СПЕКТРАЛЬНИЕ ОБЛАСТІ ЕЛЕКТРОМАГНІТНОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ

 

Відповідно до довжинами хвиль (l) весь спектр електромагнітного випромінювання умовно ділиться на ряд частково перекриваються областей - від радіохвиль на його довгохвильової кордоні до гамма-променів на кордоні коротких хвиль. Однак такий розподіл відображає залежність не тільки від l, але і від способів генерації і виявлення відповідного електромагнітного випромінювання. Наприклад, немає ніякого принципового розходження між мікрохвильовим і інфрачервоним випромінюванням однакових довжин хвиль, але якщо випромінювання генерується електронним приладом, його називають мікрохвильовим, а якщо воно випускається інфрачервоним джерелом - інфрачервоним.

 

                                      

                                       Теплове випромінювання

 

Теплове випромінювання — спільний процес конвекції і теплопровідності, при якій враховується температура всіх тіл, які мають температуру вище абсолютного нуля. Тобто це електромагнітне випромінювання з безперервним спектром, що випускається нагрітими тілами за рахунок їх теплової енергії., це є свічення тіл, зумовлене нагріванням.

Залежно від температури тіла, що випромінює, теплове випромінювання може належати різних діапазонів згідно із законом зміщення Віна, але синонімом даного терміну часто називають інфрачервоне випромінювання. Характеристики теплового випромінювання (всі залежать від температури):

— енергетична світність тіла(інтегральна випромінювальна здатність)

— спектральна випромінювальна здатність

— інтегральна поглинальна здатність

— спектральна поглинальна здатність

Відношення випромінювальної здатності до поглинальної здатності тіла не залежить від природи тіла, є функцією довжини хвилі тіла і температури.

Чим більше тіло поглинає певного (електромагнітного)випромінювання, тим більше воно випромінює тих самих хвиль при тій самій температурі.

Основні властивості теплового випромінювання

• Теплове випромінювання відбувається по всьому спектру частот від нуля до нескінченності
• Інтенсивність теплового випромінювання нерівномірна по частотах і має явно виражений максимум при певній частоті
• C зростанням температури загальна інтенсивність теплового випромінювання зростає
• C зростанням температури максимум випромінювання зміщується в бік більших частот (менших довжин хвиль)
• Теплове випромінювання характерно для тел незалежно від їх агрегатного стану
• Відмітною властивістю теплового випромінювання є рівноважний характер випромінювання. Це означає що якщо ми помістимо тіло в термоізольований посудину, то кількість поглинається енергії завжди буде дорівнює кількості испускаемой енергії.

                                         Люмінесценція

Люмінесценція (рос. люминесценция, англ. luminescence, нім. Lumineszenz f) — відмінне від теплового світіння збудженої речовини.

Інша назва – холодне світло.

 

Загальна характеристика

Речовина, у якій спостерігається люмінесценція, називається люмінофором.

Люмінесцентне випромінювання виникає за рахунок квантових переходів атомів,іонів, молекул зі збудженого стану в основний чи менш збуджений, тому кожен атом, іон чи молекула люмінофора є центром люмінесценції.

Люмінесценція при збудженні речовини світлом називається фотолюмінесценцією. При збудженні речовини струмом виникає електролюмінесценція, яка використовується в люмінесцентних лампах та світлодіодах. У електронно променевих трубках, які ще донедавна використовувалися утелевізорах та дисплеях, люмінесценція збуджується потоком електронів. У ядерній фізиці використовуються сцинтиляційні детектори, в яких люмінесценція викликається швидкими зарядженими частинками. Світіння, яке виникає внаслідок хімічних реакцій, називають хемолюмінесценцією, а світіння в живих організмах — біолюмінесценцією.

Люмінесценція може продовжуватися ще дуже довго після збудження речовини. Таку люмінесценцію (з характерним часом с) випромінювання на зміненій частоті називають фосфоресценцією.

Швидке негайне (з характерним часом с) називають флюоресценцією.

Точні кількісні критерії розмежування цих двох явищ визначити важко, проте знання механізму конкретного люмінесцентного процесу (див. нижче «Природа явища») дозволяє чітко їх розрізнити - при фосфоресценції відбувається зміна мультиплетності молекули (звичайно це перехід з триплетного стану до синґлетного), при флюоресценції спін, а відтак і мультплетність не змінюються. Проте такий прозорий критерій розрізнення є загально прийнятим лише серед фахівців з молекулярної спектроскопії; науковці, що займаються іншими системами, зокрема атомною спектроскопією, не завжди його притримуються: так, одна з найважливіших для фотохімії лінія випромінювання ртуті 253,7 нм відповідає переходу ³P₁→¹S₀ і за цим критерієм є фосфоресцентною лінією, проте фахівці з атомної спектроскопії так її не називають.

 

 

                                54. Елементи квантової фізики.

