên tử là tập hợp các vạch phổ. Vạch quang phổ xuất hiện là kết quả của bức xạ ánh sáng đơn sắc trong quá trình chuyển đổi của một electron từ một phân lớp điện tử được định đề Bohr cho phép sang một phân lớp khác ở các cấp độ khác nhau. Bức xạ này được đặc trưng bởi bước sóng K, tần số v hoặc số sóng co.
Phổ phát xạ của nguyên tử là tập hợp các vạch phổ. Vạch quang phổ xuất hiện là kết quả của bức xạ ánh sáng đơn sắc trong quá trình chuyển đổi của một electron từ một phân lớp điện tử được định đề Bohr cho phép sang một phân lớp khác ở các cấp độ khác nhau.

Mô hình Bohr của nguyên tử (Mô hình Bohr)- một mô hình bán cổ điển của nguyên tử do Niels Bohr đề xuất vào năm 1913. Ông lấy mô hình hành tinh nguyên tử do Rutherford đưa ra làm cơ sở. Tuy nhiên, theo quan điểm của điện động lực học cổ điển, một electron trong mô hình của Rutherford, chuyển động xung quanh hạt nhân, sẽ phát ra liên tục và rất nhanh, do mất năng lượng, rơi vào hạt nhân. Để khắc phục vấn đề này, Bohr đưa ra một giả định, bản chất của giả định này là các electron trong nguyên tử chỉ có thể chuyển động theo những quỹ đạo (đứng yên) nhất định, trong đó chúng không phát ra và sự phát xạ hoặc hấp thụ chỉ xảy ra tại thời điểm chuyển từ một quỹ đạo đó. quỹ đạo sang quỹ đạo khác. Hơn nữa, chỉ những quỹ đạo đó là đứng yên khi chuyển động dọc theo đó xung lượng góc của electron bằng một số nguyên hằng số Planck: .

Sử dụng giả định này và các định luật cơ học cổ điển, cụ thể là sự bằng nhau giữa lực hút của electron từ phía hạt nhân và lực ly tâm tác dụng lên một electron đang quay, ông thu được các giá trị sau cho bán kính của quỹ đạo đứng yên và năng lượng của electron nằm trong quỹ đạo này:

Ở đây là khối lượng của electron, Z là số proton trong hạt nhân, là hằng số điện môi, e là điện tích của electron.

Chính xác là biểu thức năng lượng này có thể thu được bằng cách áp dụng phương trình Schrödinger, giải bài toán chuyển động của một electron trong trường Coulomb trung tâm.

Bán kính quỹ đạo thứ nhất trong nguyên tử hydro R 0 =5,2917720859(36)·10 −11 m, ngày nay được gọi là bán kính Bohr, hay đơn vị chiều dài nguyên tử và được sử dụng rộng rãi trong vật lý hiện đại. Năng lượng của quỹ đạo thứ nhất, eV, là năng lượng ion hóa của nguyên tử hydro.

Định đề Bohr

§ Một nguyên tử chỉ có thể ở trạng thái dừng hoặc lượng tử đặc biệt, mỗi trạng thái có một năng lượng cụ thể. Ở trạng thái đứng yên, nguyên tử không phát ra sóng điện từ.

§ Một electron trong nguyên tử, không bị mất năng lượng, chuyển động dọc theo những quỹ đạo tròn rời rạc nhất định, trong đó động lượng góc bị lượng tử hóa: , trong đó là các số tự nhiên và là hằng số Planck. Sự có mặt của một electron trên quỹ đạo xác định năng lượng của các trạng thái đứng yên này.

§ Khi một electron chuyển từ quỹ đạo (mức năng lượng) sang quỹ đạo, một lượng tử năng lượng được phát ra hoặc hấp thụ, đâu là các mức năng lượng giữa đó xảy ra quá trình chuyển đổi. Khi chuyển từ cấp trên xuống cấp thấp hơn thì năng lượng phát ra; khi chuyển từ cấp thấp lên cấp trên thì năng lượng bị hấp thụ.

