Enerji parlaklığı formülü. Vücudun enerji parlaklığı

Termal radyasyon atomların yaydığı ve termal hareketlerinin enerjisi nedeniyle uyarılan elektromanyetik dalgalara denir. Radyasyon madde ile dengede ise buna denir. denge termal radyasyon.

T > 0 K sıcaklıktaki tüm cisimler elektromanyetik dalgalar yayar. Seyreltilmiş tek atomlu gazlar çizgi emisyon spektrumlarını verir, çok atomlu gazlar ve sıvılar çizgili spektrumları, yani neredeyse sürekli dalga boylarına sahip bölgeleri verir. Katılar olası tüm dalga boylarından oluşan sürekli spektrumlar yayar. İnsan gözü, yaklaşık 400 ila 700 nm arasında sınırlı bir dalga boyu aralığındaki radyasyonu görür. Bir kişinin vücut radyasyonunu görebilmesi için vücut sıcaklığının en az 700 o C olması gerekir.

Termal radyasyon aşağıdaki miktarlarla karakterize edilir:

W- radyasyon enerjisi (J cinsinden);

(J/(s.m2) - enerjik parlaklık (D.S.- yayılan alan

yüzey). Enerjik parlaklık R- anlamıyla beraber -

birim alan başına birim başına yayılan enerjidir

tüm dalga boyları için zaman ben 0'dan .

İntegral adı verilen bu özelliklere ek olarak ayrıca şunları kullanırlar: spektral özellikler birim dalga boyu aralığı veya birim aralık başına yayılan enerji miktarını dikkate alan

absorbtivite (emilim katsayısı) belirli bir dalga boyuna yakın küçük bir dalga boyu aralığında alınan emilen ışık akısının gelen akıya oranıdır.

Enerji parlaklığının spektral yoğunluğu, birim genişlikteki bir frekans aralığında bu gövdenin birim yüzey alanı başına radyasyon gücüne sayısal olarak eşittir.

Termal radyasyon ve doğası. Ultraviyole felaketi. Termal radyasyon dağılım eğrisi. Planck'ın hipotezi.

TERMAL RADYASYON (sıcaklık radyasyonu) - el-magn. Bir madde tarafından yayılan ve onun iç yapısından kaynaklanan radyasyon. enerji (örneğin, harici enerji kaynakları tarafından uyarılan lüminesanstan farklı olarak). T. ve. Maksimum konumu maddenin sıcaklığına bağlı olan sürekli bir spektruma sahiptir. Arttıkça, yayılan radyasyonun toplam enerjisi artar ve maksimum, kısa dalga boylarına doğru hareket eder. T. ve. örneğin sıcak metalin yüzeyini, dünyanın atmosferini vb. yayar.

T. ve. tüm ışınımsız maddeler için bir maddedeki ayrıntılı denge koşulları altında ortaya çıkar (bkz. Ayrıntılı denge ilkesi). süreçler, yani ayrıştırma için. Elektronik ve titreşim enerjilerinin değişimi için gazlar ve plazmalardaki parçacık çarpışma türleri. katılardaki hareketler vb. Maddenin uzaydaki her noktadaki denge durumu, yerel termodinamiğin durumudur. denge (LTE) - bu durumda sıcaklığın bağlı olduğu sıcaklığın değeri ile karakterize edilir. Bu noktada.

Genel durumda, yalnızca LTE ve ayrıştırmanın gerçekleştirildiği vücut sistemleri. kesme noktaları farklı sıcaklıklar, T. ve. termodinamikte değil madde ile denge. Daha sıcak cisimler emdiklerinden daha fazlasını yayar, daha soğuk cisimler ise tam tersini yapar. Radyasyon daha sıcak cisimlerden daha soğuk olanlara aktarılır. Sistemdeki sıcaklık dağılımının korunduğu sabit bir durumu korumak için, termal enerji kaybını yayılan daha sıcak bir gövdeyle telafi etmek ve onu daha soğuk gövdeden çıkarmak gerekir.

Tam termodinamikte Dengede, bir cisimler sisteminin tüm parçaları aynı sıcaklığa sahiptir ve her cisim tarafından yayılan termal enerjinin enerjisi, bu cisim tarafından emilen termal enerjinin enerjisi ile telafi edilir. diğer bedenler Bu durumda radyatörlerde de detaylı denge sağlanır. geçişler, T. ve. termodinamikte madde ile denge ve denir radyasyon dengedir (mutlak siyah bir cismin radyasyonu dengedir). Denge radyasyonunun spektrumu maddenin doğasına bağlı değildir ve Planck'ın radyasyon yasasına göre belirlenir.

T. ve. Siyah olmayan cisimler için Kirchhoff'un radyasyon yasası geçerlidir ve onları yaymaya bağlar. ve absorbe edin. yayan yetenekler. tamamen siyah bir bedenin yeteneği.

LTE varlığında, Kirchhoff ve Planck'ın radyasyon yasalarının T. ve. gazlarda ve plazmalarda radyasyon transfer süreçlerini incelemek mümkündür. Bu düşünce astrofizikte, özellikle yıldız atmosferleri teorisinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ultraviyole felaketi- herhangi bir ısıtılmış cismin termal radyasyonunun toplam gücünün sonsuz olması gerektiği gerçeğinden oluşan klasik fiziğin paradoksunu tanımlayan fiziksel bir terim. Paradoks, adını, dalga boyu kısaldıkça radyasyonun spektral enerji yoğunluğunun süresiz olarak artması gerektiği gerçeğinden almıştır.

Özünde, bu paradoks, klasik fiziğin içsel tutarsızlığını olmasa da, en azından temel gözlemler ve deneylerle son derece keskin (saçma) bir tutarsızlık gösterdi.

Bu deneysel gözlemle uyuşmadığı için 19. yüzyılın sonlarında cisimlerin fotometrik özelliklerinin tanımlanmasında zorluklar ortaya çıktı.

Sorun, 1900 yılında Max Planck'ın kuantum radyasyon teorisiyle çözüldü.

Planck'ın hipotezi, 14 Aralık 1900'de Max Planck tarafından ortaya atılan ve termal radyasyon sırasında enerjinin sürekli olarak değil, ayrı kuantumlar (bölümler) halinde yayıldığını ve emildiğini belirten bir hipotezdir. Bu tür kuantum bölümlerinin her biri, radyasyonun frekansı ν ile orantılı bir enerjiye sahiptir:

burada h veya daha sonra Planck sabiti olarak anılacak olan orantı katsayısıdır. Bu hipoteze dayanarak, bir cismin sıcaklığı ile bu cisim tarafından yayılan radyasyon arasındaki ilişkinin teorik olarak türetilmesini önerdi - Planck formülü.

Planck'ın hipotezi daha sonra deneysel olarak doğrulandı.

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

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

Saf siyah gövde

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

Tamamen siyah bir gövde için

Gri gövde

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

- gri gövde için

Kirchhoff'un termal radyasyon yasası

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

Kesinlikle siyah bir cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun sıcaklığa bağımlılığı

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

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

B=2,90* m*K

Stefan-Boltzmann yasası

Rayleigh-kot formülü

Planck'ın formülü

sabit çubuk

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

Fotoelektrik etkinin yasaları:

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

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

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

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

Einstein'ın dış fotoelektrik etki denklemi

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

fotonun enerjisi, kütlesi ve momentumu

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

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

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

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

Compton dalga boyu

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

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

ve dalga boyu:

burada p, hareketli parçacığın momentumudur.

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

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

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

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

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

İşte düzlemler arası mesafe.

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

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

koordinat temel vektörü nerede ve koordinat gösteriminde dalga fonksiyonudur.

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

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

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

Schrödinger denklemi

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

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

Harmonik osilatör kuantum mekaniğinde, basit bir harmonik osilatörün kuantum analoğudur; bu durumda dikkate alınan parçacık üzerine etki eden kuvvetler değil, Hamiltoniyen, yani harmonik osilatörün toplam enerjisi ve potansiyelidir. Enerjinin ikinci dereceden koordinatlara bağlı olduğu varsayılmaktadır. Potansiyel enerjinin bir koordinat boyunca genişlemesinde aşağıdaki terimlerin dikkate alınması, harmonik olmayan osilatör kavramına yol açar.

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

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

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

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

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

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

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

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

Bohr'un varsayımları

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

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

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

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

Frank ve Hertz deneyleri

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

Balmer formülü

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

burada n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 Å.

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

burada λ dalga boyudur,

R≈ 1,0974 10 7 m −1 - Rydberg sabiti,

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Zeeman etkisi- manyetik alanda atomik spektrum çizgilerinin bölünmesi.

1896 yılında Zeeman tarafından sodyum emisyon hatları için keşfedilmiştir.

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

Vücudun enerji parlaklığı- - sıcaklığın bir fonksiyonu olan ve sayısal olarak bir cismin birim zaman başına birim yüzey alanından tüm yönlerde ve tüm frekans spektrumu boyunca yaydığı enerjiye eşit olan fiziksel bir nicelik. J/sn m²=W/m²

Enerjik parlaklığın spektral yoğunluğu- radyasyon enerjisinin tüm frekans spektrumu (veya dalga boyları) üzerindeki dağılımını karakterize eden bir frekans ve sıcaklık fonksiyonu. Benzer bir fonksiyon dalga boyu cinsinden de yazılabilir.

Frekans ve dalga boyu cinsinden ifade edilen enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun aşağıdaki ilişkiyle ilişkili olduğu kanıtlanabilir:

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

Genel olarak herhangi bir (gri ve renkli) cismin termal radyasyon spektrumu sorununda kesinlikle siyah bir cismin önemi, önemsiz olmayan en basit durumu temsil etmesine ek olarak, sorunun da şu gerçeğinde yatmaktadır: Herhangi bir renkteki cisimlerin denge termal radyasyon spektrumunun ve yansıma katsayısının belirlenmesi, klasik termodinamik yöntemlerle tamamen siyah bir cismin radyasyonu sorununa indirgenir (ve tarihsel olarak bu, 19. yüzyılın sonlarında zaten yapıldı. tamamen siyah bir cismin radyasyon sorunu ön plana çıktı).

Doğada kesinlikle siyah cisimler yoktur, bu nedenle fizikte deneyler için bir model kullanılır. Küçük bir deliği olan kapalı bir oyuktur. Bu delikten giren ışık, tekrarlanan yansımalardan sonra tamamen soğurulacak ve delik dışarıdan tamamen siyah görünecektir. Ancak bu boşluk ısıtıldığında kendi görünür radyasyonunu geliştirecektir. Boşluğun iç duvarları tarafından yayılan radyasyon, ayrılmadan önce (sonuçta delik çok küçüktür), vakaların ezici çoğunluğunda büyük miktarda yeni emilim ve radyasyona maruz kalacağı için, şunu güvenle söyleyebiliriz: Boşluk içindeki radyasyon duvarlarla termodinamik dengededir. (Aslında delik bu model için hiç önemli değil, yalnızca içeride bulunan radyasyonun temel gözlemlenebilirliğini vurgulamak için gereklidir; örneğin delik tamamen kapatılabilir ve ancak denge zaten sağlandığında hızlı bir şekilde açılabilir. kurulur ve ölçüm yapılır).

2. Kirchhoff'un radyasyon yasası- 1859'da Alman fizikçi Kirchhoff tarafından oluşturulan bir fizik kanunu. Modern formülasyonunda yasa şu şekildedir: Herhangi bir cismin emisyonunun soğurma kapasitesine oranı, belirli bir sıcaklıkta ve belirli bir frekansta tüm cisimler için aynıdır ve bunların şekline, kimyasal bileşimine vb. bağlı değildir.

Elektromanyetik radyasyonun belirli bir cismin üzerine düştüğünde bir kısmının yansıdığı, bir kısmının emildiği ve bir kısmının iletilebildiği bilinmektedir. Belirli bir frekansta emilen radyasyonun fraksiyonuna denir. emme kapasitesi vücut Öte yandan ısıtılan her cisim, adı verilen bir yasaya göre enerji yayar. vücudun emisyonu.

Bir vücuttan diğerine geçerken değerleri ve değerleri büyük ölçüde değişebilir, ancak Kirchhoff'un radyasyon yasasına göre, emisyon ve soğurma yeteneklerinin oranı vücudun doğasına bağlı değildir ve frekansın evrensel bir fonksiyonudur ( dalga boyu) ve sıcaklık:

Tanım gereği, tamamen siyah bir cisim, üzerine gelen tüm radyasyonu, yani onun için emer. Bu nedenle fonksiyon, Stefan-Boltzmann yasasıyla tanımlanan, tamamen siyah bir cismin emisyonuyla örtüşür ve bunun sonucunda herhangi bir cismin emisyonu, yalnızca soğurma kapasitesine bağlı olarak bulunabilir.

Stefan-Boltzmann yasası- siyah cisim radyasyonu kanunu. Tamamen siyah bir cismin radyasyon gücünün sıcaklığına bağımlılığını belirler. Yasanın açıklaması: Tamamen siyah bir cismin radyasyon gücü, yüzey alanıyla ve vücut sıcaklığının dördüncü kuvvetiyle doğru orantılıdır: P = Sεσ T 4, burada ε emisyon derecesidir (tüm maddeler için ε< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).

