શરીરની ઊર્જા તેજસ્વીતા - - ભૌતિક જથ્થો, જે તાપમાન અને આંકડાકીય રીતે કાર્ય કરે છે ઊર્જા સમાન, દરેક દિશામાં અને સમગ્ર આવર્તન સ્પેક્ટ્રમ પર એકમ સપાટીના ક્ષેત્રમાંથી એકમ સમય દીઠ શરીર દ્વારા ઉત્સર્જિત. J/s m²=W/m²
સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા ઊર્જાસભર તેજ - ફ્રીક્વન્સીઝ (અથવા તરંગલંબાઇ) ના સમગ્ર સ્પેક્ટ્રમ પર કિરણોત્સર્ગ ઊર્જાના વિતરણની લાક્ષણિકતા દર્શાવતું આવર્તન અને તાપમાનનું કાર્ય. , એક સમાન કાર્ય તરંગલંબાઇના સંદર્ભમાં લખી શકાય છે
તે સાબિત કરી શકાય છે વર્ણપટની ઘનતાઊર્જાસભર તેજસ્વીતા, આવર્તન અને તરંગલંબાઇના સંદર્ભમાં વ્યક્ત, સંબંધ દ્વારા સંબંધિત છે:
ચોક્કસ કાળું શરીર - થર્મોડાયનેમિક્સમાં વપરાતું ભૌતિક આદર્શીકરણ, એક એવું શરીર જે તેના પર તમામ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન ઘટનાને તમામ શ્રેણીઓમાં શોષી લે છે અને કંઈપણ પ્રતિબિંબિત કરતું નથી. નામ હોવા છતાં, સંપૂર્ણ કાળો પદાર્થ પોતે કોઈપણ આવર્તનના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનનું ઉત્સર્જન કરી શકે છે અને દૃષ્ટિની રંગ ધરાવે છે. એકદમ કાળા શરીરનું રેડિયેશન સ્પેક્ટ્રમ તેના તાપમાન દ્વારા જ નક્કી થાય છે.
સામાન્ય રીતે કોઈપણ (ગ્રે અને રંગીન) શરીરના થર્મલ રેડિયેશનના સ્પેક્ટ્રમના પ્રશ્નમાં એકદમ કાળા શરીરનું મહત્વ, તે હકીકત ઉપરાંત તે સૌથી સરળ બિન-તુચ્છ કેસનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે, તે હકીકતમાં પણ રહેલું છે કે પ્રશ્ન કોઈપણ રંગના શરીરના સંતુલન થર્મલ રેડિયેશનના સ્પેક્ટ્રમ અને પ્રતિબિંબ ગુણાંક પદ્ધતિઓમાં આવે છે ક્લાસિકલ થર્મોડાયનેમિક્સએકદમ કાળાના કિરણોત્સર્ગના પ્રશ્ન માટે (અને ઐતિહાસિક રીતે આ પહેલાથી જ કરવામાં આવ્યું છે 19મી સદીનો અંતસદી, જ્યારે બ્લેક બોડી રેડિયેશનની સમસ્યા સામે આવી).
સંપૂર્ણપણે કાળા પદાર્થો પ્રકૃતિમાં અસ્તિત્વમાં નથી, તેથી ભૌતિકશાસ્ત્રમાં પ્રયોગો માટે મોડેલનો ઉપયોગ થાય છે. તે નાના છિદ્ર સાથે બંધ પોલાણ છે. આ છિદ્રમાંથી પ્રવેશતો પ્રકાશ પુનરાવર્તિત પ્રતિબિંબ પછી સંપૂર્ણપણે શોષાઈ જશે, અને છિદ્ર બહારથી સંપૂર્ણપણે કાળો દેખાશે. પરંતુ જ્યારે આ પોલાણ ગરમ થાય છે, ત્યારે તેની પોતાની હશે દૃશ્યમાન કિરણોત્સર્ગ. કારણ કે પોલાણની આંતરિક દિવાલો દ્વારા ઉત્સર્જિત રેડિયેશન, તે બહાર આવે તે પહેલાં (છેવટે, છિદ્ર ખૂબ નાનું છે), મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં તે પસાર થશે. મોટી રકમનવા શોષણ અને ઉત્સર્જન, તો પછી આપણે વિશ્વાસ સાથે કહી શકીએ કે પોલાણની અંદર રેડિયેશન દિવાલો સાથે થર્મોડાયનેમિક સંતુલનમાં છે. (હકીકતમાં, આ મોડેલ માટે છિદ્ર બિલકુલ મહત્વનું નથી, તે ફક્ત અંદર સ્થિત રેડિયેશનની મૂળભૂત અવલોકનક્ષમતા પર ભાર મૂકવા માટે જરૂરી છે; છિદ્ર, ઉદાહરણ તરીકે, સંપૂર્ણપણે બંધ થઈ શકે છે, અને જ્યારે સંતુલન પહેલાથી જ થઈ ગયું હોય ત્યારે જ ઝડપથી ખોલી શકાય છે. સ્થાપિત અને માપન હાથ ધરવામાં આવી રહ્યું છે).
2. કિર્ચહોફનો રેડિયેશન કાયદો - ભૌતિક કાયદો, 1859 માં જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી કિર્ચહોફ દ્વારા સ્થાપિત. IN આધુનિક રચનાકાયદો નીચે મુજબ છે: કોઈપણ શરીરની ઉત્સર્જન ક્ષમતા અને તેની શોષણ ક્ષમતાનો ગુણોત્તર આપેલ તાપમાને આપેલ આવર્તન માટે તમામ સંસ્થાઓ માટે સમાન હોય છે અને તે તેમના આકાર પર આધારિત નથી, રાસાયણિક રચનાઅને તેથી વધુ.
જ્યારે પડવું તે જાણીતું છે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનશરીરના અમુક ભાગ પર તે પ્રતિબિંબિત થાય છે, ભાગ શોષાય છે અને ભાગ પ્રસારિત કરી શકાય છે. આપેલ આવર્તન પર શોષાયેલા કિરણોત્સર્ગના અપૂર્ણાંકને કહેવામાં આવે છે શોષણ ક્ષમતાશરીર બીજી બાજુ, દરેક ગરમ શરીર કહેવાતા કેટલાક કાયદા અનુસાર ઊર્જા ઉત્સર્જન કરે છે શરીરની ઉત્સર્જન.
એક શરીરમાંથી બીજા શરીરમાં જતી વખતે જથ્થાઓ અને મોટા પ્રમાણમાં બદલાઈ શકે છે, જો કે, કિર્ચહોફના રેડિયેશનના નિયમ મુજબ, ઉત્સર્જન અને શોષણ ક્ષમતાઓનો ગુણોત્તર શરીરની પ્રકૃતિ પર આધારિત નથી અને સાર્વત્રિક કાર્યઆવર્તન (તરંગલંબાઇ) અને તાપમાન:
વ્યાખ્યા મુજબ, એકદમ કાળો પદાર્થ તેના પરની તમામ કિરણોત્સર્ગ ઘટનાઓને શોષી લે છે, એટલે કે તેના માટે. તેથી, કાર્ય સંપૂર્ણપણે બ્લેક બોડીની ઉત્સર્જન સાથે સુસંગત છે, જે સ્ટેફન-બોલ્ટ્ઝમેન કાયદા દ્વારા વર્ણવવામાં આવ્યું છે, જેના પરિણામે કોઈપણ શરીરની ઉત્સર્જન માત્ર તેની શોષણ ક્ષમતાના આધારે શોધી શકાય છે.
સ્ટેફન-બોલ્ટ્ઝમેન કાયદો- બ્લેક બોડી રેડિયેશનનો કાયદો. તેના તાપમાન પર એકદમ કાળા શરીરની રેડિયેશન પાવરની અવલંબન નક્કી કરે છે. કાયદાનું નિવેદન: એકદમ કાળા શરીરની રેડિયેશન શક્તિ સપાટીના વિસ્તાર અને શરીરના તાપમાનની ચોથી શક્તિના સીધા પ્રમાણસર છે: પી = એસεσ ટી 4, જ્યાં ε એ ઉત્સર્જનની ડિગ્રી છે (તમામ પદાર્થો માટે ε< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).
કિરણોત્સર્ગ માટે પ્લાન્કના નિયમનો ઉપયોગ કરીને, સ્થિરાંક σ ને પ્લાન્કનું સ્થિરાંક ક્યાં છે તે રીતે વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે, k - બોલ્ટ્ઝમેન સતત, c- પ્રકાશની ગતિ.
સંખ્યાત્મક મૂલ્ય J s −1 m −2 K −4 .
જર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી ડબલ્યુ. વિએન (1864-1928), થર્મો- અને ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સના નિયમો પર આધાર રાખીને, કાર્યની મહત્તમતાને અનુરૂપ તરંગલંબાઇ l મહત્તમની અવલંબન સ્થાપિત કરી. આર એલ, ટી,તાપમાન પર ટી.અનુસાર વિએનનો વિસ્થાપન કાયદો,l મહત્તમ =b/T
એટલે કે તરંગલંબાઇ l મહત્તમ અનુરૂપ મહત્તમ મૂલ્યઊર્જાસભર તેજની સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા આર એલ, ટીબ્લેક બોડી તેના માટે વિપરિત પ્રમાણમાં છે થર્મોડાયનેમિક તાપમાન, b-સતત અપરાધ: તેણી પ્રાયોગિક મૂલ્યબરાબર 2.9 10 -3 m K. અભિવ્યક્તિ (199.2) તેથી તેને કાયદો કહેવામાં આવે છે ઓફસેટ્સખામી એ છે કે તે મહત્તમ કાર્યની સ્થિતિમાં ફેરફાર દર્શાવે છે આર એલ, ટીટૂંકા તરંગલંબાઇના પ્રદેશમાં તાપમાન વધે છે. વિએનનો કાયદો સમજાવે છે કે શા માટે, જેમ જેમ ગરમ શરીરનું તાપમાન ઘટતું જાય છે તેમ તેમ લાંબા-તરંગના કિરણોત્સર્ગ તેમના વર્ણપટમાં વધુને વધુ પ્રભુત્વ મેળવે છે (ઉદાહરણ તરીકે, સંક્રમણ સફેદ ગરમીજ્યારે મેટલ ઠંડુ થાય છે ત્યારે લાલ થાય છે).
થર્મલ રેડિયેશનના સિદ્ધાંતમાં સ્ટેફન-બોલ્ટ્ઝમેન અને વિએન કાયદાઓ ભજવે છે તે હકીકત હોવા છતાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા, તે ચોક્કસ કાયદાઓ છે, કારણ કે તેઓ વિવિધ તાપમાને ફ્રીક્વન્સીઝ પર ઊર્જા વિતરણનું સામાન્ય ચિત્ર આપતા નથી.
3. આ પોલાણની દિવાલોને તેમના પર પડતા પ્રકાશને સંપૂર્ણપણે પ્રતિબિંબિત કરવા દો. ચાલો કેટલાક શરીરને પોલાણમાં મૂકીએ જે પ્રકાશ ઊર્જાનું ઉત્સર્જન કરશે. પોલાણની અંદર એક ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર ઉદભવશે અને છેવટે, તે રાજ્યમાં રેડિયેશનથી ભરાઈ જશે. થર્મલ સંતુલનશરીર સાથે. સંતુલન એ કિસ્સામાં પણ થશે જ્યારે કોઈ રીતે અભ્યાસ હેઠળના શરીરની ગરમીનું તેની આસપાસના વાતાવરણ સાથે વિનિમય સંપૂર્ણપણે દૂર થઈ જાય (ઉદાહરણ તરીકે, અમે આ માનસિક પ્રયોગ વેક્યૂમમાં કરીશું, જ્યારે થર્મલ વાહકતાની કોઈ ઘટના ન હોય. અને સંવહન). માત્ર પ્રકાશના ઉત્સર્જન અને શોષણની પ્રક્રિયાઓ દ્વારા સંતુલન આવશ્યકપણે થાય છે: ઉત્સર્જક શરીરનું તાપમાન હશે તાપમાન સમાનઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન આઇસોટ્રોપિકલી રીતે પોલાણની અંદરની જગ્યાને ભરે છે, અને શરીરની સપાટીનો દરેક પસંદ કરેલ ભાગ એકમ સમય દીઠ તેટલી ઊર્જાનું ઉત્સર્જન કરશે જેટલું તે શોષી લે છે. આ કિસ્સામાં, બંધ પોલાણની અંદર મૂકવામાં આવેલા શરીરના ગુણધર્મોને ધ્યાનમાં લીધા વિના સંતુલન થવું જોઈએ, જે, જો કે, સંતુલન સ્થાપિત થવાના સમયને પ્રભાવિત કરે છે. પોલાણમાં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રની ઉર્જા ઘનતા, જેમ કે નીચે દર્શાવવામાં આવશે, સંતુલનની સ્થિતિમાં માત્ર તાપમાન દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે.