Sử dụng những tiên đề này và các định luật cơ học cổ điển, Bohr đã đề xuất một mô hình nguyên tử, ngày nay được gọi là mô hình nguyên tử Bohr. Sau đó, Sommerfeld mở rộng lý thuyết của Bohr sang trường hợp quỹ đạo hình elip. Nó được gọi là mô hình Bohr-Sommerfeld.

Thí nghiệm Frank và Hertz

kinh nghiệm đã chỉ ra rằng các electron chuyển năng lượng của chúng sang các nguyên tử thủy ngân theo từng phần và 4,86 ​​eV là phần nhỏ nhất có thể bị hấp thụ bởi nguyên tử thủy ngân ở trạng thái năng lượng cơ bản

Công thức Balmer

Để mô tả bước sóng λ của bốn vạch khả kiến ​​của quang phổ hydro, I. Balmer đã đề xuất công thức

trong đó n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å.

Hiện nay, một trường hợp đặc biệt của công thức Rydberg được sử dụng cho dãy Balmer:

trong đó λ là bước sóng,

R≈ 1,0974 10 7 m −1 - Hằng số Rydberg,

N- Số lượng tử chính của bậc ban đầu là số tự nhiên lớn hơn hoặc bằng 3.

Nguyên tử giống hydro- nguyên tử có một và chỉ một electron ở lớp vỏ electron.

bức xạ tia X- sóng điện từ, năng lượng của photon nằm trong thang sóng điện từ giữa bức xạ tử ngoại và bức xạ gamma, tương ứng với bước sóng từ 10 −2 đến 10 3 Å (từ 10 −12 đến 10 −7 m)

Ống tia X- một thiết bị chân không điện được thiết kế để tạo ra bức xạ tia X.

Bremsstrahlung- bức xạ điện từ do một hạt tích điện phát ra khi nó bị tán xạ (hãm lại) trong điện trường. Đôi khi khái niệm “bremsstrahlung” còn bao gồm cả bức xạ của các hạt mang điện tương đối tính chuyển động trong từ trường vĩ mô (trong máy gia tốc, trong không gian vũ trụ), và được gọi là magnetobremsstrahlung; tuy nhiên, thuật ngữ được sử dụng phổ biến hơn trong trường hợp này là “bức xạ synchrotron”.

ĐẶC ĐIỂM PHÁT THẢI- X-quang bức xạ quang phổ vạch. Đặc điểm nguyên tử của mỗi nguyên tố.

Liên kết hóa học- hiện tượng tương tác giữa các nguyên tử, gây ra bởi sự chồng chéo của các đám mây điện tử của các hạt liên kết, kèm theo sự giảm tổng năng lượng của hệ thống.

quang phổ phân tử- Phổ phát xạ (hấp thụ) phát sinh trong quá trình chuyển đổi lượng tử giữa các mức năng lượng của phân tử

Mức năng lượng- giá trị riêng của năng lượng của hệ lượng tử, nghĩa là hệ bao gồm các vi hạt (electron, proton và các hạt cơ bản khác) và tuân theo các định luật của cơ học lượng tử.

Số lượng tử N – Điều chính . Nó xác định năng lượng của electron trong nguyên tử hydro và các hệ một electron (He +, Li 2+, v.v.). Trong trường hợp này, năng lượng của electron

Ở đâu N nhận các giá trị từ 1 đến ∞. Càng ít N, năng lượng tương tác giữa electron và hạt nhân càng lớn. Tại N= 1 nguyên tử hydro ở trạng thái cơ bản, tại N> 1 – vui mừng.

Quy tắc lựa chọn trong quang phổ học, họ gọi những hạn chế và cấm đoán đối với sự chuyển đổi giữa các cấp độ của hệ cơ học lượng tử với sự hấp thụ hoặc phát xạ của một photon, được áp đặt bởi các định luật bảo toàn và đối xứng.

Nguyên tử nhiều electron nguyên tử có từ hai electron trở lên được gọi là nguyên tử.

hiệu ứng Zeeman- Sự phân tách các vạch quang phổ nguyên tử trong từ trường.

Được phát hiện vào năm 1896 bởi Zeeman về đường phát thải natri.

Bản chất của hiện tượng cộng hưởng thuận từ electron là sự hấp thụ cộng hưởng bức xạ điện từ của các electron chưa ghép cặp. Một electron có một spin và mô men từ liên quan.