Planck'ın radyasyon yasasını kullanarak, σ sabiti Planck sabitinin nerede olduğu olarak tanımlanabilir, k- Boltzmann sabiti, C- ışık hızı.

Sayısal değer J s −1 m −2 K −4.

Alman fizikçi W. Wien (1864-1928), termo ve elektrodinamik yasalarına dayanarak, fonksiyonun maksimumuna karşılık gelen lmax dalga boyunun bağımlılığını kurdu. r l , T , sıcaklıkta T. Buna göre Wien'in yer değiştirme yasası,lmaks =b/T

yani, enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun maksimum değerine karşılık gelen dalga boyu lmax r l , T siyah cisim termodinamik sıcaklığıyla ters orantılıdır, B- Wien sabiti: deneysel değeri 2,9 · 10 -3 m K'dir. Bu nedenle (199,2) ifadesine yasa denir ofsetler Arıza, fonksiyonun maksimum konumunda bir kayma göstermesidir. r l , T sıcaklık kısa dalga boylarına doğru arttıkça. Wien yasası, ısıtılan cisimlerin sıcaklığı düştükçe uzun dalga radyasyonunun neden spektrumlarında giderek daha fazla baskın hale geldiğini açıklıyor (örneğin, bir metal soğuduğunda beyaz ısının kırmızı ısıya geçişi).

Stefan-Boltzmann ve Wien yasaları termal radyasyon teorisinde önemli bir rol oynamasına rağmen, bunlar özel yasalardır çünkü farklı sıcaklıklarda enerjinin frekans dağılımının genel bir resmini vermezler.

3. Bu boşluğun duvarları, üzerlerine düşen ışığı tamamen yansıtsın. Boşluğa ışık enerjisi yayacak bir cisim yerleştirelim. Boşluğun içinde bir elektromanyetik alan ortaya çıkacak ve sonuçta vücutla termal denge halinde olan radyasyonla dolacaktır. İncelenen vücudun çevresindeki ortamla ısı değişiminin bir şekilde tamamen ortadan kalkması durumunda da denge meydana gelecektir (örneğin, bu zihinsel deneyi, termal iletkenlik olgusu olmadığında bir boşlukta gerçekleştireceğiz ve konveksiyon). Yalnızca ışığın yayılması ve soğurulması süreçleri yoluyla dengeye ulaşılacaktır: yayılan cisim, boşluğun içindeki boşluğu izotropik olarak dolduran elektromanyetik radyasyonun sıcaklığına eşit bir sıcaklığa sahip olacak ve vücut yüzeyinin seçilen her bir kısmı, şu şekilde yayılacaktır: emdiği için birim zaman başına çok fazla enerji. Bu durumda, kapalı bir boşluk içine yerleştirilen cismin özelliklerinden bağımsız olarak dengenin oluşması gerekir; ancak bu özellikler, dengenin kurulması için gereken süreyi etkiler. Aşağıda gösterileceği gibi boşluktaki elektromanyetik alanın denge durumundaki enerji yoğunluğu yalnızca sıcaklıkla belirlenir.

Denge termal radyasyonunu karakterize etmek için sadece hacimsel enerji yoğunluğu değil, aynı zamanda bu enerjinin spektrum üzerindeki dağılımı da önemlidir. Bu nedenle, aşağıdaki fonksiyonu kullanarak boşluk içindeki boşluğu izotropik olarak dolduran denge radyasyonunu karakterize edeceğiz: sen ω - spektral radyasyon yoğunluğu, yani, ω ile ω + δω arasındaki frekans aralığında dağıtılan ve bu aralığın değeriyle ilişkili olan elektromanyetik alanın birim hacmi başına ortalama enerji. Açıkçası anlamı senω önemli ölçüde sıcaklığa bağlı olmalıdır, bu yüzden onu belirtiyoruz sen(ω, T). Toplam Enerji Yoğunluğu sen(T) ile ilişkili sen(ω, T) formülü.

Açıkçası, sıcaklık kavramı yalnızca denge termal radyasyonu için geçerlidir. Denge koşullarında sıcaklığın sabit kalması gerekir. Ancak sıcaklık kavramı sıklıkla radyasyonla dengede olmayan akkor cisimleri karakterize etmek için de kullanılır. Ayrıca, sistemin parametrelerindeki yavaş bir değişiklikle, herhangi bir zamanda, yavaş yavaş değişecek olan sıcaklığını karakterize etmek mümkündür. Yani örneğin ısı akışı yoksa ve radyasyon aydınlık cismin enerjisindeki bir azalmadan kaynaklanıyorsa sıcaklığı da azalacaktır.