સંતુલન થર્મલ રેડિયેશનની લાક્ષણિકતા માટે, તે માત્ર મહત્વપૂર્ણ નથી જથ્થાબંધ ઘનતાઊર્જા, પણ સમગ્ર સ્પેક્ટ્રમમાં આ ઊર્જાનું વિતરણ. તેથી, અમે ફંક્શનનો ઉપયોગ કરીને પોલાણની અંદરની જગ્યાને આઇસોટ્રોપિકલી રીતે ભરતા સંતુલન કિરણોત્સર્ગને લાક્ષણિકતા આપીશું. u ω - સ્પેક્ટ્રલ કિરણોત્સર્ગ ઘનતા, એટલે કે સરેરાશ ઊર્જાવોલ્યુમ એકમો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર, ω થી ω + δω સુધીના આવર્તન અંતરાલમાં વિતરિત અને આ અંતરાલના મૂલ્ય સાથે સંબંધિત. દેખીતી રીતે અર્થ uω તાપમાન પર નોંધપાત્ર રીતે આધાર રાખે છે, તેથી અમે તેને સૂચિત કરીએ છીએ u(ω, ટી).કુલ ઊર્જા ઘનતા યુ(ટી) સાથે સંકળાયેલ છે u(ω, ટી) સૂત્ર.
કડક શબ્દોમાં કહીએ તો, તાપમાનનો ખ્યાલ માત્ર સંતુલન થર્મલ રેડિયેશન માટે જ લાગુ પડે છે. સંતુલન સ્થિતિમાં, તાપમાન સ્થિર રહેવું જોઈએ. જો કે, તાપમાનની વિભાવનાનો ઉપયોગ ઘણીવાર અગ્નિથી પ્રકાશિત શરીરને દર્શાવવા માટે પણ થાય છે જે કિરણોત્સર્ગ સાથે સંતુલનમાં નથી. તદુપરાંત, સિસ્ટમના પરિમાણોમાં ધીમા ફેરફાર સાથે, આપેલ કોઈપણ સમયગાળામાં તેના તાપમાનને લાક્ષણિકતા આપવાનું શક્ય છે, જે ધીમે ધીમે બદલાશે. તેથી, ઉદાહરણ તરીકે, જો ગરમીનો કોઈ પ્રવાહ ન હોય અને તેજસ્વી શરીરની ઊર્જામાં ઘટાડો થવાને કારણે કિરણોત્સર્ગ હોય, તો તેનું તાપમાન પણ ઘટશે.
ચાલો આપણે સંપૂર્ણપણે કાળા શરીરની ઉત્સર્જન અને સંતુલન કિરણોત્સર્ગની વર્ણપટની ઘનતા વચ્ચે જોડાણ સ્થાપિત કરીએ. આ કરવા માટે, અમે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાથી ભરેલા બંધ પોલાણની અંદર સ્થિત એક જ ક્ષેત્ર પર ઊર્જા પ્રવાહની ઘટનાની ગણતરી કરીએ છીએ. મધ્યમ ઘનતા યુ ω .ઘન કોણ dΩ ની અંદર કોણ θ અને ϕ (ફિગ. 6a) દ્વારા નિર્ધારિત દિશામાં એકમ વિસ્તાર પર રેડિયેશન પડવા દો:
સંતુલન કિરણોત્સર્ગ આઇસોટ્રોપિક હોવાથી, આપેલ ઘન કોણમાં પ્રસારિત થતો અપૂર્ણાંક પોલાણને ભરવાની કુલ ઊર્જા સમાન છે. એકમ સમય દીઠ એકમ વિસ્તારમાંથી પસાર થતો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જાનો પ્રવાહ
બદલી રહ્યા છે dΩઅભિવ્યક્તિ અને મર્યાદા (0, 2π) ની અંદર ϕ અને મર્યાદા (0, π/2) ની અંદર θ કરતાં વધુ, અમે મેળવીએ છીએ સંપૂર્ણ પ્રવાહએકમ વિસ્તાર પર ઊર્જા ઘટના:
દેખીતી રીતે, સંતુલન પરિસ્થિતિઓમાં એકદમ કાળા શરીરની ઉત્સર્જનની અભિવ્યક્તિ (13) સમાન હોવી જરૂરી છે. આરω, ω ની નજીકના એકમ આવર્તન અંતરાલમાં પ્લેટફોર્મ દ્વારા ઉત્સર્જિત ઊર્જા પ્રવાહની લાક્ષણિકતા
આમ, તે દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે સંપૂર્ણપણે કાળા શરીરની ઉત્સર્જન, c/4 ના પરિબળ સુધી, સંતુલન કિરણોત્સર્ગની વર્ણપટની ઘનતા સાથે એકરુપ છે. કિરણોત્સર્ગના દરેક સ્પેક્ટ્રલ ઘટક માટે સમાનતા (14) સંતુષ્ટ હોવી જોઈએ, તેથી તે અનુસરે છે કે f(ω, ટી)= u(ω, ટી) (15)
નિષ્કર્ષમાં, અમે નિર્દેશ કરીએ છીએ કે સંપૂર્ણ બ્લેક બોડીનું રેડિયેશન (ઉદાહરણ તરીકે, પોલાણમાં નાના છિદ્ર દ્વારા ઉત્સર્જિત પ્રકાશ) હવે સંતુલનમાં રહેશે નહીં. ખાસ કરીને, આ કિરણોત્સર્ગ આઇસોટ્રોપિક નથી, કારણ કે તે બધી દિશાઓમાં પ્રચાર કરતું નથી. પરંતુ આવા કિરણોત્સર્ગ માટે સ્પેક્ટ્રમ પર ઉર્જાનું વિતરણ સમતુલા કિરણોત્સર્ગની સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા સાથે મેળ ખાય છે જે પોલાણની અંદરની જગ્યાને આઇસોટ્રોપિકલી ભરે છે. આ અમને સંબંધ (14) નો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે, જે કોઈપણ તાપમાને માન્ય છે. અન્ય કોઈ પ્રકાશ સ્ત્રોતમાં સમગ્ર સ્પેક્ટ્રમમાં સમાન ઊર્જા વિતરણ નથી. ઉદાહરણ તરીકે, વાયુઓમાં ઇલેક્ટ્રિક ડિસ્ચાર્જ અથવા પ્રભાવ હેઠળ ગ્લો રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓસંપૂર્ણપણે કાળા શરીરની ગ્લો કરતાં સ્પેક્ટ્રા નોંધપાત્ર રીતે અલગ છે. અગ્નિથી પ્રકાશિત શરીરના સ્પેક્ટ્રમમાં ઊર્જાનું વિતરણ પણ એકદમ બ્લેક બોડીના ગ્લોથી સ્પષ્ટ રીતે અલગ છે, જે સામાન્ય પ્રકાશ સ્ત્રોત (ટંગસ્ટન ફિલામેન્ટ સાથે અગ્નિથી પ્રકાશિત દીવો) અને એકદમ બ્લેક બોડીના સ્પેક્ટ્રાની સરખામણી કરીને વધારે હતું.
4. સ્વતંત્રતાની ડિગ્રીમાં ઊર્જાના સમાન વિતરણના કાયદાના આધારે: દરેક માટે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઓસિલેશનસરેરાશ ઊર્જા એ બે ભાગો kT નો સરવાળો છે. એક અડધો ભાગ તરંગના વિદ્યુત ઘટક દ્વારા ફાળો આપે છે, અને બીજો ચુંબકીય ઘટક દ્વારા. પોતે જ, પોલાણમાં સંતુલન કિરણોત્સર્ગને સિસ્ટમ તરીકે રજૂ કરી શકાય છે ઉભા મોજા. માં સ્થાયી તરંગોની સંખ્યા ત્રિ-પરિમાણીય જગ્યાઅભિવ્યક્તિ દ્વારા આપવામાં આવે છે:
અમારા કિસ્સામાં, ઝડપ વિસમાન સેટ કરવું જોઈએ c, વધુમાં, બે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો સમાન આવર્તન સાથે, પરંતુ પરસ્પર લંબરૂપ ધ્રુવીકરણ સાથે, એક જ દિશામાં આગળ વધી શકે છે, પછી (1) વધુમાં બે વડે ગુણાકાર કરવો જોઈએ:
તેથી, રેલે અને જીન્સ, દરેક સ્પંદન માટે ઊર્જા સોંપવામાં આવી હતી. (2) દ્વારા ગુણાકાર કરવાથી, આપણે ઊર્જા ઘનતા મેળવીએ છીએ જે આવર્તન અંતરાલ dω પર પડે છે:
સંપૂર્ણપણે કાળા શરીરની ઉત્સર્જન વચ્ચેના સંબંધને જાણવું f(ω, ટી) થર્મલ રેડિયેશન ઊર્જાની સંતુલન ઘનતા સાથે, માટે f(ω, ટી) આપણે શોધીએ છીએ: અભિવ્યક્તિ (3) અને (4) કહેવાય છે રેલે-જીન્સ ફોર્મ્યુલા.
ફોર્મ્યુલા (3) અને (4) માત્ર લાંબી તરંગલંબાઇ માટે પ્રાયોગિક ડેટા સાથે સંતોષકારક કરારમાં છે, વધુ ટૂંકા તરંગોપ્રયોગ સાથેના કરારમાં તીવ્ર મતભેદ છે. તદુપરાંત, સંતુલન ઊર્જા ઘનતા માટે 0 થી ની શ્રેણીમાં એકીકરણ (3) ω ઉપર u(ટી) અનંત આપે છે મહાન મૂલ્ય. આ પરિણામ કહેવાય છે અલ્ટ્રાવાયોલેટ આપત્તિ, દેખીતી રીતે પ્રયોગનો વિરોધ કરે છે: રેડિયેશન અને રેડિએટિંગ બોડી વચ્ચે સંતુલન સ્થાપિત થવું જોઈએ જ્યારે અંતિમ મૂલ્યો u(ટી).
અલ્ટ્રાવાયોલેટ આપત્તિ - ભૌતિક શબ્દ, વિરોધાભાસનું વર્ણન કરે છે શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્ર, એ હકીકતમાં સમાવિષ્ટ છે કે સંપૂર્ણ શક્તિકોઈપણ ગરમ શરીરનું થર્મલ રેડિયેશન અનંત હોવું જોઈએ. વિરોધાભાસનું નામ એ હકીકતને કારણે પડ્યું છે કે તરંગલંબાઇ ટૂંકી હોવાથી કિરણોત્સર્ગની સ્પેક્ટ્રલ પાવર ઘનતા અનિશ્ચિતપણે વધવી જોઈએ. સારમાં, આ વિરોધાભાસ દર્શાવે છે, જો નહીં આંતરિક અસંગતતાશાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્ર, પછી કોઈ પણ સંજોગોમાં તેની સાથે અત્યંત તીવ્ર (વાહિયાત) વિસંગતતા પ્રાથમિક અવલોકનોઅને પ્રયોગ.
5. પ્લાન્કની પૂર્વધારણા- મેક્સ પ્લાન્ક દ્વારા 14 ડિસેમ્બર, 1900 ના રોજ આગળ મૂકવામાં આવેલી એક પૂર્વધારણા અને જે જણાવે છે કે થર્મલ રેડિયેશન દરમિયાન ઊર્જા ઉત્સર્જિત થાય છે અને સતત નહીં, પરંતુ અલગ ક્વોન્ટામાં (ભાગો) માં શોષાય છે. આવા દરેક ક્વોન્ટમ ભાગમાં ઊર્જા હોય છે , આવર્તનના પ્રમાણસર ν કિરણોત્સર્ગ:
જ્યાં hઅથવા - પ્રમાણસરતા ગુણાંક, જેને પાછળથી પ્લાન્કનો કોન્સ્ટન્ટ કહેવામાં આવે છે. આ પૂર્વધારણાના આધારે, તેમણે શરીરના તાપમાન અને આ શરીર દ્વારા ઉત્સર્જિત કિરણોત્સર્ગ વચ્ચેના સંબંધની સૈદ્ધાંતિક વ્યુત્પત્તિની દરખાસ્ત કરી - પ્લાન્કનું સૂત્ર.
પ્લાન્કનું સૂત્ર- બ્લેક બોડી રેડિયેશનની સ્પેક્ટ્રલ પાવર ડેન્સિટી માટે અભિવ્યક્તિ, જે મેક્સ પ્લાન્ક દ્વારા મેળવવામાં આવી હતી. કિરણોત્સર્ગ ઊર્જા ઘનતા માટે u(ω, ટી):
રેલે-જીન્સ સૂત્ર સંતોષકારક રીતે માત્ર પ્રદેશમાં જ રેડિયેશનનું વર્ણન કરે છે તે સ્પષ્ટ થયા પછી પ્લાન્કનું સૂત્ર પ્રાપ્ત થયું લાંબા તરંગો. સૂત્ર મેળવવા માટે, પ્લાન્કે 1900 માં એવી ધારણા કરી હતી કે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન ઊર્જાના વ્યક્તિગત ભાગો (ક્વોન્ટા) ના સ્વરૂપમાં ઉત્સર્જિત થાય છે, જેની તીવ્રતા અભિવ્યક્તિ દ્વારા રેડિયેશનની આવર્તન સાથે સંબંધિત છે:
પ્રમાણસરતા ગુણાંકને પછીથી પ્લાન્કનો સ્થિરાંક કહેવામાં આવ્યો, = 1.054 · 10 −27 erg s.
થર્મલ રેડિયેશનના ગુણધર્મોને સમજાવવા માટે, ભાગો (ક્વોન્ટા) માં ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનના ઉત્સર્જનની વિભાવના રજૂ કરવી જરૂરી હતી. બ્રેમ્સસ્ટ્રાહલંગ એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રમમાં ટૂંકી-તરંગલંબાઈની મર્યાદાના અસ્તિત્વ દ્વારા પણ રેડિયેશનની ક્વોન્ટમ પ્રકૃતિની પુષ્ટિ થાય છે.
એક્સ-રે રેડિયેશન ત્યારે થાય છે જ્યારે નક્કર લક્ષ્યોને ઝડપી ઇલેક્ટ્રોન દ્વારા બોમ્બમારો કરવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોન ઉર્જાનો માત્ર 1-3% રેડિયેશન માટે વપરાય છે, બાકીની એનોડ પર ગરમીના સ્વરૂપમાં છોડવામાં આવે છે, તેથી એનોડને પાણીથી ઠંડુ કરવામાં આવે છે. એનોડ પદાર્થમાં એકવાર, ઇલેક્ટ્રોનનો અનુભવ થાય છે મજબૂત બ્રેકિંગઅને સ્ત્રોત બનો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો(એક્સ-રે).
પ્રારંભિક ઝડપઇલેક્ટ્રોન એનોડને ફટકારે છે તે સૂત્ર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:
જ્યાં યુ- પ્રવેગક વોલ્ટેજ.
>નોંધપાત્ર ઉત્સર્જન માત્ર ઝડપી ઈલેક્ટ્રોનના તીવ્ર ઘટાડા સાથે જ જોવા મળે છે, જે શરૂ થાય છે. યુ~ 50 kV, જ્યારે ( સાથે- પ્રકાશની ગતિ). ઇન્ડક્શન ઇલેક્ટ્રોન એક્સિલરેટરમાં - બીટાટ્રોન, ઇલેક્ટ્રોન 50 MeV, = 0.99995 સુધી ઊર્જા મેળવે છે સાથે. આવા ઇલેક્ટ્રોનને નક્કર લક્ષ્ય તરફ નિર્દેશિત કરીને, આપણે મેળવીએ છીએ એક્સ-રે રેડિયેશનટૂંકી તરંગલંબાઇ સાથે. આ કિરણોત્સર્ગ મહાન ભેદન શક્તિ ધરાવે છે. અનુસાર ક્લાસિકલ ઇલેક્ટ્રોડાયનેમિક્સજ્યારે ઇલેક્ટ્રોન ધીમો પડે છે, ત્યારે શૂન્યથી અનંત સુધીની તમામ તરંગલંબાઇઓનું રેડિયેશન દેખાવું જોઈએ. ઇલેક્ટ્રોનની ઝડપ વધવાથી તરંગલંબાઇ કે જેના પર મહત્તમ રેડિયેશન પાવર થાય છે તે ઘટવું જોઈએ. જો કે ત્યાં છે મૂળભૂત તફાવતથી શાસ્ત્રીય સિદ્ધાંત: શૂન્ય પાવર વિતરણ મૂળ પર જતું નથી, પરંતુ મર્યાદિત મૂલ્યો પર તૂટી જાય છે - આ છે એક્સ-રે સ્પેક્ટ્રમનો ટૂંકી તરંગલંબાઇનો અંત.
તે પ્રાયોગિક રીતે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે
ટૂંકા-તરંગની સીમાનું અસ્તિત્વ સીધા જ અનુસરે છે ક્વોન્ટમ પ્રકૃતિરેડિયેશન ખરેખર, જો બ્રેકિંગ દરમિયાન ઈલેક્ટ્રોન દ્વારા ખોવાઈ ગયેલી ઉર્જાને કારણે રેડિયેશન થાય છે, તો ક્વોન્ટમની ઉર્જા ઈલેક્ટ્રોનની ઉર્જા કરતા વધી શકતી નથી. eU, એટલે કે , અહીંથી અથવા .
આ પ્રયોગમાં આપણે પ્લાન્કનું સ્થિરાંક નક્કી કરી શકીએ છીએ h. પ્લાન્કના સ્થિરાંકને નિર્ધારિત કરવા માટેની તમામ પદ્ધતિઓમાંથી, એક્સ-રે બ્રેમસ્ટ્રાહલંગ સ્પેક્ટ્રમની ટૂંકી-તરંગલંબાઇની સીમાને માપવા પર આધારિત પદ્ધતિ સૌથી સચોટ છે.
7. ફોટો અસર- આ પ્રકાશના પ્રભાવ હેઠળ પદાર્થમાંથી ઇલેક્ટ્રોનનું ઉત્સર્જન છે (અને, સામાન્ય રીતે કહીએ તો, કોઈપણ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન). કન્ડેન્સ્ડ પદાર્થો (ઘન અને પ્રવાહી) માં, બાહ્ય અને આંતરિક ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર હોય છે.
ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરના નિયમો:
ફોર્મ્યુલેશન ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરનો 1 લા કાયદો: આપેલ આવર્તન પર એકમ સમય દીઠ ધાતુની સપાટી પરથી પ્રકાશ દ્વારા ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા સીધી પ્રમાણસર છે તેજસ્વી પ્રવાહ, ધાતુને પ્રકાશિત કરે છે.
અનુસાર ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરનો 2 જી કાયદો, મહત્તમ ગતિ ઊર્જાપ્રકાશ દ્વારા ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોન પ્રકાશની આવર્તન સાથે રેખીય રીતે વધે છે અને તેની તીવ્રતા પર આધાર રાખતા નથી.
ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરનો 3 જી કાયદો: દરેક પદાર્થ માટે ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરની લાલ મર્યાદા હોય છે, એટલે કે, પ્રકાશની ન્યૂનતમ આવર્તન ν 0 (અથવા મહત્તમ લંબાઈવેવ λ 0), જેના પર ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર હજી પણ શક્ય છે, અને જો ν 0 હોય, તો ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર હવે થતી નથી.
સૈદ્ધાંતિક સમજૂતીઆ કાયદાઓ 1905 માં આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા આપવામાં આવ્યા હતા. તે મુજબ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન એ દરેક ઊર્જા સાથેના વ્યક્તિગત ક્વોન્ટા (ફોટોન્સ)નો પ્રવાહ છે, જ્યાં h એ પ્લાન્કનો સ્થિરાંક છે. ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર દરમિયાન, ઘટના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશનનો ભાગ ધાતુની સપાટી પરથી પ્રતિબિંબિત થાય છે, અને ભાગ ધાતુની સપાટીના સ્તરમાં પ્રવેશ કરે છે અને ત્યાં શોષાય છે. ફોટોનને શોષી લીધા પછી, ઇલેક્ટ્રોન તેમાંથી ઊર્જા મેળવે છે અને, કાર્ય કાર્ય કરીને, ધાતુને છોડે છે: hν = એ આઉટ + ડબલ્યુ ઇ, ક્યાં ડબલ્યુ ઇ- મેટલને છોડતી વખતે ઇલેક્ટ્રોન પાસે મહત્તમ ગતિ ઊર્જા હોઈ શકે છે.
ઉર્જા સંરક્ષણના કાયદામાંથી, કણો (ફોટોન્સ) ના રૂપમાં પ્રકાશનું પ્રતિનિધિત્વ કરતી વખતે, ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસર માટે આઈન્સ્ટાઈનનું સૂત્ર નીચે મુજબ છે: hν = એ આઉટ + એક
જ્યાં એ આઉટ- કહેવાતા કાર્ય કાર્ય (પદાર્થમાંથી ઇલેક્ટ્રોનને દૂર કરવા માટે જરૂરી ન્યૂનતમ ઊર્જા), Ek એ ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોનની ગતિ ઊર્જા છે (ગતિના આધારે, ક્યાં તો સાપેક્ષ કણની ગતિ ઊર્જાની ગણતરી કરી શકાય છે કે નહીં), ν એ આવર્તન છે ઉર્જા સાથે ઘટના ફોટોન hν, h- પ્લાન્ક સતત.
કાર્ય કાર્ય- લઘુત્તમ ઉર્જા (સામાન્ય રીતે ઇલેક્ટ્રોન વોલ્ટમાં માપવામાં આવે છે) વચ્ચેનો તફાવત જે ઇલેક્ટ્રોનને આપવામાં આવવો જોઈએ જેથી તે વોલ્યુમમાંથી "સીધી રીતે" દૂર થઈ શકે. નક્કર, અને ફર્મી ઊર્જા.
ફોટો ઇફેક્ટની "લાલ" બોર્ડર- ન્યૂનતમ આવર્તન અથવા મહત્તમ તરંગલંબાઇ λ મહત્તમપ્રકાશ, જેના પર બાહ્ય ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર હજી પણ શક્ય છે, એટલે કે, ફોટોઇલેક્ટ્રોનની પ્રારંભિક ગતિ ઊર્જા શૂન્ય કરતાં વધુ. આવર્તન માત્ર આઉટપુટ કાર્ય પર આધાર રાખે છે એ આઉટઇલેક્ટ્રોન: , ક્યાં એ આઉટ- ચોક્કસ ફોટોકેથોડ માટે કાર્ય કાર્ય, hપ્લાન્કનું સ્થિરાંક છે, અને સાથે- પ્રકાશની ગતિ. કાર્ય કાર્ય એ આઉટફોટોકેથોડની સામગ્રી અને તેની સપાટીની સ્થિતિ પર આધાર રાખે છે. ફોટોકોથોડ પર આવર્તન અથવા તરંગલંબાઇ λ નો પ્રકાશ આવતાની સાથે જ ફોટોઇલેક્ટ્રોનનું ઉત્સર્જન શરૂ થાય છે.
શરીરનું થર્મલ રેડિયેશન એ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન છે જે શરીરની આંતરિક ઊર્જાના તે ભાગમાંથી ઉત્પન્ન થાય છે, જે તેના કણોની થર્મલ હિલચાલ સાથે સંકળાયેલ છે.
તાપમાન સુધી ગરમ થતા શરીરના થર્મલ રેડિયેશનની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ ટીછે:
1. ઉર્જા તેજઆર (ટી ) -સમગ્ર તરંગલંબાઇ શ્રેણીમાં, શરીરની એકમ સપાટીથી એકમ સમય દીઠ ઉત્સર્જિત ઊર્જાનો જથ્થો.તાપમાન, પ્રકૃતિ અને સપાટીની સ્થિતિ પર આધાર રાખે છે વિકિરણ શરીર. એસઆઈ સિસ્ટમમાં આર ( ટી ) એક પરિમાણ [W/m2] ધરાવે છે.
2. ઊર્જાસભર તેજસ્વીતાની સ્પેક્ટ્રલ ઘનતાઆર ( ,ટી) =dW/ ડી - એકમ તરંગલંબાઇ અંતરાલમાં એકમ સમય દીઠ શરીરની એકમ સપાટી દ્વારા ઉત્સર્જિત ઊર્જાનો જથ્થો (પ્રશ્ન હેઠળની તરંગલંબાઇની નજીક ). તે. આ જથ્થો સંખ્યાત્મક રીતે ઊર્જા ગુણોત્તર સમાન છે dW, થી તરંગલંબાઇની સાંકડી શ્રેણીમાં એકમ સમય દીઠ એકમ વિસ્તારમાંથી ઉત્સર્જિત થી +d , આ અંતરાલની પહોળાઈ સુધી. તે શરીરના તાપમાન, તરંગલંબાઇ અને ઉત્સર્જિત શરીરની સપાટીની પ્રકૃતિ અને સ્થિતિ પર આધારિત છે. એસઆઈ સિસ્ટમમાં આર( , ટી) એક પરિમાણ [W/m 3] ધરાવે છે.
ઊર્જાસભર તેજ આર(ટી) ઊર્જાસભર તેજની સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા સાથે સંબંધિત આર( , ટી) નીચે મુજબ:
(1) [W/m2]
3. બધા શરીર માત્ર ઉત્સર્જન કરતા નથી, પણ તેમની સપાટી પર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોને શોષી લે છે. ચોક્કસ તરંગલંબાઇના ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના સંબંધમાં શરીરની શોષણ ક્ષમતા નક્કી કરવા માટે, ખ્યાલ રજૂ કરવામાં આવે છે. મોનોક્રોમેટિક શોષણ ગુણાંક-ઘટના મોનોક્રોમેટિક તરંગની ઊર્જાની તીવ્રતા સાથે શરીરની સપાટી દ્વારા શોષાયેલી મોનોક્રોમેટિક તરંગની ઊર્જાની તીવ્રતાનો ગુણોત્તર:
(2)
મોનોક્રોમેટિક શોષણ ગુણાંક એ પરિમાણહીન જથ્થો છે જે તાપમાન અને તરંગલંબાઇ પર આધાર રાખે છે. તે દર્શાવે છે કે ઘટના મોનોક્રોમેટિક તરંગની ઊર્જાનો કેટલો ભાગ શરીરની સપાટી દ્વારા શોષાય છે. મૂલ્ય ( , ટી) 0 થી 1 ની કિંમતો લઈ શકે છે.
adiabatically માં રેડિયેશન બંધ સિસ્ટમ(બાહ્ય વાતાવરણ સાથે ગરમીનું વિનિમય ન કરવું) ને સંતુલન કહેવાય છે. જો તમે પોલાણની દિવાલમાં એક નાનો છિદ્ર બનાવો છો, તો સંતુલન સ્થિતિ થોડી બદલાઈ જશે અને પોલાણમાંથી નીકળતા કિરણોત્સર્ગ સંતુલન કિરણોત્સર્ગને અનુરૂપ હશે.
જો બીમને આવા છિદ્રમાં નિર્દેશિત કરવામાં આવે છે, તો પછી પોલાણની દિવાલો પર પુનરાવર્તિત પ્રતિબિંબ અને શોષણ પછી, તે પાછા બહાર આવી શકશે નહીં. આનો અર્થ એ છે કે આવા છિદ્ર માટે શોષણ ગુણાંક ( , ટી) = 1.
નાના છિદ્ર સાથે માનવામાં આવતી બંધ પોલાણ એક મોડેલ તરીકે સેવા આપે છે એકદમ કાળું શરીર.
એકદમ કાળું શરીરએક એવું શરીર છે જે તેના પરની તમામ કિરણોત્સર્ગ ઘટનાઓને શોષી લે છે, ઘટના કિરણોત્સર્ગની દિશા, તેની સ્પેક્ટ્રલ રચના અને ધ્રુવીકરણ (કંઈપણ પ્રતિબિંબિત અથવા પ્રસારિત કર્યા વિના).
સંપૂર્ણપણે કાળા શરીર માટે, સ્પેક્ટ્રલ લ્યુમિનોસિટી ડેન્સિટી એ તરંગલંબાઇ અને તાપમાનનું સાર્વત્રિક કાર્ય છે. f( , ટી) અને તેના સ્વભાવ પર નિર્ભર નથી.
પ્રકૃતિમાંના તમામ પદાર્થો તેમની સપાટી પર આંશિક રીતે કિરણોત્સર્ગની ઘટનાને પ્રતિબિંબિત કરે છે અને તેથી તેમને સંપૂર્ણ કાળા પદાર્થો તરીકે વર્ગીકૃત કરવામાં આવતાં નથી. જો શરીરના મોનોક્રોમેટિક શોષણ ગુણાંક માટે સમાન હોય બધી તરંગલંબાઇ અને ઓછીએકમો(( , ટી) = Т =const<1),પછી આવા શરીર કહેવાય છે રાખોડી. ગ્રે બોડીનું મોનોક્રોમેટિક શોષણ ગુણાંક ફક્ત શરીરના તાપમાન, તેની પ્રકૃતિ અને તેની સપાટીની સ્થિતિ પર આધારિત છે.
કિર્ચહોફે દર્શાવ્યું હતું કે તમામ સંસ્થાઓ માટે, તેમની પ્રકૃતિને ધ્યાનમાં લીધા વિના, ઉર્જા તેજસ્વીતાના સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા અને મોનોક્રોમેટિક શોષણ ગુણાંકનો ગુણોત્તર તરંગલંબાઇ અને તાપમાનનું સમાન સાર્વત્રિક કાર્ય છે. f( , ટી) , સંપૂર્ણપણે કાળા શરીરની ઊર્જા તેજસ્વીતાની વર્ણપટની ઘનતા જેટલી જ :
(3)
સમીકરણ (3) કિર્ચહોફના કાયદાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે.
કિર્ચહોફનો કાયદોઆ રીતે ઘડી શકાય છે: થર્મોડાયનેમિક સંતુલનમાં હોય તેવા સિસ્ટમના તમામ શરીર માટે, ઊર્જા તેજસ્વીતાના સ્પેક્ટ્રલ ઘનતાના ગુણાંક સાથે ગુણોત્તર મોનોક્રોમેટિક શોષણ શરીરની પ્રકૃતિ પર આધારિત નથી, તરંગલંબાઇ પર આધાર રાખીને, તમામ સંસ્થાઓ માટે સમાન કાર્ય છે અને તાપમાન ટી.
ઉપરોક્ત અને સૂત્ર (3) પરથી તે સ્પષ્ટ છે કે આપેલ તાપમાને ગ્રે બોડીઝ કે જેમાં મોટા શોષણ ગુણાંક હોય છે તે વધુ મજબૂત રીતે ઉત્સર્જન કરે છે, અને એકદમ કાળા પદાર્થો સૌથી વધુ મજબૂત રીતે ઉત્સર્જન કરે છે. એકદમ કાળા શરીર માટે હોવાથી( , ટી)=1, પછી સૂત્ર (3) પરથી તે સાર્વત્રિક કાર્યને અનુસરે છે f( , ટી) કાળા શરીરની સ્પેક્ટ્રલ લ્યુમિનોસિટી ડેન્સિટીનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે
શરીરની ઊર્જા તેજસ્વીતા આર ટી, સંખ્યાત્મક રીતે ઊર્જા સમાન છે ડબલ્યુ, સમગ્ર તરંગલંબાઇ શ્રેણીમાં શરીર દ્વારા ઉત્સર્જિત (0
શારીરિક ઉત્સર્જન આરએલ, ટીસંખ્યાત્મક રીતે શરીરની ઊર્જા જેટલી dWl, શરીરની સપાટીના એકમમાંથી શરીર દ્વારા ઉત્સર્જિત, શરીરના તાપમાન T પર સમયના એકમ દીઠ, l થી l ની તરંગલંબાઇની શ્રેણીમાં +dl,તે
(2)
આ જથ્થાને શરીરની ઉર્જા તેજસ્વીતાની સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા પણ કહેવામાં આવે છે.
ઊર્જાસભર તેજસ્વીતા સૂત્ર દ્વારા ઉત્સર્જન સાથે સંબંધિત છે
(3)
શોષકતાશરીર અલ,ટી- l થી l ની તરંગલંબાઇની શ્રેણીમાં શરીરની સપાટી પર રેડિયેશન ઉર્જાની ઘટનાનો કયો અંશ તેના દ્વારા શોષાય છે તે દર્શાવતી સંખ્યા +dl,તે
જે શરીર માટે અલ ,T =1સમગ્ર તરંગલંબાઇની શ્રેણીને સંપૂર્ણ બ્લેક બોડી (BLB) કહેવામાં આવે છે.
જે શરીર માટે અલ ,T = const<1 સમગ્ર તરંગલંબાઇ શ્રેણીને ગ્રે કહેવાય છે.
ક્યાં- વર્ણપટની ઘનતા ઊર્જાસભર તેજ, અથવા શરીરની ઉત્સર્જન .
અનુભવ દર્શાવે છે કે શરીરની ઉત્સર્જનતા શરીરના તાપમાન પર આધાર રાખે છે (દરેક તાપમાન માટે મહત્તમ રેડિયેશન તેની પોતાની આવર્તન શ્રેણીમાં રહે છે). પરિમાણ .
ઉત્સર્જનને જાણીને, આપણે ઊર્જાસભર તેજની ગણતરી કરી શકીએ છીએ:
કહેવાય છે શરીરની શોષણ ક્ષમતા . તે તાપમાન પર પણ ઘણો આધાર રાખે છે.
વ્યાખ્યા પ્રમાણે, તે એક કરતા વધારે ન હોઈ શકે. શરીર માટે જે તમામ ફ્રીક્વન્સીઝના રેડિયેશનને સંપૂર્ણપણે શોષી લે છે, . એવું શરીર કહેવાય એકદમ કાળો (આ એક આદર્શીકરણ છે).
એક શરીર કે જેના માટે અને તમામ ફ્રીક્વન્સીઝ માટે એકતા કરતાં ઓછી છે,કહેવાય છે ગ્રે બોડી (આ પણ એક આદર્શીકરણ છે).
શરીરની ઉત્સર્જન અને શોષક ક્ષમતા વચ્ચે ચોક્કસ જોડાણ છે. ચાલો માનસિક રીતે નીચેનો પ્રયોગ કરીએ (ફિગ. 1.1).
ચોખા. 1.1
બંધ શેલની અંદર ત્રણ મૃતદેહો રહેવા દો. શરીર શૂન્યાવકાશમાં છે, તેથી ઊર્જા વિનિમય માત્ર રેડિયેશન દ્વારા થઈ શકે છે. અનુભવ દર્શાવે છે કે આવી સિસ્ટમ, થોડા સમય પછી, થર્મલ સંતુલનની સ્થિતિમાં પહોંચશે (તમામ સંસ્થાઓ અને શેલમાં સમાન તાપમાન હશે).
આ સ્થિતિમાં, વધુ ઉત્સર્જિતતા ધરાવતું શરીર એકમ સમય દીઠ વધુ ઊર્જા ગુમાવે છે, પરંતુ, તેથી, આ શરીરમાં વધુ શોષણ ક્ષમતા હોવી જોઈએ:
ગુસ્તાવ કિર્ચહોફે 1856 માં ઘડ્યું કાયદો અને સૂચવ્યું બ્લેક બોડી મોડેલ .
ઉત્સર્જન અને શોષકતાનો ગુણોત્તર શરીરની પ્રકૃતિ પર આધારિત નથી; તે બધા શરીર માટે સમાન છે(સાર્વત્રિક)આવર્તન અને તાપમાનનું કાર્ય.
| , | (1.2.3) |
ક્યાં - સાર્વત્રિક કિર્ચહોફ કાર્ય.
આ કાર્યમાં સાર્વત્રિક, અથવા સંપૂર્ણ, પાત્ર છે.
જથ્થાઓ પોતે અને, અલગથી લેવામાં આવે છે, જ્યારે એક શરીરમાંથી બીજા શરીરમાં જાય છે ત્યારે અત્યંત મજબૂત રીતે બદલાઈ શકે છે, પરંતુ તેમનો ગુણોત્તર સતતતમામ સંસ્થાઓ માટે (આપેલી આવર્તન અને તાપમાન પર).
એકદમ કાળા શરીર માટે, તેથી, તેના માટે, એટલે કે. સાર્વત્રિક કિર્ચહોફ કાર્ય સંપૂર્ણપણે કાળા શરીરની ઉત્સર્જન કરતાં વધુ કંઈ નથી.
સંપૂર્ણપણે કાળા શરીર પ્રકૃતિમાં અસ્તિત્વમાં નથી. સૂટ અથવા પ્લેટિનમ બ્લેકમાં શોષક ક્ષમતા હોય છે, પરંતુ માત્ર મર્યાદિત આવર્તન શ્રેણીમાં. જો કે, નાના છિદ્ર સાથેની પોલાણ તેના ગુણધર્મોમાં સંપૂર્ણપણે કાળા શરીરની ખૂબ નજીક છે. એક બીમ જે અંદર જાય છે તે બહુવિધ પ્રતિબિંબ પછી આવશ્યકપણે શોષાય છે, અને કોઈપણ આવર્તનનો બીમ (ફિગ. 1.2).
ચોખા. 1.2
આવા ઉપકરણની ઉત્સર્જન (પોલાણ) ખૂબ નજીક છે f(ν, ,ટી). આમ, જો પોલાણની દિવાલો તાપમાન પર જાળવવામાં આવે છે ટી, પછી કિરણોત્સર્ગ છિદ્રમાંથી બહાર આવે છે, જે સમાન તાપમાને એકદમ કાળા શરીરના રેડિયેશનની સ્પેક્ટ્રલ રચનામાં ખૂબ નજીક છે.
આ કિરણોત્સર્ગને સ્પેક્ટ્રમમાં વિઘટિત કરીને, વ્યક્તિ કાર્યનું પ્રાયોગિક સ્વરૂપ શોધી શકે છે f(ν, ,ટી)(ફિગ. 1.3), વિવિધ તાપમાને ટી 3 > ટી 2 > ટી 1 .
ચોખા. 1.3
વળાંક દ્વારા આવરી લેવામાં આવેલ વિસ્તાર અનુરૂપ તાપમાને કાળા શરીરની ઊર્જાસભર તેજસ્વીતા આપે છે.
આ વળાંકો બધા શરીર માટે સમાન છે.
વણાંકો પરમાણુ વેગ વિતરણ કાર્ય સમાન છે. પરંતુ ત્યાં વળાંકો દ્વારા આવરી લેવામાં આવેલા વિસ્તારો સતત છે, પરંતુ અહીં વધતા તાપમાન સાથે વિસ્તાર નોંધપાત્ર રીતે વધે છે. આ સૂચવે છે કે ઊર્જાસભર સુસંગતતા તાપમાન પર ખૂબ આધાર રાખે છે. વધતા તાપમાન સાથે મહત્તમ રેડિયેશન (ઉત્સર્જનક્ષમતા). પાળીઉચ્ચ ફ્રીક્વન્સીઝ તરફ.