 

Досліди Лебедєва

Фотон, маючи енергію hn, має й імпульс (кількість руху): , , . Поглинаючись перешкодою або відбиваючись від неї, фотони передають перешкоді імпульс, створюючи тиск на неї (як і молекули газу).
Уперше тиск світла виміряв у 1899 р. російський фізик П. М. Лебедєв за допомогою підвішеної у вакуумі на тонкій кварцовій нитці легкої «крильчатки», одне крильце якої було відбиваючим (дзеркало), інше — поглинаючим (зачорненим).
Тиск світла на відбиваюче крильце був удвічі більшим, ніж на поглинаюче (у першому випадку під час падіння-відбивання перешкода одержує імпульс , у другому — тільки ).
Тиск світла в звичайних умовах дуже малий: близько 4,5 мкПа (атмосферний тиск дорівнює 100 кПа). Його вимірювання утруднялося ще й тим, що молекули газів, які ще залишилися у від качаній колбі, створювали на крильця тиск, набагато більший за тиск світла. Однак Лебедєву вдалося досить точно (як показали пізніше інші дослідники) виміряти тиск світла.

Тиск світла не завжди малий: у надрах зірок, де внаслідок термоядерних реакцій виділяється величезна енергія, тиск випромінювання дуже великий. 

 

                                    Світловий тиск

 

Світловий тиск — тиск, який світло чинить на тіло, в якому поглинається, або від якого відбивається.

Теоретично існування світлового тиску передбачив Максвелл в 1871 році, а експериментально дослідив П. М. Лебедєв у 1900.

Світло складається з фотонів, кожен з яких має імпульс

,

де — частота, — зведена стала Планка, c — швидкість світла у вакуумі.

За законом збереження імпульсу при поглинанні фотона цей імпульс передається тілу, що його поглинуло. При відбитті світла імпульс фотона міняється на протилежний, а тіло, від якого відбивається світловий промінь, отримує вдвічі більший імпульс.

Якщо на одиницю поверхні тіла в одиницю часу падає n' фотонів, поглинаючись в ній, то тиск на поверхню P дорівнює

,

де I — потік світлової енергії.

При відбитті світла поверхнею тіла світловий тиск вдвічі більший. При проходженні фотона наскрізь світлового тиску не виникає. Тому в загальному випадку наведену формулу потрібно скоригувати з врахуванням цих процесів.

За теорії світла Максвелла:

                                р = , де Е_е =

- енергетична освітленість поверхні, с- швидкість світла у вакуумі.

                               

- коефіцієнт відбивання.

 

                             ХІМІЧНА ДІЯ СВІТЛА

 

Окремі молекули поглинають світлову енергію порція­ми — квантами hv. У випадку видимого світла і ультрафіоле­тового випромінювання цієї енергії виявляється досить для розщеплення багатьох молекул. Так проявляється хімічна дія світла. Адже будь-яке перетворення молекул є хімічним процесом.

Найбільш важливі в живій природі хімічні реакції відбу­ваються в зелених рослинах під дією сонячного світла. Завдяки їм ми маємо їжу, дихаємо киснем. Цей фотохіміч­ний процес — фотосинтез — можна подати таким сумарним рівнянням:

 

        

 

 

                                                             Фотоефект

Фотоефект — явище «вибивання» світлом електронів із металів.

Щоб вивільнити електрон із металу йому необхідно передати енергію, більшу за роботу виходу.

Теоретичне пояснення явища дав Альберт Ейнштейн, за що отримав Нобелівську премію. Ейнштейн використав гіпотезу Макса Планка про те, що світло випромінюється порціями (квантами) із енергією, пропорційною частоті.

Припустивши, що світло і поглинається такими ж порціями, він зміг пояснити залежність швидкості вибитих електронів від довжини хвилі опромінення.

,

де ν — частота світла, h — стала Планка, m — маса електрона, v — його швидкість, A — робота виходу.

Робота Ейнштейна мала велике значення для розвитку ідей квантової механіки взагалі та квантової оптики зокрема.

 

 

           Зовнішній фотоелектричний ефект

 

Фотоелектричні явища виникають при поглинанні речовиною електромагнітного випромінювання оптичного діапазону. До цих явищ належить і зовнішній фотоефект.

Зовнішнім фотоефектом називають явище виривання електронів з речовини під дією падаючого на нього світла.

Явище зовнішнього фотоефекту відкрито в 1887 р. Герцем, а детально досліджено Столєтова. Теорія фотоефекту на основі квантових уявлень створена Ейнштейном.

Явище фотоефекту отримало широке практичне застосування. Прилади, в основі принципу дії яких лежить фотоефект, називаються фотоелементами. Фотоелементи, що використовують зовнішній фотоефект, перетворять енергію випромінювання в електричну лише частково. Так як ефективність перетворення невелика, то в якості джерел електроенергії фотоелементи не використовують, але зате застосовують їх у різних схемах автоматики для управління електричними ланцюгами за допомогою світлових пучків.

Внутрішній фотоефект використовують в фоторезисторах. Вентильний фотоефект, що виникає в напівпровідникових фотоелементах з p-n переходом, використовується для прямого перетворення енергії випромінювання в електричну енергію (сонячні батареї).

 

⇐ Предыдущая18192021222324252627Следующая ⇒

Поделиться: