Rrezatimi ka qenë prej kohësh i njohur në natyrë, i cili është i ndryshëm në natyrë nga të gjitha llojet e njohura të rrezatimit (rrezatimi termik, reflektimi, shpërndarja e dritës, etj.). Ky rrezatim është rrezatim lumineshent, shembuj të të cilit mund të jenë shkëlqimi i trupave kur rrezatohen me rrezatim të dukshëm, ultravjollcë dhe me rreze x, rrezatim , etj. Substancat e afta të shkëlqejnë nën ndikimin e llojeve të ndryshme të ngacmimeve quhen fosforet.

Lumineshencë- rrezatimi jo ekuilibër, i cili në një temperaturë të caktuar është i tepërt mbi rrezatimin termik të trupit dhe ka një kohëzgjatje më të madhe se periudha e lëkundjeve të dritës. Pjesa e parë e këtij përkufizimi çon në përfundimin se luminescenca nuk është rrezatim termik (shih § 197), pasi çdo trup në një temperaturë mbi 0 K lëshon valë elektromagnetike dhe një rrezatim i tillë është termik. Pjesa e dytë tregon se luminescenca nuk është një lloj shkëlqimi si reflektimi dhe shpërndarja e dritës, rrezatimi bremsstrahlung i grimcave të ngarkuara etj. Periudha e lëkundjeve të dritës është afërsisht 10 -15 s, prandaj kohëzgjatja me të cilën mund të klasifikohet shkëlqimi. pasi ndriçimi është më i gjatë - afërsisht 10 -10 s. Nënshkruani

Kohëzgjatja e shkëlqimit bën të mundur dallimin e lumineshencës nga proceset e tjera jo ekuilibër. Kështu, bazuar në këtë kriter, ishte e mundur të vërtetohej se rrezatimi Vavilov-Cherenkov (shih §189) nuk mund t'i atribuohet luminescencës.

Në varësi të metodave të ngacmimit, ekzistojnë: fotolumineshencë(nën ndikimin e dritës), Ndriçimi me rreze X(nën ndikimin e rrezeve X), katodolumineshencë(nën ndikimin e elektroneve), elektrolumineshencë(nën ndikimin e një fushe elektrike), radiolumineshencë(kur ngacmohen nga rrezatimi bërthamor, për shembull -rrezatimi, neutronet, protonet), kimilumineshencë(gjatë transformimeve kimike), tribolumineshencë(kur bluarni dhe thyeni disa kristale, si p.sh. sheqeri). Bazuar në kohëzgjatjen e shkëlqimit, ato dallohen në mënyrë konvencionale: fluoreshencë(t10 -8 s) dhe fosforeshencë- një shkëlqim që vazhdon për një periudhë të dukshme kohore pas ndërprerjes së ngacmimit.

Studimi i parë sasior i luminescencës u krye më shumë se njëqind vjet më parë J. Stokes, i cili formuloi rregullin e mëposhtëm në 1852: gjatësia e valës së rrezatimit lumineshent është gjithmonë më e madhe se gjatësia e valës së dritës që e ngacmoi atë (Fig. 326). Nga pikëpamja kuantike, rregulli i Stokes do të thotë se energjia hv i fotonit të incidentit shpenzohet pjesërisht në disa procese jo optike, d.m.th.

hv=hv lumen +E,

prej nga v lum , siç del nga rregulli i formuluar.

Karakteristika kryesore energjetike e lumineshencës është prodhimi i energjisë, prezantuar nga S.I. Vavilov në 1924 - raporti i energjisë së emetuar nga një fosfor kur ndriçohet plotësisht me energjinë e përthithur prej tij. Tipike për fosforet organike (duke përdorur shembullin e një solucioni fluorescein), varësia e prodhimit të energjisë  nga gjatësia e valës  e dritës emocionuese është paraqitur në Fig. 327. Nga figura rezulton se në fillim  rritet në raport me , dhe më pas, duke arritur një vlerë maksimale, zvogëlohet shpejt në zero me rritje të mëtejshme. TE(Ligji i Vavilovit). Rendimenti i energjisë për fosfore të ndryshme ndryshon brenda kufijve mjaft të gjerë vlera e tij maksimale mund të arrijë afërsisht 80%.

Lëndët e ngurta, të cilat në mënyrë efektive janë kristale lumineshente të përgatitura artificialisht me papastërti të huaja, quhen fosforet kristal. Duke përdorur fosforet kristal si shembull, ne do të shqyrtojmë mekanizmat e shfaqjes së luminescencës nga pikëpamja e teorisë së brezit të trupave të ngurtë. Midis brezit të valencës dhe brezit të përcjelljes së fosforit kristal ka nivele të papastërtive të aktivizuesit (Fig. 328). Në

Kur një atom aktivizues thith një foton me energji hv, një elektron nga niveli i papastërtisë transferohet në brezin e përcjelljes dhe lëviz lirshëm në të gjithë kristalin derisa të ndeshet me një jon aktivizues dhe të rikombinohet me të, duke lëvizur përsëri në nivelin e papastërtisë. Rikombinimi shoqërohet me emetimin e një kuanti lumineshent. Koha e shkëlqimit të fosforit përcaktohet nga jetëgjatësia e gjendjes së ngacmuar të atomeve të aktivizuesit, e cila zakonisht nuk i kalon të miliardat e sekondës. Prandaj, shkëlqimi është jetëshkurtër dhe zhduket pothuajse menjëherë pas ndërprerjes së rrezatimit.

Që të ndodhë shkëlqimi afatgjatë (fosforeshenca), fosfori kristal duhet gjithashtu të përmbajë qendrat e kapjes, ose kurthe për elektronet, të cilat janë nivele lokale të paplotësuara (për shembull, Jl 1 dhe L 2), të shtrira pranë fundit të brezit të përcjelljes (Fig. 329). Ato mund të formohen nga atomet e papastërtive, atomet në interstiksione, etj. Nën ndikimin e dritës, atomet e aktivizuesit ngacmohen, d.m.th., elektronet nga niveli i papastërtisë lëvizin në brezin e përcjelljes dhe bëhen të lirë. Megjithatë, ata kapen nga kurthe, si rezultat i të cilave humbasin lëvizshmërinë e tyre dhe, rrjedhimisht, aftësinë e tyre për t'u rikombinuar me jonin aktivizues. Lëshimi i një elektroni nga një kurth kërkon shpenzimin e një energjie të caktuar, të cilën elektronet mund ta marrin, për shembull, nga dridhjet termike të rrjetës. Një elektron i lëshuar nga kurthi hyn në brezin e përcjelljes dhe lëviz nëpër kristal derisa ose të rimarrë nga kurthi ose të rikombinohet me një jon aktivizues.

Në rastin e fundit, shfaqet një sasi e rrezatimit lumineshent. Kohëzgjatja e këtij procesi përcaktohet nga koha e qëndrimit të elektroneve në kurthe.

Fenomeni i lumineshencës përdoret gjerësisht në praktikë, për shembull analiza e lumineshencës - një metodë për përcaktimin e përbërjes së një lënde nga shkëlqimi i saj karakteristik. Kjo metodë, duke qenë shumë e ndjeshme (afërsisht 10 -10 g/cm 3), bën të mundur zbulimin e pranisë së papastërtive të parëndësishme dhe përdoret në kërkimet më delikate në biologji, mjekësi, industri ushqimore etj. Zbulimi i defekteve lumineshente ju lejon të zbuloni çarjet më të mira në sipërfaqen e pjesëve të makinës dhe produkteve të tjera (sipërfaqja që ekzaminohet është e mbuluar me një zgjidhje lumineshente, e cila, pas heqjes, mbetet në të çara).

Fosforet përdoren në llambat fluoreshente, janë mediumi aktiv i gjeneratorëve kuantikë optikë (shih § 233) dhe shintilatorët (do të diskutohet më poshtë), përdoren në konvertuesit elektron-optikë (shih § 169), përdoren për të krijuar ndriçim emergjence dhe kamuflues dhe për prodhimin e treguesve ndriçues të pajisjeve të ndryshme.

Rrezatimi termik dhe lumineshenca.

Energjia e shpenzuar nga një trup i ndritshëm në rrezatim mund të rimbushet nga burime të ndryshme. Fosfori që oksidohet në ajër shkëlqen për shkak të energjisë së çliruar gjatë transformimit kimik. Ky lloj shkëlqimi quhet kimilumineshencë. Shkëlqimi që ndodh gjatë llojeve të ndryshme të shkarkimit të pavarur të gazit quhet elektrolumineshencë. Shkëlqimi i trupave të ngurtë i shkaktuar nga bombardimi i elektroneve quhet katodolumineshencë. Emetimi nga një trup rrezatimi i një gjatësi vale të caktuar karakteristike për të λ 1 mund të shkaktohet nga rrezatimi i këtij trupi (ose duke e rrezatuar më parë) me rrezatim të gjatësisë valore λ 1 më pak se λ 2. Procese të tilla kombinohen me emrin fotolumineshencë (Lumineshenca është rrezatim që është më i madh se rrezatimi termik i një trupi në një temperaturë të caktuar dhe ka një kohëzgjatje që tejkalon ndjeshëm periudhën e valëve të emetuara. Substancat ndriçuese quhen fosfore ).

Figura 8. 1 Kimilumineshenca

Figura 8. 2 Fotolumineshenca

Figura 8. 3 Elektrolumineshenca.

Më e zakonshme është shkëlqimi i trupave për shkak të ngrohjes së tyre. Ky lloj shkëlqimi quhet rrezatim termik (ose temperatura). Rrezatimi termik ndodh në çdo temperaturë, por në temperatura të ulëta emetohen pothuajse vetëm valë të gjata elektromagnetike (infra të kuqe).

Le ta rrethojmë trupin rrezatues me një guaskë të padepërtueshme me një sipërfaqe reflektuese të përkryer (Fig.).

Rrezatimi që bie mbi një trup absorbohet prej tij (pjesërisht ose plotësisht). Rrjedhimisht, do të ketë një shkëmbim të vazhdueshëm energjie midis trupit dhe rrezatimit që mbush guaskën. Nëse shpërndarja e energjisë midis trupit dhe rrezatimit mbetet e pandryshuar për çdo gjatësi vale, gjendja e sistemit trup-rrezatues do të jetë në ekuilibër. Përvoja tregon se i vetmi lloj rrezatimi që mund të jetë në ekuilibër me trupat rrezatues është rrezatimi termik. Të gjitha llojet e tjera të rrezatimit rezultojnë të jenë jo ekuilibër.

Atëherë energjia e brendshme e trupit do të ulet, gjë që do të çojë në një ulje të temperaturës. Kjo nga ana tjetër do të shkaktojë një ulje të sasisë së energjisë së emetuar nga trupi. Temperatura e trupit do të ulet derisa sasia e energjisë së emetuar nga trupi të jetë e barabartë me sasinë e energjisë së absorbuar. Nëse ekuilibri prishet në drejtimin tjetër, d.m.th., sasia e energjisë së emetuar është më e vogël se ajo e absorbuar, temperatura e trupit do të rritet derisa të vendoset sërish ekuilibri. Kështu, një çekuilibër në sistemin e rrezatimit trupor shkakton shfaqjen e proceseve që rivendosin ekuilibrin.

Situata është e ndryshme në rastin e çdo lloj lumineshence. Le ta demonstrojmë këtë duke përdorur shembullin e kimilumineshencës. Ndërsa ndodh reaksioni kimik që shkakton rrezatim, trupi rrezatues largohet gjithnjë e më shumë nga gjendja e tij origjinale. Thithja e rrezatimit nga një trup nuk do të ndryshojë drejtimin e reaksionit, por përkundrazi do të çojë në një reagim më të shpejtë (për shkak të ngrohjes) në drejtimin origjinal. Ekuilibri do të vendoset vetëm kur të konsumohet e gjithë furnizimi i substancave reaguese dhe Shkëlqimi.

të shkaktuara nga proceset kimike do të zëvendësohen nga rrezatimi termik.

Pra, nga të gjitha llojet e rrezatimit, vetëm rrezatimi termik mund të jetë në ekuilibër. Ligjet e termodinamikës zbatohen për gjendjet dhe proceset e ekuilibrit. Rrjedhimisht, rrezatimi termik duhet t'i bindet disa ligjeve të përgjithshme që dalin nga parimet e termodinamikës. Tani do të vazhdojmë t'i shqyrtojmë këto modele.

8.2 Ligji i Kirchhoff-it.

Le të prezantojmë disa karakteristika të rrezatimit termik.

Rrjedha e energjisë (çdo frekuencë), emetuar nga një njësi sipërfaqe e një trupi rrezatues për njësi të kohës në të gjitha drejtimet(brenda këndit të fortë 4π), thirrur shkëlqimi energjik i trupit (R) [R] = W/m2 .

Rrezatimi përbëhet nga valë me frekuenca të ndryshme (ν). Le të shënojmë rrjedhën e energjisë të emetuar nga një sipërfaqe njësi e një trupi në diapazonin e frekuencës nga ν në ν + dν, përmes d Rν. Pastaj në një temperaturë të caktuar.

ku - dendësia spektrale shkëlqimi energjik, ose emetimi i trupit .

Përvoja tregon se emetimi i një trupi varet nga temperatura e trupit (për çdo temperaturë rrezatimi maksimal qëndron në diapazonin e vet të frekuencës). Dimensioni .

Duke ditur emetueshmërinë, ne mund të llogarisim shkëlqimin energjetik:

Lëreni një fluks të energjisë rrezatuese dF të bjerë në një zonë elementare të sipërfaqes së trupit, të shkaktuar nga valët elektromagnetike, frekuencat e të cilave përmbahen në intervalin dν. Një pjesë e kësaj rryme do të përthithet nga trupi. Pa dimensione

thirrur kapaciteti absorbues i trupit . Gjithashtu varet shumë nga temperatura.

Sipas përkufizimit, nuk mund të jetë më i madh se një. Për një trup që thith plotësisht rrezatimin e të gjitha frekuencave,. Një trup i tillë quhet absolutisht e zezë (ky është një idealizim).

Trupi për të cilin dhe më pak se uniteti për të gjitha frekuencat,thirrur trup gri (edhe ky eshte nje idealizim).

Ekziston një lidhje e caktuar midis aftësisë emetuese dhe absorbuese të një trupi. Le të bëjmë mendërisht eksperimentin e mëposhtëm.

Le të ketë tre trupa brenda një guaskë të mbyllur. Trupat janë në një vakum, prandaj, shkëmbimi i energjisë mund të ndodhë vetëm përmes rrezatimit. Përvoja tregon se një sistem i tillë, pas njëfarë kohe, do të arrijë një gjendje ekuilibri termik (të gjithë trupat dhe guaska do të kenë të njëjtën temperaturë).

Në këtë gjendje, një trup me emetim më të madh humbet më shumë energji për njësi të kohës, por, për rrjedhojë, ky trup duhet të ketë gjithashtu kapacitet më të madh absorbues:

Gustav Kirchhoff formuluar në 1856 ligji dhe sugjeroi model trupi i zi .

Raporti i emetimit ndaj absorbimit nuk varet nga natyra e trupit, ai është i njëjtë për të gjithë trupat(universale)funksioni i frekuencës dhe temperaturës.

ku f(- funksioni universal Kirchhoff.

Ky funksion ka një karakter universal, ose absolut.

Sasitë dhe , të marra veçmas, mund të ndryshojnë jashtëzakonisht fuqishëm kur lëvizin nga një trup në tjetrin, por raporti i tyre vazhdimisht për të gjithë trupat (në një frekuencë dhe temperaturë të caktuar).

Për një trup absolutisht të zi, =1, pra, për të f(, d.m.th. funksioni universal Kirchhoff nuk është gjë tjetër veçse emetim i një trupi krejtësisht të zi.

Trupat absolutisht të zinj nuk ekzistojnë në natyrë. Bloza ose e zeza e platinit kanë një absorbueshmëri prej 1, por vetëm në një gamë të kufizuar frekuence. Megjithatë, një zgavër me një vrimë të vogël është shumë afër në vetitë e saj me një trup krejtësisht të zi. Një rreze që futet brenda thithet domosdoshmërisht pas reflektimeve të shumta, dhe një rreze e çdo frekuence.

Emisionueshmëria e një pajisjeje të tillë (zgavër) është shumë afër f(ν ,T). Kështu, nëse muret e zgavrës mbahen në një temperaturë T, atëherë rrezatimi del nga vrima, shumë afër në përbërjen spektrale me rrezatimin e një trupi absolutisht të zi në të njëjtën temperaturë.

Duke e zbërthyer këtë rrezatim në një spektër, mund të gjendet forma eksperimentale e funksionit f(ν ,T)(Fig. 1.3), në temperatura të ndryshme T 3 > T 2 > T 1 .

Zona e mbuluar nga kurba jep shkëlqimin energjetik të një trupi të zi në temperaturën përkatëse.

Këto kthesa janë të njëjta për të gjithë trupat.

Lakoret janë të ngjashme me funksionin e shpërndarjes së shpejtësisë së molekulave. Por atje zonat e mbuluara nga kthesat janë konstante, por këtu me rritjen e temperaturës sipërfaqja rritet ndjeshëm. Kjo sugjeron që përputhshmëria energjetike varet shumë nga temperatura. Rrezatimi maksimal (emisiviteti) me rritjen e temperaturës ndërrime drejt frekuencave më të larta.

Rrezatimi elektromagnetik. Zbatimi i metodave të analizës spektrale.

Energjia e rrezatimit.

Burimi i dritës duhet të konsumojë energji. Drita është valë elektromagnetike me gjatësi vale 4·10-7 - 8·10-7 m Valët elektromagnetike emetohen nga lëvizja e përshpejtuar e grimcave të ngarkuara. Këto grimca të ngarkuara janë pjesë e atomeve. Por pa e ditur se si është strukturuar atomi, nuk mund të thuhet asgjë e besueshme për mekanizmin e rrezatimit. Është e qartë vetëm se nuk ka dritë brenda një atomi, ashtu siç nuk ka zë në një varg piano. Ashtu si një varg që fillon të tingëllojë vetëm pasi goditet nga një çekiç, atomet lindin dritë vetëm pasi janë ngacmuar.
Në mënyrë që një atom të fillojë të rrezatojë, energjia duhet të transferohet në të. Kur lëshon, një atom humbet energjinë që merr, dhe për shkëlqimin e vazhdueshëm të një substance, është i nevojshëm një fluks energjie në atomet e tij nga jashtë.

Rrezatimi termik. Lloji më i thjeshtë dhe më i zakonshëm i rrezatimit është rrezatimi termik, në të cilin energjia e humbur nga atomet për të emetuar dritë kompensohet nga energjia e lëvizjes termike të atomeve ose (molekulave) të trupit që lëshon.
Në fillim të shekullit të 19-të. U zbulua se sipër (në gjatësi vale) pjesa e kuqe e spektrit të dritës së dukshme ka një pjesë infra të kuqe të spektrit të padukshëm për syrin, dhe poshtë pjesës vjollce të spektrit të dritës së dukshme ka një pjesë të padukshme ultravjollcë të spektrit.
Gjatësia e valës së rrezatimit infra të kuq varion nga 3·10-4 në 7,6·10-7 m Vetia më karakteristike e këtij rrezatimi është efekti i tij termik. Burimi i rrezeve IR është çdo trup. Sa më e lartë të jetë temperatura e trupit, aq më i lartë është intensiteti i këtij rrezatimi. Sa më e lartë të jetë temperatura e trupit, aq më shpejt lëvizin atomet. Kur atomet (molekulat) të shpejta përplasen me njëri-tjetrin, një pjesë e energjisë së tyre kinetike shndërrohet në energji ngacmuese të atomeve, të cilat më pas lëshojnë dritë.

Rrezatimi infra i kuq studiohet duke përdorur termoçifte dhe bolometra. Parimi i funksionimit të pajisjeve të shikimit të natës bazohet në përdorimin e rrezatimit infra të kuqe.
Burimi termik i rrezatimit është Dielli, si dhe një llambë e zakonshme inkandeshente. Llamba është një burim shumë i përshtatshëm, por me kosto të ulët. Vetëm rreth 12% e energjisë totale të çliruar nga rryma elektrike në një llambë konvertohet në energji drite. Burimi termik i dritës është një flakë. Kokrrat e blozës nxehen për shkak të energjisë së çliruar gjatë djegies së karburantit dhe lëshojnë dritë.

Elektrolumineshencë. Energjia e nevojshme nga atomet për të emetuar dritë mund të vijë edhe nga burime jo termike. Gjatë një shkarkimi në gazra, fusha elektrike u jep elektroneve energji kinetike më të madhe. Elektronet e shpejta përjetojnë përplasje me atomet. Një pjesë e energjisë kinetike të elektroneve shkon për të ngacmuar atomet. Atomet e ngacmuara lëshojnë energji në formën e valëve të dritës. Për shkak të kësaj, shkarkimi në gaz shoqërohet me një shkëlqim. Kjo është elektrolumineshencë.

Katodolumineshencë. Shkëlqimi i trupave të ngurtë i shkaktuar nga bombardimi i elektroneve quhet katodolumineshencë. Falë katodolumineshencës, ekranet e tubave me rreze katodike shkëlqejnë.

Kimilumineshencë. Në disa reaksione kimike që çlirojnë energji, një pjesë e kësaj energjie shpenzohet drejtpërdrejt në emetimin e dritës. Burimi i dritës mbetet i ftohtë (është në temperaturën e ambientit). Ky fenomen quhet kimilumineshencë.

Fotolumineshencë. Drita e rënë në një substancë reflektohet pjesërisht dhe pjesërisht absorbohet. Energjia e dritës së përthithur në shumicën e rasteve shkakton vetëm ngrohjen e trupave. Sidoqoftë, disa trupa vetë fillojnë të shkëlqejnë drejtpërdrejt nën ndikimin e rrezatimit që ndodh mbi to. Kjo është fotolumineshencë.

Drita ngacmon atomet e një substance (rrit energjinë e tyre të brendshme), pas së cilës ato ndriçohen vetë. Për shembull, bojërat me shkëlqim që mbulojnë shumë dekorime të pemës së Krishtlindjes lëshojnë dritë pasi rrezatohen. Fotolumineshenca e trupave të ngurtë, si dhe e fosforeve për qëllime të veçanta, mund të jetë jo vetëm në rrezet e dukshme, por edhe në rrezet ultravjollcë dhe infra të kuqe. Drita e emetuar gjatë fotolumineshencës, si rregull, ka një gjatësi vale më të madhe se drita që ngacmon shkëlqimin. Kjo mund të vërehet eksperimentalisht. Nëse drejtoni një rreze drite të kaluar përmes një filtri vjollce në një enë që përmban një fluoreshente (ngjyrë organike), atëherë ky lëng fillon të shkëlqejë me dritë jeshile-verdhë, pra dritë me një gjatësi vale më të madhe se drita vjollce.
Fenomeni i fotolumineshencës përdoret gjerësisht në llambat fluoreshente. Fizikani sovjetik S.I. Vavilov propozoi mbulimin e sipërfaqes së brendshme të tubit të shkarkimit me substanca të afta të shkëlqejnë me shkëlqim nën veprimin e rrezatimit me valë të shkurtër nga një shkarkim gazi.

Shpërndarja e energjisë në spektër.

Asnjë nga burimet nuk prodhon dritë monokromatike, domethënë dritë me një gjatësi vale të përcaktuar rreptësisht. Ne jemi të bindur për këtë nga eksperimentet mbi zbërthimin e dritës në një spektër duke përdorur një prizëm, si dhe eksperimentet mbi ndërhyrjen dhe difraksionin.
Energjia që mbart drita me vete nga burimi shpërndahet në një mënyrë të caktuar mbi valët e të gjitha gjatësive që përbëjnë rrezen e dritës. Mund të themi gjithashtu se energjia shpërndahet në frekuenca, pasi ekziston një lidhje e thjeshtë midis gjatësisë së valës dhe frekuencës: ђv = c.
Dendësia e fluksit të rrezatimit elektromagnetik ose intensiteti përcaktohet nga energjia në të gjitha frekuencat. Për të karakterizuar shpërndarjen e frekuencës së rrezatimit, është e nevojshme të futet një sasi e re: intensiteti për intervalin e frekuencës për njësi. Kjo sasi quhet dendësia spektrale e intensitetit të rrezatimit.

Ju nuk mund të mbështeteni në syrin tuaj për të vlerësuar shpërndarjen e energjisë. Syri ka ndjeshmëri selektive ndaj dritës: ndjeshmëria e tij maksimale qëndron në rajonin e verdhë-jeshile të spektrit. Është më mirë të përfitoni nga vetia e një trupi të zi për të thithur pothuajse plotësisht dritën e të gjitha gjatësive valore. Në këtë rast, energjia e rrezatimit (d.m.th. drita) shkakton ngrohjen e trupit. Prandaj, mjafton të matni temperaturën e trupit dhe ta përdorni atë për të gjykuar sasinë e energjisë së përthithur për njësi të kohës.
Një termometër i zakonshëm është shumë i ndjeshëm për t'u përdorur me sukses në eksperimente të tilla. Për matjen e temperaturës nevojiten instrumente më të ndjeshme. Ju mund të merrni një termometër elektrik, në të cilin elementi i ndjeshëm është bërë në formën e një pllake të hollë metalike. Kjo pllakë duhet të jetë e veshur me një shtresë të hollë bloze, e cila pothuajse plotësisht thith dritën e çdo gjatësi vale.
Pllaka e ndjeshme ndaj nxehtësisë e pajisjes duhet të vendoset në një ose në një vend tjetër në spektër. I gjithë spektri i dukshëm i gjatësisë l nga rrezet e kuqe në vjollcë korrespondon me diapazonin e frekuencës nga IR në UV. Gjerësia korrespondon me një interval të vogël Av. Duke ngrohur pllakën e zezë të pajisjes, mund të gjykohet densiteti i fluksit të rrezatimit për intervalin e frekuencës Av. Duke lëvizur pllakën përgjatë spektrit, do të zbulojmë se pjesa më e madhe e energjisë është në pjesën e kuqe të spektrit, dhe jo në atë të verdhë-jeshile, siç i duket syrit.
Bazuar në rezultatet e këtyre eksperimenteve, është e mundur të ndërtohet një kurbë e varësisë së densitetit spektral të intensitetit të rrezatimit nga frekuenca. Dendësia spektrale e intensitetit të rrezatimit përcaktohet nga temperatura e pllakës dhe frekuenca nuk është e vështirë të gjendet nëse pajisja e përdorur për dekompozimin e dritës është e kalibruar, domethënë nëse dihet se çfarë frekuence korrespondon një pjesë e caktuar e spektrit. te.
Duke vizatuar përgjatë boshtit të abshisës vlerat e frekuencave që korrespondojnë me pikat e mesit të intervaleve Av, dhe përgjatë boshtit të ordinatave densitetin spektral të intensitetit të rrezatimit, marrim një numër pikash përmes të cilave mund të vizatojmë një kurbë të qetë. Kjo kurbë jep një paraqitje vizuale të shpërndarjes së energjisë dhe pjesës së dukshme të spektrit të harkut elektrik.

Llojet e spektrave.

Përbërja spektrale e rrezatimit nga substanca të ndryshme është shumë e larmishme. Por, pavarësisht kësaj, të gjitha spektrat, siç tregon përvoja, mund të ndahen në tre lloje që ndryshojnë nga njëri-tjetri.

Spektrat e vazhdueshme.

Spektri diellor ose spektri i dritës së harkut është i vazhdueshëm. Kjo do të thotë që spektri përmban valë të të gjitha gjatësive valore. Nuk ka thyerje në spektër dhe një shirit i vazhdueshëm me shumë ngjyra mund të shihet në ekranin e spektrografit.
Shpërndarja e energjisë mbi frekuenca, d.m.th., dendësia spektrale e intensitetit të rrezatimit, është e ndryshme për trupa të ndryshëm. Për shembull, një trup me një sipërfaqe shumë të zezë lëshon valë elektromagnetike të të gjitha frekuencave, por kurba e densitetit spektral të intensitetit të rrezatimit kundrejt frekuencës ka një maksimum në një frekuencë të caktuar. Energjia e rrezatimit në frekuenca shumë të ulëta dhe shumë të larta është e papërfillshme. Me rritjen e temperaturës, dendësia maksimale spektrale e rrezatimit zhvendoset drejt valëve më të shkurtra.
Spektrat e vazhdueshëm (ose të ngurtë), siç tregon përvoja, jepen nga trupat në gjendje të ngurtë ose të lëngët, si dhe gazet shumë të ngjeshur. Për të marrë një spektër të vazhdueshëm, trupi duhet të nxehet në një temperaturë të lartë.
Natyra e spektrit të vazhdueshëm dhe vetë fakti i ekzistencës së tij përcaktohen jo vetëm nga vetitë e atomeve individuale që emetojnë, por gjithashtu varen në një masë të fortë nga ndërveprimi i atomeve me njëri-tjetrin.
Një spektër i vazhdueshëm prodhohet gjithashtu nga plazma me temperaturë të lartë. Valët elektromagnetike emetohen nga plazma kryesisht kur elektronet përplasen me jonet.

Spektrat e linjës.

Le të shtojmë një copë azbesti të lagur me një zgjidhje të kripës së zakonshme të tryezës në flakën e zbehtë të një djegësi gazi. Kur vëzhgoni një flakë përmes një spektroskopi, një vijë e verdhë e ndritshme do të ndizet në sfondin e spektrit të vazhdueshëm të flakës mezi të dukshme. Kjo linjë e verdhë prodhohet nga avulli i natriumit, i cili formohet kur molekulat e kripës së tryezës shpërbëhen në flakë. Në spektroskop mund të shihni gjithashtu një palisadë vijash me ngjyra me shkëlqim të ndryshëm, të ndara nga vija të gjera të errëta. Spektrat e tillë quhen spektra të linjës. Prania e një spektri të linjës do të thotë që një substancë lëshon dritë vetëm në gjatësi vale të caktuara (më saktë, në intervale të caktuara spektrale shumë të ngushta). Çdo rresht ka një gjerësi të kufizuar.
Spektrat e linjës ndodhin vetëm për substancat në gjendje atomike (por jo ato molekulare). Në këtë rast, drita emetohet nga atome që praktikisht nuk ndërveprojnë me njëri-tjetrin. Ky është lloji më themelor, bazë i spektrit. Vetia kryesore e spektrit të linjës është se atomet e izoluara të një elementi kimik të caktuar emetojnë sekuenca të gjatësive valore të përcaktuara rreptësisht dhe jo të përsëritura. Nuk ka dy elementë të ndryshëm që kanë të njëjtën sekuencë gjatësi vale. Brezat spektrale shfaqen në daljen e një pajisjeje spektrale në vendndodhjen e gjatësisë valore të emetuar nga burimi. Në mënyrë tipike, për të vëzhguar spektrat e linjës, përdoret shkëlqimi i avullit të një substance në flakë ose shkëlqimi i një shkarkimi gazi në një tub të mbushur me gazin në studim.
Ndërsa densiteti i gazit atomik rritet, linjat individuale spektrale zgjerohen dhe, së fundi, në një densitet shumë të lartë të gazit, kur ndërveprimi i atomeve bëhet i rëndësishëm, këto linja mbivendosen me njëra-tjetrën duke formuar një spektër të vazhdueshëm.

Spektrat me vija.

Spektri me shirita përbëhet nga breza individualë të ndarë nga hapësira të errëta. Me ndihmën e një aparati shumë të mirë spektral mund të zbulohet se çdo brez është një koleksion i një numri të madh linjash të ndara shumë afër. Ndryshe nga spektrat e linjës, spektrat me vija krijohen jo nga atomet, por nga molekula që nuk janë të lidhura ose të lidhura dobët me njëra-tjetrën.
Për të vëzhguar spektrat molekularë, si dhe për të vëzhguar spektrat e linjës, zakonisht përdoret shkëlqimi i avullit në flakë ose shkëlqimi i një shkarkimi gazi.

Spektrat e emetimit dhe absorbimit.

Të gjitha substancat atomet e të cilave janë në gjendje të ngacmuar lëshojnë valë drite, energjia e të cilave shpërndahet në një mënyrë të caktuar në gjatësi vale. Thithja e dritës nga një substancë varet gjithashtu nga gjatësia e valës. Kështu, xhami i kuq transmeton valë që korrespondojnë me dritën e kuqe (l»8·10-5 cm) dhe thith të gjitha të tjerat.
Nëse kaloni dritën e bardhë përmes një gazi të ftohtë që nuk lëshon, vija të errëta shfaqen në sfondin e spektrit të vazhdueshëm të burimit. Gazi thith më intensivisht dritën e pikërisht atyre gjatësive valore që lëshon kur nxehet shumë. Vijat e errëta në sfondin e një spektri të vazhdueshëm janë linja thithëse që së bashku formojnë një spektër absorbues.
Ekzistojnë spektra të emetimit të vazhdueshëm, të linjës dhe me shirita dhe të njëjtin numër llojesh të spektrave absorbues.

Analiza spektrale dhe aplikimi i saj.

Është e rëndësishme të dimë se nga përbëhen trupat rreth nesh. Shumë metoda janë shpikur për të përcaktuar përbërjen e tyre. Por përbërja e yjeve dhe galaktikave mund të përcaktohet vetëm duke përdorur analizën spektrale.

Metoda e përcaktimit të përbërjes cilësore dhe sasiore të një lënde nga spektri i saj quhet analizë spektrale. Analiza spektrale përdoret gjerësisht në kërkimin e mineraleve për të përcaktuar përbërjen kimike të mostrave të xehes. Në industri, analiza spektrale bën të mundur kontrollin e përbërjes së lidhjeve dhe papastërtive të futura në metale për të marrë materiale me veti të specifikuara. Spektrat e linjave luajnë një rol veçanërisht të rëndësishëm sepse struktura e tyre lidhet drejtpërdrejt me strukturën e atomit. Në fund të fundit, këto spektra krijohen nga atome që nuk përjetojnë ndikime të jashtme. Prandaj, duke u njohur me spektrat e linjës, ne hedhim hapin e parë drejt studimit të strukturës së atomeve. Duke vëzhguar këto spektra, shkencëtarët ishin në gjendje të "shikonin" brenda atomit. Këtu optika vjen në kontakt të ngushtë me fizikën atomike.
Vetia kryesore e spektrit të linjës është se gjatësitë e valëve (ose frekuencat) e spektrit të linjës së çdo substance varen vetëm nga vetitë e atomeve të kësaj substance, por janë plotësisht të pavarura nga metoda e ngacmimit të lumineshencës së atomeve. Atomet e çdo elementi kimik prodhojnë një spektër që është ndryshe nga spektri i të gjithë elementëve të tjerë: ata janë të aftë të emetojnë një grup gjatësi vale të përcaktuar rreptësisht.
Kjo është baza e analizës spektrale - një metodë për përcaktimin e përbërjes kimike të një substance nga spektri i saj.

Ashtu si gjurmët e gishtave të njeriut, spektrat e linjës kanë një personalitet unik. Veçantia e modeleve në lëkurën e gishtit shpesh ndihmon për të gjetur kriminelin. Në të njëjtën mënyrë, falë individualitetit të spektrit, është e mundur të përcaktohet përbërja kimike e trupit. Duke përdorur analizën spektrale, është e mundur të zbulohet ky element në përbërjen e një substance komplekse, edhe nëse masa e tij nuk kalon 10-10. Kjo është një metodë shumë e ndjeshme.
Studimi i spektrit të linjës së një lënde na lejon të përcaktojmë se nga cilat elemente kimike përbëhet dhe në çfarë sasie çdo element përmbahet në një substancë të caktuar.
Përmbajtja sasiore e një elementi në kampionin në studim përcaktohet duke krahasuar intensitetin e vijave individuale në spektrin e këtij elementi me intensitetin e vijave të një elementi tjetër kimik, përmbajtja sasiore e të cilit në kampion është e njohur.
Analiza sasiore e përbërjes së një substance bazuar në spektrin e saj është e vështirë, pasi shkëlqimi i linjave spektrale varet jo vetëm nga masa e substancës, por edhe nga metoda e ngacmimit të shkëlqimit. Kështu, në temperatura të ulëta, shumë linja spektrale nuk shfaqen fare. Sidoqoftë, në varësi të kushteve standarde për ngacmimin e shkëlqimit, mund të kryhet edhe analiza sasiore spektrale.
Përparësitë e analizës spektrale janë ndjeshmëria e lartë dhe shpejtësia e marrjes së rezultateve. Duke përdorur analizën spektrale, është e mundur të zbulohet prania e arit në një kampion me peshë 6·10-7 g, me masën e tij vetëm 10-8 g. Përcaktimi i shkallës së çelikut me anë të analizës spektrale mund të kryhet në disa dhjetëra sekonda .
Analiza spektrale bën të mundur përcaktimin e përbërjes kimike të trupave qiellorë të vendosur në distanca prej miliarda vjet dritë nga Toka. Përbërja kimike e atmosferave të planetëve dhe yjeve, gazit të ftohtë në hapësirën ndëryjore përcaktohet nga spektrat e përthithjes.
Duke studiuar spektrat, shkencëtarët ishin në gjendje të përcaktonin jo vetëm përbërjen kimike të trupave qiellorë, por edhe temperaturën e tyre. Me zhvendosjen e vijave spektrale, mund të përcaktohet shpejtësia e lëvizjes së një trupi qiellor.

Aktualisht, spektrat e të gjithë atomeve janë përcaktuar dhe janë përpiluar tabelat e spektrave. Me ndihmën e analizës spektrale u zbuluan shumë elementë të rinj: rubidiumi, ceziumi, etj. Elementeve shpesh u jepeshin emra në përputhje me ngjyrën e vijave më intensive të spektrit. Rubidiumi prodhon linja të kuqe të errët, rubin. Fjala cezium do të thotë "blu qielli". Kjo është ngjyra e linjave kryesore të spektrit të ceziumit.
Ishte me ndihmën e analizës spektrale që u mësua përbërja kimike e Diellit dhe yjeve. Metodat e tjera të analizës janë përgjithësisht të pamundura këtu. Doli se yjet përbëhen nga të njëjtat elementë kimikë që gjenden në Tokë. Është kurioze që helium u zbulua fillimisht në Diell dhe vetëm atëherë u gjet në atmosferën e Tokës. Emri i këtij elementi kujton historinë e zbulimit të tij: fjala helium do të thotë "diellor".
Për shkak të thjeshtësisë dhe shkathtësisë së saj krahasuese, analiza spektrale është metoda kryesore për monitorimin e përbërjes së një substance në metalurgji, inxhinieri mekanike dhe industrinë bërthamore. Duke përdorur analizën spektrale, përcaktohet përbërja kimike e xeheve dhe mineraleve.
Përbërja e përzierjeve komplekse, kryesisht organike, analizohet nga spektri i tyre molekular.
Analiza spektrale mund të kryhet jo vetëm nga spektri i emetimit, por edhe nga spektri i absorbimit. Janë linjat e absorbimit në spektrin e Diellit dhe yjeve që bëjnë të mundur studimin e përbërjes kimike të këtyre trupave qiellorë. Sipërfaqja shkëlqyese e Diellit - fotosfera - prodhon një spektër të vazhdueshëm. Atmosfera diellore thith në mënyrë selektive dritën nga fotosfera, gjë që çon në shfaqjen e linjave të absorbimit në sfondin e spektrit të vazhdueshëm të fotosferës.
Por vetë atmosfera e Diellit lëshon dritë. Gjatë eklipseve diellore, kur disku diellor mbulohet nga Hëna, linjat e spektrit ndryshojnë. Në vend të linjave të absorbimit në spektrin diellor, linjat e emetimit ndezin.
Në astrofizikë, analiza spektrale nënkupton jo vetëm përcaktimin e përbërjes kimike të yjeve, reve gazore etj., por edhe gjetjen nga spektrat e shumë karakteristikave të tjera fizike të këtyre objekteve: temperaturën, presionin, shpejtësinë e lëvizjes, induksionin magnetik.
Përveç astrofizikës, analiza spektrale përdoret gjerësisht në shkencën e mjekësisë ligjore për të hetuar provat e gjetura në një skenë krimi. Gjithashtu, analiza spektrale në shkencën kriminalistike ndihmon mirë për të përcaktuar armën e vrasjes dhe në përgjithësi për të zbuluar disa nga detajet e krimit.
Analiza spektrale përdoret edhe më gjerësisht në mjekësi. Këtu aplikimi i tij është shumë i madh. Mund të përdoret për diagnostikim, si dhe për të identifikuar substanca të huaja në trupin e njeriut.
Analiza spektrale kërkon instrumente të veçanta spektrale, të cilat do t'i shqyrtojmë më tej.

Pajisjet spektrale.

Për studimin e saktë të spektrave, pajisje të tilla të thjeshta si një çarje e ngushtë që kufizon rrezen e dritës dhe një prizëm nuk janë më të mjaftueshme. Nevojiten instrumente që ofrojnë një spektër të qartë, d.m.th., instrumente që ndajnë mirë valët me gjatësi të ndryshme dhe nuk lejojnë që pjesët individuale të spektrit të mbivendosen. Pajisjet e tilla quhen pajisje spektrale. Më shpesh, pjesa kryesore e aparatit spektral është një prizëm ose grilë difraksioni.
Le të shqyrtojmë diagramin e projektimit të një aparati spektral të prizmit. Rrezatimi në studim hyn fillimisht në një pjesë të pajisjes që quhet kolimator. Kolimatori është një tub, në njërën skaj të të cilit ka një ekran me një çarje të ngushtë, dhe në anën tjetër - një lente grumbulluese. Çarja është në gjatësinë fokale të thjerrëzës. Prandaj, një rreze drite divergjente që bie mbi thjerrëzën nga çarja del prej saj si një rreze paralele dhe bie mbi prizëm.
Meqenëse frekuenca të ndryshme korrespondojnë me indekse të ndryshme thyerëse, trarët paralelë që nuk përkojnë në drejtim dalin nga prizmi. Ata bien në lente. Në gjatësinë fokale të kësaj lente ka një ekran - xhami i mbuluar me brymë ose pllakë fotografike. Lente fokuson rrezet paralele të rrezeve në ekran, dhe në vend të një imazhi të çarjes, merret një seri e tërë imazhesh. Çdo frekuencë (interval i ngushtë spektral) ka imazhin e vet. Të gjitha këto imazhe së bashku formojnë një spektër.
Pajisja e përshkruar quhet spektrograf. Nëse, në vend të një lente të dytë dhe një ekran, një teleskop përdoret për të vëzhguar vizualisht spektrat, atëherë pajisja quhet spektroskop. Prizmat dhe pjesët e tjera të pajisjeve spektrale nuk janë domosdoshmërisht prej xhami. Në vend të xhamit përdoren edhe materiale transparente si kuarci, kripa guri etj.

Emetimi i valëve elektromagnetike nga trupat (shkëlqimi i trupave) mund të arrihet përmes llojeve të ndryshme të energjisë. Më i zakonshmi është rrezatimi termik, pra emetimi i valëve elektromagnetike për shkak të energjisë së brendshme të trupave. Të gjitha llojet e tjera të luminescencës, të ngacmuara nga çdo lloj energjie, përveç të brendshme (termike), janë të bashkuara nën emrin e përgjithshëm "luminescence".

Fosfori që oksidohet në ajër shkëlqen për shkak të energjisë së çliruar gjatë transformimit kimik. Ky lloj shkëlqimi quhet kimilumineshencë. Shkëlqimi që shfaqet te gazet dhe trupat e ngurtë nën ndikimin e një fushe elektrike quhet elektrolumineshencë. Shkëlqimi i trupave të ngurtë i shkaktuar nga bombardimi i elektroneve quhet katodolumineshencë. Shkëlqimi i ngacmuar nga rrezatimi elektromagnetik i përthithur nga një trup quhet fotolumineshencë.

Rrezatimi termik ndodh në çdo temperaturë, por në temperatura të ulëta emetohen pothuajse vetëm valë të gjata elektromagnetike (infra të kuqe).

Le ta rrethojmë trupin emetues me një guaskë me një sipërfaqe reflektuese të përkryer (Fig. 1.1).

Hiqni ajrin nga guaska. Rrezatimi i reflektuar nga guaska, duke rënë në trup, absorbohet prej tij (pjesërisht ose plotësisht). Rrjedhimisht, do të ketë një shkëmbim të vazhdueshëm energjie midis trupit dhe rrezatimit që mbush guaskën. Nëse shpërndarja e energjisë midis trupit dhe rrezatimit mbetet e pandryshuar për çdo gjatësi vale, gjendja e sistemit trup-rrezatues do të jetë në ekuilibër. Përvoja tregon se i vetmi lloj rrezatimi që mund të jetë në ekuilibër me trupat rrezatues është rrezatimi termik.

Të gjitha llojet e tjera të rrezatimit rezultojnë të jenë jo ekuilibër.

Aftësia e rrezatimit termik për të qenë në ekuilibër me trupat rrezatues është për faktin se intensiteti i tij rritet me rritjen e temperaturës. Le të supozojmë se ekuilibri midis trupit dhe rrezatimit është i shqetësuar dhe trupi lëshon më shumë energji sesa thith. Atëherë energjia e brendshme e trupit do të ulet, gjë që do të çojë në një ulje të temperaturës. Kjo nga ana tjetër do të shkaktojë një ulje të sasisë së energjisë së emetuar nga trupi. Temperatura e trupit do të ulet derisa sasia e energjisë së emetuar nga trupi të jetë e barabartë me sasinë e energjisë së absorbuar. Nëse ekuilibri prishet në drejtimin tjetër, d.m.th., sasia e energjisë së emetuar është më e vogël se ajo e absorbuar, temperatura e trupit do të rritet derisa të vendoset sërish ekuilibri. Kështu, çekuilibri në sistemin e rrezatimit trupor shkakton shfaqjen e proceseve që rivendosin ekuilibrin.

Situata është e ndryshme në rastin e luminescencës. Le ta demonstrojmë këtë duke përdorur shembullin e kimilumineshencës. Ndërsa ndodh reaksioni kimik që shkakton rrezatim, trupi rrezatues largohet gjithnjë e më shumë nga gjendja e tij origjinale. Thithja e rrezatimit nga një trup nuk do të ndryshojë drejtimin e reaksionit, por, përkundrazi, do të çojë në një reagim më të shpejtë (për shkak të ngrohjes) në drejtimin origjinal. Ekuilibri do të vendoset vetëm kur e gjithë furnizimi i substancave reaguese të konsumohet dhe shkëlqimi i shkaktuar nga proceset kimike të zëvendësohet nga rrezatimi termik.

Pra, nga të gjitha llojet e rrezatimit, vetëm rrezatimi termik mund të jetë në ekuilibër. Ligjet e termodinamikës zbatohen për gjendjet dhe proceset e ekuilibrit. Prandaj, rrezatimi termik duhet t'i bindet disa ligjeve të përgjithshme që dalin nga parimet e termodinamikës. Tani do të vazhdojmë t'i shqyrtojmë këto modele.