થર્મલ રેડિયેશનના નિયમો
કોઈપણ ગરમ શરીર ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો બહાર કાઢે છે. શરીરનું તાપમાન જેટલું ઊંચું હોય છે, તેટલા ટૂંકા તરંગો તે ઉત્સર્જન કરે છે. તેના કિરણોત્સર્ગ સાથે થર્મોડાયનેમિક સંતુલન ધરાવતા શરીરને કહેવામાં આવે છે એકદમ કાળો (ACHT). સંપૂર્ણપણે કાળા શરીરનું રેડિયેશન તેના તાપમાન પર જ આધાર રાખે છે. 1900 માં, મેક્સ પ્લાન્કે એક સૂત્ર મેળવ્યું જેના દ્વારા, એકદમ કાળા શરીરના આપેલ તાપમાને, વ્યક્તિ તેના રેડિયેશનની તીવ્રતાની ગણતરી કરી શકે છે.
ઑસ્ટ્રિયન ભૌતિકશાસ્ત્રીઓ સ્ટેફન અને બોલ્ટ્ઝમેને કુલ ઉત્સર્જન અને કાળા શરીરના તાપમાન વચ્ચેના જથ્થાત્મક સંબંધને વ્યક્ત કરતો કાયદો સ્થાપિત કર્યો:
આ કાયદો કહેવાય છે સ્ટેફન-બોલ્ટ્ઝમેન કાયદો . સ્થિર σ = 5.67∙10 –8 W/(m 2 ∙K 4) કહેવાય છે સ્ટેફન-બોલ્ટ્ઝમેન સતત .
બધા પ્લાન્ક વણાંકો તરંગલંબાઇ પર નોંધપાત્ર રીતે ઉચ્ચારિત મહત્તમ હોય છે
|
આ કાયદો કહેવાતો હતો વિએનનો કાયદો . આમ, સૂર્ય માટે T 0 = 5,800 K, અને મહત્તમ તરંગલંબાઇ λ મહત્તમ ≈ 500 nm પર થાય છે, જે ઓપ્ટિકલ શ્રેણીમાં લીલા રંગને અનુરૂપ છે.
વધતા તાપમાન સાથે, સંપૂર્ણ કાળા શરીરનું મહત્તમ કિરણોત્સર્ગ સ્પેક્ટ્રમના ટૂંકા તરંગલંબાઇના ભાગમાં સ્થાનાંતરિત થાય છે. વધુ ગરમ તારો તેની મોટાભાગની ઊર્જા અલ્ટ્રાવાયોલેટમાં ઉત્સર્જન કરે છે, જ્યારે ઠંડો તારો તેની મોટાભાગની ઊર્જા ઇન્ફ્રારેડમાં ઉત્સર્જન કરે છે.
ફોટો અસર. ફોટોન
ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરજર્મન ભૌતિકશાસ્ત્રી જી. હર્ટ્ઝ દ્વારા 1887માં શોધાયું હતું અને 1888-1890માં એ.જી. સ્ટોલેટોવ દ્વારા પ્રાયોગિક રીતે અભ્યાસ કરવામાં આવ્યો હતો. ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસરની ઘટનાનો સૌથી સંપૂર્ણ અભ્યાસ એફ. લેનાર્ડ દ્વારા 1900માં કરવામાં આવ્યો હતો. આ સમય સુધીમાં, ઈલેક્ટ્રોનની શોધ થઈ ચૂકી હતી (1897, જે. થોમસન), અને તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસર (અથવા વધુ ચોક્કસ રીતે, બાહ્ય ફોટોઇફેક્ટ) તેના પર પડતા પ્રકાશના પ્રભાવ હેઠળ પદાર્થમાંથી ઇલેક્ટ્રોનના ઇજેક્શનનો સમાવેશ કરે છે.
ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરનો અભ્યાસ કરવા માટે પ્રાયોગિક સેટઅપની રેખાકૃતિ ફિગમાં બતાવવામાં આવી છે. 5.2.1.
પ્રયોગોમાં બે મેટલ ઇલેક્ટ્રોડ સાથે કાચની વેક્યૂમ બોટલનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો, જેની સપાટી સંપૂર્ણપણે સાફ કરવામાં આવી હતી. કેટલાક વોલ્ટેજ ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર લાગુ કરવામાં આવ્યા હતા યુ, જેની ધ્રુવીયતા ડબલ કીનો ઉપયોગ કરીને બદલી શકાય છે. એક ઇલેક્ટ્રોડ (કેથોડ K) ચોક્કસ તરંગલંબાઇ λ ના મોનોક્રોમેટિક પ્રકાશ સાથે ક્વાર્ટઝ વિન્ડો દ્વારા પ્રકાશિત કરવામાં આવ્યો હતો. સતત તેજસ્વી પ્રવાહ પર, ફોટોકરન્ટ તાકાતની અવલંબન લેવામાં આવી હતી આઈલાગુ વોલ્ટેજમાંથી. ફિગ માં. આકૃતિ 5.2.2 આવા અવલંબનના લાક્ષણિક વળાંકો દર્શાવે છે, કેથોડ પર પ્રકાશ પ્રવાહની ઘટનાની તીવ્રતાના બે મૂલ્યો પર પ્રાપ્ત થાય છે.
વળાંકો દર્શાવે છે કે એનોડ A પર પૂરતા પ્રમાણમાં મોટા પોઝિટિવ વોલ્ટેજ પર, ફોટોકરન્ટ સંતૃપ્તિ સુધી પહોંચે છે, કારણ કે પ્રકાશ દ્વારા કેથોડમાંથી બહાર નીકળેલા તમામ ઇલેક્ટ્રોન એનોડ સુધી પહોંચે છે. કાળજીપૂર્વક માપન દર્શાવે છે કે સંતૃપ્તિ વર્તમાન આઈ n એ ઘટના પ્રકાશની તીવ્રતાના સીધા પ્રમાણસર છે. જ્યારે એનોડ પરનો વોલ્ટેજ નકારાત્મક હોય છે, ત્યારે કેથોડ અને એનોડ વચ્ચેનું વિદ્યુત ક્ષેત્ર ઇલેક્ટ્રોનને અટકાવે છે. માત્ર તે જ ઈલેક્ટ્રોન જેની ગતિ ઉર્જા | eU| જો એનોડ પર વોલ્ટેજ કરતાં ઓછું હોય તો - યુ h, ફોટોકરન્ટ અટકે છે. માપન યુ h, આપણે ફોટોઈલેક્ટ્રોનની મહત્તમ ગતિ ઊર્જા નક્કી કરી શકીએ છીએ:
અસંખ્ય પ્રયોગકર્તાઓએ ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરના નીચેના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો સ્થાપિત કર્યા છે:
- ફોટોઈલેક્ટ્રોનની મહત્તમ ગતિ ઊર્જા પ્રકાશની આવર્તન ν વધવા સાથે રેખીય રીતે વધે છે અને તેની તીવ્રતા પર આધાર રાખતી નથી.
- દરેક પદાર્થ માટે એક કહેવાતા છે લાલ ફોટો ઇફેક્ટ બોર્ડર , એટલે કે સૌથી ઓછી આવર્તન ν મિનિટ કે જેના પર બાહ્ય ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર હજી પણ શક્ય છે.
- 1 સેમાં કેથોડમાંથી પ્રકાશ દ્વારા ઉત્સર્જિત ફોટોઈલેક્ટ્રોનની સંખ્યા પ્રકાશની તીવ્રતાના સીધા પ્રમાણસર છે.
- ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર વ્યવહારીક રીતે જડતા વગરની હોય છે; કેથોડની રોશની શરૂ થયા પછી તરત જ ફોટોકરન્ટ થાય છે, જો કે પ્રકાશ આવર્તન ν > ν મિનિટ હોય.
ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરના આ બધા નિયમો મૂળભૂત રીતે પદાર્થ સાથે પ્રકાશની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વિશે શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્રના વિચારોનો વિરોધાભાસ કરે છે. તરંગની વિભાવનાઓ અનુસાર, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રકાશ તરંગો સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, ત્યારે ઇલેક્ટ્રોન ધીમે ધીમે ઊર્જા એકઠા કરશે, અને તે પ્રકાશની તીવ્રતાના આધારે, ઇલેક્ટ્રોનને બહાર ઉડવા માટે પૂરતી ઊર્જા સંચિત કરવા માટે નોંધપાત્ર સમય લેશે. કેથોડ ગણતરીઓ બતાવે છે તેમ, આ સમયની ગણતરી મિનિટો કે કલાકોમાં થવી જોઈએ. જો કે, અનુભવ દર્શાવે છે કે કેથોડની રોશની શરૂ થયા પછી તરત જ ફોટોઇલેક્ટ્રોન દેખાય છે. આ મોડેલમાં ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરની લાલ સીમાના અસ્તિત્વને સમજવું પણ અશક્ય હતું. પ્રકાશનો તરંગ સિદ્ધાંત પ્રકાશ પ્રવાહની તીવ્રતાથી ફોટોઈલેક્ટ્રોનની ઊર્જાની સ્વતંત્રતા અને પ્રકાશની આવર્તન સાથે મહત્તમ ગતિ ઊર્જાના પ્રમાણને સમજાવી શક્યો નથી.
આમ, પ્રકાશનો ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સિદ્ધાંત આ પેટર્નને સમજાવવામાં અસમર્થ હતો.
એ. આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા 1905 માં ઉકેલ મળી આવ્યો. ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસરના અવલોકન કરાયેલા નિયમોનું સૈદ્ધાંતિક સમજૂતી આઈન્સ્ટાઈન દ્વારા એમ. પ્લાન્કની પૂર્વધારણાના આધારે આપવામાં આવી હતી કે પ્રકાશ અમુક ભાગોમાં ઉત્સર્જિત અને શોષાય છે, અને આવા દરેકની ઊર્જા ભાગ સૂત્ર દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે ઇ = hν, ક્યાં h- પ્લાન્ક સતત. આઈન્સ્ટાઈને ક્વોન્ટમ ખ્યાલોના વિકાસમાં આગળનું પગલું ભર્યું. તેમ તેમણે તારણ કાઢ્યું હતું પ્રકાશમાં અવ્યવસ્થિત (અલગ) માળખું છે. ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગમાં અલગ ભાગોનો સમાવેશ થાય છે - ક્વોન્ટા, પાછળથી નામ આપવામાં આવ્યું ફોટોન. પદાર્થ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરતી વખતે, ફોટોન તેની તમામ ઊર્જાને સંપૂર્ણપણે સ્થાનાંતરિત કરે છે hએક ઇલેક્ટ્રોન. ઇલેક્ટ્રોન પદાર્થના અણુઓ સાથે અથડામણ દરમિયાન આ ઊર્જાનો ભાગ વિખેરી શકે છે. વધુમાં, ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જાનો ભાગ મેટલ-વેક્યુમ ઇન્ટરફેસ પર સંભવિત અવરોધને દૂર કરવા માટે ખર્ચવામાં આવે છે. આ કરવા માટે, ઇલેક્ટ્રોનને કાર્ય કાર્ય કરવું આવશ્યક છે એ, કેથોડ સામગ્રીના ગુણધર્મો પર આધાર રાખીને. કેથોડમાંથી ઉત્સર્જિત ફોટોઇલેક્ટ્રોન મહત્તમ ગતિ ઊર્જા ધરાવે છે તે ઊર્જા સંરક્ષણના કાયદા દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે:
|
આ સૂત્ર સામાન્ય રીતે કહેવામાં આવે છે ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસર માટે આઈન્સ્ટાઈનનું સમીકરણ .
આઈન્સ્ટાઈનના સમીકરણનો ઉપયોગ કરીને, બાહ્ય ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસરના તમામ નિયમો સમજાવી શકાય છે. આઈન્સ્ટાઈનનું સમીકરણ પ્રકાશની તીવ્રતાની આવર્તન અને સ્વતંત્રતા, લાલ સીમાનું અસ્તિત્વ અને જડતા-મુક્ત ફોટોઈલેક્ટ્રિક અસર પર મહત્તમ ગતિ ઊર્જાની રેખીય અવલંબન સૂચવે છે. કેથોડ સપાટીને 1 સેમાં છોડતા ફોટોઈલેક્ટ્રોનની કુલ સંખ્યા તે જ સમય દરમિયાન સપાટી પર બનેલી ફોટોનની સંખ્યાના પ્રમાણસર હોવી જોઈએ. તે આનાથી અનુસરે છે કે સંતૃપ્તિ પ્રવાહ પ્રકાશ પ્રવાહની તીવ્રતાના સીધા પ્રમાણસર હોવા જોઈએ.
આઈન્સ્ટાઈનના સમીકરણમાંથી નીચે મુજબ છે, સીધી રેખાના ઝોકના ખૂણાની સ્પર્શક જે અવરોધિત સંભવિતની અવલંબનને વ્યક્ત કરે છે યુઆવર્તન ν (ફિગ. 5.2.3) માંથી з, પ્લાન્કના સતત ગુણોત્તર સમાન hઇલેક્ટ્રોન ચાર્જ માટે ઇ:
જ્યાં c– પ્રકાશની ગતિ, λ cr – ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસરની લાલ સીમાને અનુરૂપ તરંગલંબાઈ. મોટાભાગની ધાતુઓમાં કાર્ય કાર્ય હોય છે એઘણા ઇલેક્ટ્રોન વોલ્ટ છે (1 eV = 1.602·10 –19 J). ક્વોન્ટમ ભૌતિકશાસ્ત્રમાં, ઇલેક્ટ્રોન વોલ્ટનો ઉપયોગ ઘણીવાર ઊર્જાના એકમ તરીકે થાય છે. પ્લાન્કના સ્થિરાંકનું મૂલ્ય, જે ઇલેક્ટ્રોન વોલ્ટ પ્રતિ સેકન્ડમાં દર્શાવવામાં આવે છે, તે છે
ધાતુઓમાં, આલ્કલી તત્વોનું કાર્ય સૌથી ઓછું હોય છે. ઉદાહરણ તરીકે, સોડિયમ એ= 1.9 eV, જે ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર λ cr ≈ 680 nm ની લાલ મર્યાદાને અનુરૂપ છે. તેથી, આલ્કલી મેટલ સંયોજનોનો ઉપયોગ કેથોડ્સ બનાવવા માટે થાય છે ફોટોસેલ્સ , દૃશ્યમાન પ્રકાશ રેકોર્ડ કરવા માટે રચાયેલ છે.
તેથી, ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસરના નિયમો સૂચવે છે કે પ્રકાશ, જ્યારે ઉત્સર્જિત થાય છે અને શોષાય છે, ત્યારે તે કણોના પ્રવાહની જેમ વર્તે છે. ફોટોન અથવા પ્રકાશ ક્વોન્ટા .
ફોટોન ઊર્જા છે
તે અનુસરે છે કે ફોટોન વેગ ધરાવે છે
| |
આમ, પ્રકાશનો સિદ્ધાંત, બે સદીઓ સુધી ચાલતી ક્રાંતિ પૂર્ણ કર્યા પછી, ફરીથી પ્રકાશના કણો - કોર્પસ્કલ્સના વિચારો પર પાછો ફર્યો.
પરંતુ આ ન્યૂટનના કોર્પસ્ક્યુલર સિદ્ધાંતમાં યાંત્રિક વળતર ન હતું. 20મી સદીની શરૂઆતમાં, તે સ્પષ્ટ થઈ ગયું કે પ્રકાશની દ્વિ પ્રકૃતિ છે. જ્યારે પ્રકાશ ફેલાય છે, ત્યારે તેના તરંગ ગુણધર્મો દેખાય છે (દખલગીરી, વિવર્તન, ધ્રુવીકરણ), અને જ્યારે તે પદાર્થ સાથે ક્રિયાપ્રતિક્રિયા કરે છે, ત્યારે તેના કોર્પસ્ક્યુલર ગુણધર્મો દેખાય છે (ફોટોઇલેક્ટ્રિક અસર). પ્રકાશની આ દ્વિ પ્રકૃતિ કહેવાય છે તરંગ-કણ દ્વૈત . પાછળથી, ઇલેક્ટ્રોન અને અન્ય પ્રાથમિક કણોની દ્વિ પ્રકૃતિની શોધ થઈ. શાસ્ત્રીય ભૌતિકશાસ્ત્ર સૂક્ષ્મ પદાર્થોના તરંગ અને કોર્પસ્ક્યુલર ગુણધર્મોના સંયોજનનું દ્રશ્ય મોડેલ પ્રદાન કરી શકતું નથી. સૂક્ષ્મ પદાર્થોની હિલચાલ ક્લાસિકલ ન્યૂટોનિયન મિકેનિક્સના નિયમો દ્વારા નહીં, પરંતુ ક્વોન્ટમ મિકેનિક્સના નિયમો દ્વારા સંચાલિત થાય છે. એમ. પ્લાન્ક દ્વારા વિકસિત બ્લેક બોડી રેડિયેશનનો સિદ્ધાંત અને આઈન્સ્ટાઈનની ફોટોઈલેક્ટ્રીક અસરની ક્વોન્ટમ થિયરી આ આધુનિક વિજ્ઞાનના આધાર પર છે.
.
ઉર્જાનું ઉત્સર્જન અને શોષણ
અણુઓ અને પરમાણુઓ
વિષય પરના વર્ગ માટેના પ્રશ્નો:
1. થર્મલ રેડિયેશન. તેની મુખ્ય લાક્ષણિકતાઓ: રેડિયેશન ફ્લક્સ Ф, એનર્જી લ્યુમિનોસિટી (તીવ્રતા) R, એનર્જી લ્યુમિનોસિટીની વર્ણપટની ઘનતા r λ; શોષણ ગુણાંક α, મોનોક્રોમેટિક શોષણ ગુણાંક α λ. એકદમ કાળું શરીર. કિર્ચહોફનો કાયદો.
2. a.ch.t.નું થર્મલ રેડિયેશન સ્પેક્ટ્રા. (શેડ્યૂલ). થર્મલ રેડિયેશનની ક્વોન્ટમ પ્રકૃતિ (પ્લાન્કની પૂર્વધારણા; ε λ માટે સૂત્ર યાદ રાખવાની જરૂર નથી). a.ch.t ના સ્પેક્ટ્રમની અવલંબન તાપમાન પર (ગ્રાફ). વાઇનનો કાયદો. a.ch.t. માટે સ્ટેફન-બોલ્ટ્ઝમેન કાયદો. (આઉટપુટ વિના) અને અન્ય સંસ્થાઓ માટે.
3. અણુઓના ઇલેક્ટ્રોનિક શેલોનું માળખું. ઊર્જા સ્તરો. ઊર્જા સ્તરો વચ્ચે સંક્રમણ દરમિયાન ઊર્જાનું ઉત્સર્જન. બોહરનું સૂત્ર ( આવર્તન અને તરંગલંબાઇ માટે). અણુઓનું સ્પેક્ટ્રા. હાઇડ્રોજન અણુનું સ્પેક્ટ્રમ. સ્પેક્ટ્રલ શ્રેણી. પરમાણુઓ અને કન્ડેન્સ્ડ મેટર (પ્રવાહી, ઘન) ના સ્પેક્ટ્રાની સામાન્ય ખ્યાલ. સ્પેક્ટ્રલ વિશ્લેષણનો ખ્યાલ અને દવામાં તેનો ઉપયોગ.
4. લ્યુમિનેસેન્સ. લ્યુમિનેસેન્સના પ્રકાર. ફ્લોરોસેન્સ અને ફોસ્ફોરેસેન્સ. મેટાસ્ટેબલ સ્તરોની ભૂમિકા. લ્યુમિનેસેન્સ સ્પેક્ટ્રા. સ્ટોક્સનો નિયમ. લ્યુમિનેસન્ટ વિશ્લેષણ અને દવામાં તેનો ઉપયોગ.
5. પ્રકાશ શોષણનો કાયદો (બોગુઅરનો કાયદો; નિષ્કર્ષ). ટ્રાન્સમિટન્સ τ અને ઓપ્ટિકલ ઘનતા D. પ્રકાશ શોષણ દ્વારા ઉકેલોની સાંદ્રતાનું નિર્ધારણ.
પ્રયોગશાળાનું કાર્ય: "શોષણ સ્પેક્ટ્રમ રેકોર્ડ કરવું અને ફોટોઈલેક્ટ્રોકોલોરીમીટરનો ઉપયોગ કરીને સોલ્યુશનની સાંદ્રતા નક્કી કરવી."
સાહિત્ય:
ફરજિયાત: A.N. Remizov. "મેડિકલ અને જૈવિક ભૌતિકશાસ્ત્ર", એમ., "ઉચ્ચ શાળા", 1996, સીએચ. 27, §§ 1–3; પ્રકરણ 29, §§ 1,2
વધારાના: અણુઓ અને અણુઓ દ્વારા ઊર્જાનું ઉત્સર્જન અને શોષણ, લેક્ચર, રિસોગ્રાફ, ઇડી. વિભાગ, 2002
મૂળભૂત વ્યાખ્યાઓ અને ફોર્મ્યુલા
1. થર્મલ રેડિયેશન
તમામ સંસ્થાઓ, કોઈપણ બાહ્ય પ્રભાવ વિના પણ, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગો બહાર કાઢે છે. આ કિરણોત્સર્ગ માટે ઊર્જાનો સ્ત્રોત એ કણોની થર્મલ ગતિ છે જે શરીર બનાવે છે, તેથી તેને કહેવામાં આવે છે થર્મલ રેડિયેશન.ઊંચા તાપમાને (લગભગ 1000 K અથવા વધુ), આ કિરણોત્સર્ગ નીચા તાપમાને દૃશ્યમાન પ્રકાશની શ્રેણીમાં આંશિક રીતે આવે છે, ઇન્ફ્રારેડ કિરણો ઉત્સર્જિત થાય છે, અને ખૂબ જ ઓછા તાપમાને, રેડિયો તરંગો ઉત્સર્જિત થાય છે;
રેડિયેશન ફ્લક્સ F -
આ સ્ત્રોત દ્વારા ઉત્સર્જિત રેડિયેશન પાવર, અથવા એકમ સમય દીઠ ઉત્સર્જિત રેડિયેશન ઊર્જા: Ф = Р = ;પ્રવાહ એકમ - વોટ 
ઊર્જાસભર તેજ
આર
- આ શરીરની એકમ સપાટી પરથી ઉત્સર્જિત રેડિયેશનનો પ્રવાહ: 
;
ઊર્જાસભર તેજસ્વીતાનું એકમ - ડબલ્યુ.એમ –2
.
ઊર્જાસભર તેજસ્વીતાની સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા
આર
λ
- આ નાના તરંગલંબાઇના અંતરાલમાં શરીરના ઊર્જાસભર તેજનો ગુણોત્તર (Δઆર λ
)
આ અંતરાલ Δ ના મૂલ્ય સુધી λ: 
પરિમાણ r λ – ડબલ્યુ.એમ - 3
એકદમ કાળું શરીર (a.b.t.) ટી કહેવાય છે જે ખાધુંસંપૂર્ણપણે ઘટના કિરણોત્સર્ગને શોષી લે છે.પ્રકૃતિમાં આવા કોઈ શરીર નથી, પરંતુ a.ch.t.નું સારું મોડેલ. બંધ પોલાણમાં એક નાનો છિદ્ર છે.
ઘટનાના કિરણોત્સર્ગને શોષી લેવાની શરીરની ક્ષમતા દર્શાવે છે શોષણ ગુણાંક α , તે છે ઘટના કિરણોત્સર્ગ પ્રવાહમાં શોષિતનો ગુણોત્તર:
.
મોનોક્રોમેટિક શોષણ ગુણાંક 
ચોક્કસ મૂલ્ય λ ની આસપાસ સાંકડી વર્ણપટ શ્રેણીમાં માપવામાં આવતા શોષણ ગુણાંકનું મૂલ્ય છે.
કિર્ચહોફનો કાયદો: સતત તાપમાને, ચોક્કસ તરંગલંબાઇ પર ઊર્જાસભર તેજની સ્પેક્ટ્રલ ઘનતા અને સમાન તરંગલંબાઇ પર મોનોક્રોમેટિક શોષણ ગુણાંકનો ગુણોત્તર બધા શરીર માટે સમાન અને એ.બી.ટી.ની ઊર્જા તેજસ્વીતાની વર્ણપટની ઘનતા જેટલી છે. આ તરંગલંબાઇ પર:
(ક્યારેક r λ A.Ch.T ε λ દર્શાવે છે)
સંપૂર્ણ કાળો પદાર્થ રેડિયેશનને શોષી લે છે અને બહાર કાઢે છે તમામ તરંગલંબાઇઓ,તેથી જ a.h.t.નું સ્પેક્ટ્રમ હંમેશા નક્કર.આ સ્પેક્ટ્રમનો પ્રકાર શરીરના તાપમાન પર આધાર રાખે છે. જેમ જેમ તાપમાન વધે છે, પ્રથમ, ઊર્જાસભર તેજ નોંધપાત્ર રીતે વધે છે; બીજું, મહત્તમ રેડિયેશનને અનુરૂપ તરંગલંબાઇ(λ
મહત્તમ )
,
ટૂંકી તરંગલંબાઇ તરફ વળે છે
:
, જ્યાં b ≈ 29090 µm.K -1 ( વિએનનો કાયદો).
સ્ટેફન-બોલ્ટ્ઝમેન કાયદો: a.h.t. ની ઊર્જાસભર તેજ શરીરના તાપમાનની ચોથી શક્તિના પ્રમાણસરકેલ્વિન સ્કેલ પર: આર = σT 4
2. અણુઓ અને પરમાણુઓ દ્વારા ઊર્જાનું ઉત્સર્જન
જેમ જાણીતું છે, અણુના ઇલેક્ટ્રોન શેલમાં, ઇલેક્ટ્રોનની ઉર્જા આપેલ અણુની લાક્ષણિકતાના કડક વ્યાખ્યાયિત મૂલ્યો જ લઈ શકે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો તેઓ કહે છે ઇલેક્ટ્રોન માત્ર ચોક્કસ પર સ્થિત કરી શકાય છેઊર્જા સ્તરો. જ્યારે ઇલેક્ટ્રોન આપેલ ઉર્જા સ્તર પર હોય છે, ત્યારે તે તેની ઊર્જામાં ફેરફાર કરતું નથી, એટલે કે, તે પ્રકાશને શોષી અથવા ઉત્સર્જન કરતું નથી. જ્યારે એક સ્તરથી બીજા સ્તરે ખસેડવુંઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા બદલાય છે, અને તે જ સમયે શોષાય અથવા ઉત્સર્જિતપ્રકાશનું પ્રમાણ (ફોટોન).ક્વોન્ટમની ઊર્જા એ સ્તરોની ઊર્જામાં તફાવત જેટલો છે જે વચ્ચે સંક્રમણ થાય છે: E ક્વોન્ટમ = hν = E n – E m જ્યાં n અને m સ્તરની સંખ્યાઓ છે (બોહર સૂત્ર).
વિવિધ સ્તરો વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોન સંક્રમણવિવિધ સંભાવનાઓ સાથે થાય છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં, સંક્રમણની સંભાવના શૂન્યની ખૂબ નજીક છે; અનુરૂપ વર્ણપટ રેખાઓ સામાન્ય સ્થિતિમાં જોવા મળતી નથી. આવા સંક્રમણો કહેવામાં આવે છે પ્રતિબંધિત
ઘણા કિસ્સાઓમાં, ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જા ક્વોન્ટમ ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થઈ શકતી નથી, પરંતુ અણુઓ અથવા અણુઓની થર્મલ ગતિની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થઈ શકે છે. આવા સંક્રમણો કહેવામાં આવે છે બિન-કિરણોત્સર્ગી.
સંક્રમણની સંભાવના ઉપરાંત, સ્પેક્ટ્રલ રેખાઓની તેજ એ ઉત્સર્જિત પદાર્થના અણુઓની સંખ્યાના સીધા પ્રમાણસર છે. આ અવલંબન અંતર્ગત છે માત્રાત્મક સ્પેક્ટ્રલ વિશ્લેષણ.
3. લ્યુમિનેસેન્સ
લ્યુમિનેસેન્સ કોઈપણ કૉલ કરો થર્મલ રેડિયેશન નથી.આ રેડિયેશન માટેના ઉર્જા સ્ત્રોતો અલગ અલગ હોઈ શકે છે, તેઓ બોલે છે વિવિધ પ્રકારના લ્યુમિનેસેન્સ.તેમાંના સૌથી મહત્વપૂર્ણ છે: કેમિલ્યુમિનેસેન્સ- ગ્લો જે ચોક્કસ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ દરમિયાન થાય છે; બાયોલ્યુમિનેસેન્સ- આ જીવંત જીવોમાં કેમિલ્યુમિનેસેન્સ છે; કેથોડોલ્યુમિનેસેન્સ -ઇલેક્ટ્રોનના પ્રવાહના પ્રભાવ હેઠળ ચમકવું, જેનો ઉપયોગ ટેલિવિઝન પિક્ચર ટ્યુબ, કેથોડ રે ટ્યુબ, ગેસ લાઇટ લેમ્પ વગેરેમાં થાય છે; ઇલેક્ટ્રોલ્યુમિનેસેન્સ- ગ્લો જે ઇલેક્ટ્રિક ફિલ્ડમાં થાય છે (મોટાભાગે સેમિકન્ડક્ટર્સમાં). લ્યુમિનેસેન્સનો સૌથી રસપ્રદ પ્રકાર છે ફોટોલ્યુમિનેસેન્સ.આ એક એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં અણુઓ અથવા પરમાણુઓ એક તરંગલંબાઈની શ્રેણીમાં પ્રકાશ (અથવા યુવી રેડિયેશન)ને શોષી લે છે અને તેને બીજામાં બહાર કાઢે છે (ઉદાહરણ તરીકે, તેઓ વાદળી કિરણોને શોષી લે છે અને પીળા રંગનું ઉત્સર્જન કરે છે). આ કિસ્સામાં, પદાર્થ પ્રમાણમાં ઊંચી ઊર્જા hν 0 (ટૂંકી તરંગલંબાઇ સાથે) ક્વોન્ટાને શોષી લે છે. પછી ઇલેક્ટ્રોન તરત જ ગ્રાઉન્ડ લેવલ પર પાછા નહીં આવે, પરંતુ પહેલા મધ્યવર્તી સ્તર પર જાય છે, અને પછી ગ્રાઉન્ડ લેવલ પર જાય છે (ત્યાં ઘણા મધ્યવર્તી સ્તરો હોઈ શકે છે). મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં, કેટલાક સંક્રમણો બિન-રેડિએટીવ હોય છે, એટલે કે, ઇલેક્ટ્રોન ઊર્જા થર્મલ ગતિની ઊર્જામાં રૂપાંતરિત થાય છે. તેથી, લ્યુમિનેસેન્સ દરમિયાન ઉત્સર્જિત ક્વોન્ટાની ઊર્જા શોષિત ક્વોન્ટમની ઊર્જા કરતાં ઓછી હશે. ઉત્સર્જિત પ્રકાશની તરંગલંબાઇ શોષિત પ્રકાશની તરંગલંબાઇ કરતાં વધુ હોવી જોઈએ. જો આપણે ઉપરોક્ત સામાન્ય સ્વરૂપમાં ઘડીએ, તો આપણને મળે છે કાયદો સ્ટોક્સ : લ્યુમિનેસેન્સ સ્પેક્ટ્રમ લ્યુમિનેસેન્સનું કારણ બનેલા કિરણોત્સર્ગના સ્પેક્ટ્રમની તુલનામાં લાંબા તરંગો તરફ સ્થાનાંતરિત થાય છે.
લ્યુમિનેસન્ટ પદાર્થો બે પ્રકારના હોય છે. કેટલાકમાં, ઉત્તેજક પ્રકાશ બંધ કર્યા પછી ગ્લો લગભગ તરત જ બંધ થઈ જાય છે. આ ટૂંકા ગાળાનાગ્લો કહેવાય છે ફ્લોરોસેન્સ
અન્ય પ્રકારના પદાર્થોમાં, ઉત્તેજક પ્રકાશને બંધ કર્યા પછી, ગ્લો ઝાંખું થઈ જાય છે ધીમે ધીમે(ઘાતાંકીય કાયદા અનુસાર). આ લાંબા ગાળાનાગ્લો કહેવાય છે ફોસ્ફોરેસેન્સલાંબા ગ્લોનું કારણ એ છે કે આવા પદાર્થોના અણુઓ અથવા પરમાણુઓ ધરાવે છે મેટાસ્ટેબલ સ્તરો.મેટાસ્ટેબલ
આ ઉર્જા સ્તર કહેવાય છે જેમાં ઈલેક્ટ્રોન સામાન્ય સ્તર કરતાં વધુ સમય સુધી રહી શકે છે.તેથી, ફોસ્ફોરેસેન્સનો સમયગાળો મિનિટ, કલાકો અને દિવસો પણ હોઈ શકે છે.
4. પ્રકાશ શોષણનો કાયદો (બોગુઅરનો કાયદો)
જ્યારે રેડિયેશન ફ્લક્સ પદાર્થમાંથી પસાર થાય છે, ત્યારે તે તેની ઊર્જાનો એક ભાગ ગુમાવે છે (શોષિત ઊર્જા ગરમીમાં ફેરવાય છે). પ્રકાશ શોષણનો નિયમ કહેવાય છે બોગુઅરનો કાયદો: Ф = Ф 0 ∙ ઇ – κ λ · એલ ,
જ્યાં Ф 0 એ ઘટના પ્રવાહ છે, Ф એ પદાર્થના સ્તરમાંથી પસાર થતો પ્રવાહ છે એલ જાડાઈ; ગુણાંક κ λ કહેવાય છે કુદરતી શોષણ દર (તેની તીવ્રતા તરંગલંબાઇ પર આધારિત છે) . પ્રાયોગિક ગણતરીઓ માટે, તેઓ પ્રાકૃતિક લઘુગણકને બદલે દશાંશ લઘુગણકનો ઉપયોગ કરવાનું પસંદ કરે છે. પછી બોગુઅરનો કાયદો ફોર્મ લે છે: Ф = Ф 0 ∙ 10 - k λ ∙ L,
જ્યાં kλ - દશાંશ શોષણ દર.
ટ્રાન્સમિટન્સ
જથ્થાને નામ આપો 
ઓપ્ટિકલ ડેન્સિટી ડી - આ સમાનતા દ્વારા વ્યાખ્યાયિત જથ્થો છે:
.
આપણે તેને બીજી રીતે કહી શકીએ: ઓપ્ટિકલ ડેન્સિટી D એ એક જથ્થો છે જે બોગુઅરના કાયદાના સૂત્રમાં ઘાતાંકમાં છે: D = k λ ∙ L
મોટાભાગના પદાર્થોના ઉકેલો માટે ઓપ્ટિકલ ઘનતા દ્રાવ્યની સાંદ્રતાના સીધા પ્રમાણસર છે:ડી =
χ
λ
∙
સી∙
એલ ;
ગુણાંક χ λ કહેવાય છે દાઢ શોષણ દર(જો સાંદ્રતા મોલ્સમાં આપવામાં આવે છે) અથવા ચોક્કસ શોષણ દર(જો એકાગ્રતા ગ્રામમાં સૂચવવામાં આવે છે). છેલ્લા સૂત્રમાંથી આપણને મળે છે: Ф = Ф 0 ∙10 - χ λ ∙ સી ∙ એલ(કાયદો બુગેરા-બેરા)
આ સૂત્રો ક્લિનિકલ અને બાયોકેમિકલ પ્રયોગશાળાઓમાં સૌથી સામાન્ય છે પ્રકાશ શોષણ દ્વારા ઓગળેલા પદાર્થોની સાંદ્રતા નક્કી કરવા માટેની પદ્ધતિ.
ઉકેલો સાથે શિક્ષણ પ્રકારની સમસ્યાઓ
(ભવિષ્યમાં, સંક્ષિપ્તતા માટે, અમે ફક્ત "તાલીમ કાર્યો" લખીશું)
શીખવાનો ઉદ્દેશ #1
ઇલેક્ટ્રિક હીટર (રેડિએટર) 500 W ના ઇન્ફ્રારેડ કિરણોનો પ્રવાહ બહાર કાઢે છે. રેડિયેટરની સપાટીનું ક્ષેત્રફળ 3300 cm2 છે. રેડિયેટર દ્વારા 1 કલાકમાં ઉત્સર્જિત થતી ઉર્જા અને રેડિએટરની ઊર્જાસભર તેજ શોધો.
આપેલ: શોધો
Ф = 500 W W અને R
t = 1 કલાક = 3600 સે
S = 3300 cm 2 = 0.33 m 2
ઉકેલ:
રેડિયેશન ફ્લક્સ Ф એ એકમ સમય દીઠ ઉત્સર્જિત રેડિયેશન પાવર અથવા ઊર્જા છે: 
. અહીંથી
W = F t = 500 W 3600 s = 18 10 5 J = 1800 kJ
શીખવાનો ઉદ્દેશ #2
માનવ ત્વચાનું થર્મલ રેડિયેશન કઈ તરંગલંબાઇ પર મહત્તમ છે (એટલે કે, r λ = મહત્તમ)? શરીરના ખુલ્લા ભાગો (ચહેરો, હાથ) પર ત્વચાનું તાપમાન આશરે 30 o સે.
આપેલ: શોધો:
Т = 30 о С = 303 К λ મહત્તમ
ઉકેલ:
અમે ડેટાને વિએન ફોર્મ્યુલામાં બદલીએ છીએ: 
,
એટલે કે, લગભગ તમામ કિરણોત્સર્ગ સ્પેક્ટ્રમની IR શ્રેણીમાં આવેલું છે.
શીખવાનો ઉદ્દેશ #3
ઇલેક્ટ્રોન 4.7.10 –19 J ની ઊર્જા સાથે ઊર્જા સ્તર પર છે
જ્યારે 600 nm ની તરંગલંબાઇ સાથે પ્રકાશ સાથે ઇરેડિયેટ થાય છે, ત્યારે તે ઉચ્ચ ઉર્જા સ્તર પર જાય છે. આ સ્તરની ઊર્જા શોધો.
ઉકેલ:
શીખવાનો ઉદ્દેશ #4
સૂર્યપ્રકાશ માટે દશાંશ જળ શોષણ દર 0.09 m–1 છે. રેડિયેશનનો કયો અપૂર્ણાંક L = 100 મીટરની ઊંડાઈ સુધી પહોંચશે?
આપેલ શોધો:
એલ = 100 મી 
k = 0.09 m – 1
ઉકેલ:
ચાલો બોગુઅરનો કાયદો લખીએ: 
. ઊંડાઈ L સુધી પહોંચતા રેડિયેશનનો અપૂર્ણાંક, દેખીતી રીતે, 
,
એટલે કે, સૂર્યપ્રકાશનો એક અબજમો ભાગ 100 મીટરની ઊંડાઈ સુધી પહોંચશે.
શીખવાનો ઉદ્દેશ #5
પ્રકાશ બે ફિલ્ટરમાંથી ક્રમિક રીતે પસાર થાય છે. પ્રથમમાં ઓપ્ટિકલ ઘનતા D 1 = 0.6 છે; બીજામાં D 2 = 0.4 છે. આ સિસ્ટમમાંથી કેટલા ટકા રેડિયેશન ફ્લક્સ પસાર થશે?
આપેલ: શોધો:
D 1 = 0.6 (%% માં)
ઉકેલ:
અમે આ સિસ્ટમના ચિત્ર સાથે ઉકેલ શરૂ કરીએ છીએ
SF-1 SF-2
Ф 1 શોધો: Ф 1 = Ф 0 10 – D 1
એ જ રીતે, બીજા લાઇટ ફિલ્ટરમાંથી પસાર થતો પ્રવાહ સમાન છે:
Ф 2 = Ф 1 10 – D 2 = Ф 0 10 – D 1 10 – D 2 = Ф 0 10 – (D 1 + D 2)
પ્રાપ્ત પરિણામ સામાન્ય મહત્વ ધરાવે છે: જો પ્રકાશ અનેક પદાર્થોની સિસ્ટમમાંથી ક્રમિક રીતે પસાર થાય છે,કુલ ઓપ્ટિકલ ઘનતા આ પદાર્થોની ઓપ્ટિકલ ઘનતાના સરવાળા જેટલી હશે .
અમારી સમસ્યાની સ્થિતિમાં, F 2 = 100%∙10 – (0.6 + 0.4) = 100%∙10 – 1 = 10% નો પ્રવાહ બે પ્રકાશ ફિલ્ટર્સની સિસ્ટમમાંથી પસાર થશે.
શીખવાનો ઉદ્દેશ #6
Bouguer-Baer કાયદા અનુસાર, ખાસ કરીને, DNA ની સાંદ્રતા નક્કી કરવી શક્ય છે. દૃશ્યમાન પ્રદેશમાં, ન્યુક્લિક એસિડના ઉકેલો પારદર્શક હોય છે, પરંતુ તેઓ સ્પેક્ટ્રમના યુવી ભાગમાં મજબૂત રીતે શોષી લે છે; મહત્તમ શોષણ લગભગ 260 એનએમ છે. તે સ્પષ્ટ છે કે સ્પેક્ટ્રમના આ ક્ષેત્રમાં તે ચોક્કસપણે છે કે રેડિયેશનનું શોષણ માપવું આવશ્યક છે; આ કિસ્સામાં, માપનની સંવેદનશીલતા અને ચોકસાઈ શ્રેષ્ઠ હશે.
સમસ્યા શરતો: ડીએનએ સોલ્યુશન દ્વારા 260 એનએમની તરંગલંબાઇ સાથે યુવી કિરણોના શોષણને માપતી વખતે, પ્રસારિત કિરણોત્સર્ગ પ્રવાહ 15% જેટલો ઓછો થયો હતો. 260 nm ની તરંગલંબાઇ પર DNA માટે દાળ શોષણ અનુક્રમણિકા (દશાંશ) 1.3.10 5 mol – 1.cm 2 માં DNA ની સાંદ્રતા શોધો. ઉકેલ.
આપેલ:
Ф 0 = 100%; F = 100% - 15% = 85% શોધો:ડીએનએ સાથે
x = 2 સેમી; λ = 260 nm
χ 260 = 1.3.10 5 mol –1 .cm 2
ઉકેલ:
(નકારાત્મક ઘાતાંકમાંથી છૂટકારો મેળવવા માટે આપણે અપૂર્ણાંકને "ફ્લિપ" કર્યો છે). .
હવે લોગરીધમ લઈએ: 
, અને 
; અમે અવેજી:
0.07 અને C = 
2.7.10 – 7 mol/cm 3
કૃપા કરીને પદ્ધતિની ઉચ્ચ સંવેદનશીલતા નોંધો!
સ્વતંત્ર ઉકેલ માટેના કાર્યો
સમસ્યાઓ હલ કરતી વખતે, સ્થિરાંકોના મૂલ્યો લો:
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
1. જો મહત્તમ કિરણોત્સર્ગ 9.67 માઇક્રોનની તરંગલંબાઇ પર થાય તો માનવ શરીરની સપાટીની ઊર્જાસભર તેજ શું છે? ત્વચાને એકદમ કાળી શરીર ગણી શકાય.
2. બે લાઇટ બલ્બની ડિઝાઇન બરાબર સમાન છે, સિવાય કે એકમાં ફિલામેન્ટ શુદ્ધ ટંગસ્ટન (α = 0.3) થી બનેલું છે, અને બીજામાં તે પ્લેટિનમ બ્લેક (α = 0.93) થી કોટેડ છે. કયા લાઇટ બલ્બમાં વધુ રેડિયેશન ફ્લક્સ હોય છે? કેટલી વાર?
3. સ્પેક્ટ્રમના કયા ક્ષેત્રોમાં ઉર્જા તેજસ્વીતાની મહત્તમ સ્પેક્ટ્રલ ઘનતાને અનુરૂપ તરંગલંબાઇઓ રહેલી છે જો રેડિયેશનનો સ્ત્રોત હોય તો: a) ઇલેક્ટ્રિક લાઇટ બલ્બનું સર્પાકાર (T = 2,300 K); b) સૂર્યની સપાટી (T = 5,800 K); c) જ્યારે તેનું તાપમાન લગભગ 30,000 K છે તે ક્ષણે પરમાણુ વિસ્ફોટના ફાયરબોલની સપાટી? a.ch.t. થી આ રેડિયેશન સ્ત્રોતોના ગુણધર્મોમાં તફાવત. ઉપેક્ષા
4. લાલ-ગરમ મેટલ બોડી, જેની સપાટી 2.10 - 3 મીટર 2 છે, 1000 K ના સપાટીના તાપમાને 45.6 નો પ્રવાહ બહાર કાઢે છે. મંગળ. આ શરીરની સપાટીનું શોષણ ગુણાંક શું છે?
5. લાઇટ બલ્બ 100 W ની શક્તિ ધરાવે છે. ફિલામેન્ટની સપાટીનું ક્ષેત્રફળ 0.5.10 - 4 મીટર છે 2. ફિલામેન્ટનું તાપમાન 2,400 K છે. ફિલામેન્ટની સપાટીનું શોષણ ગુણાંક શું છે?
6. 27 0 સે.ના ચામડીના તાપમાને, શરીરની સપાટીના દરેક ચોરસ સેન્ટીમીટરમાંથી 0.454 ડબ્લ્યુ ઉત્સર્જિત થાય છે. શું તે શક્ય છે (2% કરતા વધુ ખરાબની ચોકસાઈ સાથે) ત્વચાને એકદમ બ્લેક બોડી ગણવી?
7. વાદળી તારાના સ્પેક્ટ્રમમાં, મહત્તમ ઉત્સર્જન 0.3 માઇક્રોનની તરંગલંબાઇને અનુરૂપ છે. આ તારાની સપાટીનું તાપમાન કેટલું છે?
8. 4,000 cm 2 ની સપાટી ધરાવતું શરીર એક કલાકમાં કઈ ઉર્જા ફેલાવે છે?
400 K ના તાપમાને, જો શરીરનું શોષણ ગુણાંક 0.6 છે?
9. પ્લેટ (A) ની સપાટીનું ક્ષેત્રફળ 400 cm 2 છે; તેનું શોષણ ગુણાંક 0.4 છે. 200 સેમી 2 ના ક્ષેત્રફળ સાથેની બીજી પ્લેટ (B) માં શોષણ ગુણાંક 0.2 છે. પ્લેટોનું તાપમાન સમાન છે. કઈ પ્લેટ વધુ ઊર્જા ઉત્સર્જન કરે છે અને કેટલી?
10 – 16. ગુણાત્મક સ્પેક્ટ્રલ વિશ્લેષણ.કાર્બનિક સંયોજનોમાંના એકના શોષણ સ્પેક્ટ્રમના આધારે, જેનું સ્પેક્ટ્રા
આકૃતિમાં બતાવેલ છે, નક્કી કરો કે કયા કાર્યાત્મક જૂથો આ પદાર્થનો ભાગ છે, કોષ્ટક ડેટાનો ઉપયોગ કરો:
|
સમૂહ; કનેક્શન પ્રકાર |
શોષિત તરંગલંબાઇ, માઇક્રોન |
જૂથ, જોડાણ પ્રકાર |
શોષાય છે તરંગલંબાઇ, µm |
|
-HE |
2,66 – 2,98 |
-NH 4 |
7,0 – 7,4 |
|
-એનએચ |
2,94 – 3,0 |
-એસએચ |
7,76 |
|
CH |
3,3 |
-સીએફ |
8,3 |
|
-એન એન |
4,67 |
-NH 2 |
8,9 |
|
-C=N |
5,94 |
-ના |
12,3 |
|
-N=N |
6,35 |
-SO 2 |
19,2 |
|
-CN 2 |
6,77 |
-C=O |
23,9 |
10 – ગ્રાફ a); 11 – ગ્રાફ b); 12 – ગ્રાફ c); 13 – ગ્રાફ ડી);
14 – ગ્રાફ ડી); 15 – ગ્રાફ f); 16 – ગ્રાફ જી).
તમારા ગ્રાફ પરનું શું મૂલ્ય ઊભી અક્ષ પર રચાયેલ છે તેના પર ધ્યાન આપો!
17. 0.2 અને 0.5 ના ટ્રાન્સમિટન્સ ગુણાંક સાથે બે પ્રકાશ ફિલ્ટરમાંથી પ્રકાશ ક્રમિક રીતે પસાર થાય છે. આવી સિસ્ટમમાંથી કેટલા ટકા રેડિયેશન બહાર આવશે?
18. પ્રકાશ 0.7 અને 0.4 ની ઓપ્ટિકલ ઘનતાવાળા બે ફિલ્ટરમાંથી ક્રમિક રીતે પસાર થાય છે. આવી સિસ્ટમમાંથી કેટલા ટકા રેડિયેશન પસાર થશે?
19. પરમાણુ વિસ્ફોટના પ્રકાશ કિરણોત્સર્ગ સામે રક્ષણ કરવા માટે, તમારે ચશ્માની જરૂર છે જે ઓછામાં ઓછા એક મિલિયન વખત પ્રકાશને ઓછો કરે છે. જે કાચમાંથી તેઓ આવા ચશ્મા બનાવવા માગે છે તેની ઓપ્ટિકલ ડેન્સિટી 3 ની છે જેની જાડાઈ 1 mm છે જરૂરી પરિણામ મેળવવા માટે કાચની કેટલી જાડાઈ લેવી જોઈએ?
20 લેસર સાથે કામ કરતી વખતે આંખોને સુરક્ષિત રાખવા માટે, લેસર દ્વારા પેદા થતા પ્રવાહના 0.0001% કરતા વધુ ન હોય તેવા રેડિયેશન ફ્લક્સ આંખમાં પ્રવેશી શકે તે જરૂરી છે. સલામતીની ખાતરી કરવા માટે ચશ્મામાં કેટલી ઓપ્ટિકલ ડેન્સિટી હોવી જોઈએ?
21 - 28 સમસ્યાઓ માટે સામાન્ય સોંપણી (માત્રાત્મક વિશ્લેષણ):
આકૃતિ કેટલાક પદાર્થોના રંગીન દ્રાવણના શોષણ સ્પેક્ટ્રા દર્શાવે છે. વધુમાં, સમસ્યાઓ ડીના મૂલ્યો સૂચવે છે (પ્રકાશના મહત્તમ શોષણને અનુરૂપ તરંગલંબાઇ પર ઉકેલની ઓપ્ટિકલ ઘનતા) અને એક્સ(ક્યુવેટ જાડાઈ). ઉકેલની સાંદ્રતા શોધો.
એકમો પર ધ્યાન આપો જેમાં તમારા ગ્રાફ પર શોષણ દર દર્શાવેલ છે.
21. આલેખ a). ડી = 0.8 x = 2 સે.મી
22. આલેખ b). ડી = 1.2 x = 1 સે.મી
... 23. આલેખ c). ડી = 0.5 x = 4 સે.મી
24. ગ્રાફ ડી). ડી = 0.25 x = 2 સે.મી
25 અનુસૂચિ ડી). ડી = 0.4 x = 3 સે.મી
26. ગ્રાફ e) D = 0.9 x = 1 સે.મી
27. ગ્રાફ જી). ડી = 0.2 x = 2 સે.મી