Tamamen siyah bir cismin emisyonu ile denge radyasyonunun spektral yoğunluğu arasında bir bağlantı kuralım. Bunu yapmak için, ortalama yoğunlukta elektromanyetik enerjiyle dolu kapalı bir boşluk içinde yer alan tek bir alan üzerindeki enerji akışı olayını hesaplayalım. U . Radyasyonun birim alana, dΩ katı açısı dahilinde θ ve ϕ açıları (Şekil 6a) tarafından belirlenen yönde düşmesine izin verin:

Denge radyasyonu izotropik olduğundan, belirli bir katı açıda yayılan kesir, boşluğu dolduran toplam enerjiye eşittir. Birim zamanda birim alandan geçen elektromanyetik enerjinin akışı

Değiştirme dΩ(0, 2π) sınırları dahilinde ϕ üzerinde ve (0, π/2) sınırları dahilinde θ üzerinde integral alınarak birim alana gelen toplam enerji akısını elde ederiz:

Açıkçası, denge koşulları altında, mutlak siyah bir cismin yayma gücünün ifadesini (13) eşitlemek gerekir. Rω, platform tarafından ω yakınındaki bir birim frekans aralığında yayılan enerji akısını karakterize eder:

Böylece, tamamen siyah bir cismin c/4 faktörüne kadar emisyonunun, denge radyasyonunun spektral yoğunluğu ile çakıştığı gösterilmiştir. Radyasyonun her bir spektral bileşeni için eşitlik (14) sağlanmalıdır, dolayısıyla şu sonuç çıkar: F(ω, T)= sen(ω, T) (15)

Sonuç olarak, mutlak siyah bir cismin ışınımının (örneğin bir boşluktaki küçük bir delikten yayılan ışığın) artık dengede olmayacağına işaret ediyoruz. Özellikle bu radyasyon her yöne yayılmadığından izotropik değildir. Ancak bu tür radyasyonun spektrumu üzerindeki enerji dağılımı, boşluğun içindeki boşluğu izotropik olarak dolduran denge radyasyonunun spektral yoğunluğu ile çakışacaktır. Bu, herhangi bir sıcaklıkta geçerli olan (14) bağıntısını kullanmamıza izin verir. Başka hiçbir ışık kaynağının spektrum boyunca benzer bir enerji dağılımı yoktur. Örneğin, gazlardaki bir elektrik deşarjı veya kimyasal reaksiyonların etkisi altındaki bir parıltı, tamamen siyah bir cismin ışıltısından önemli ölçüde farklı spektrumlara sahiptir. Akkor cisimlerin spektrumu boyunca enerjinin dağılımı, ortak bir ışık kaynağının (tungsten filamanlı akkor lambalar) ve tamamen siyah bir cismin spektrumları karşılaştırıldığında daha yüksek olan tamamen siyah bir cismin parıltısından da belirgin şekilde farklıdır.

4. Enerjinin serbestlik dereceleri üzerinden eşit dağılımı yasasına dayanmaktadır: her elektromanyetik salınım için ortalama olarak iki parça kT'nin toplamı olan bir enerji vardır. Yarısına dalganın elektriksel bileşeni, ikinci yarısına ise manyetik bileşeni katkıda bulunur. Bir boşluktaki denge radyasyonu kendi başına bir duran dalga sistemi olarak temsil edilebilir. Üç boyutlu uzayda duran dalgaların sayısı şu şekilde verilir:

Bizim durumumuzda hız v eşit ayarlanmalıdır C ayrıca, aynı frekansa sahip, ancak karşılıklı olarak dik polarizasyonlara sahip iki elektromanyetik dalga aynı yönde hareket edebilir, bu durumda (1) ek olarak iki ile çarpılmalıdır:

Yani Rayleigh ve Jeans, her titreşime enerji tahsis edildi. (2)'yi çarparak dω frekans aralığına düşen enerji yoğunluğunu elde ederiz:

Tamamen siyah bir cismin emisyonu arasındaki ilişkiyi bilmek F(ω, T) termal radyasyon enerjisinin denge yoğunluğu ile, F(ω, T) şunu buluruz: (3) ve (4) ifadelerine denir Rayleigh-Jeans formülü.

Formüller (3) ve (4), yalnızca uzun dalga boyları için deneysel verilerle tatmin edici bir şekilde uyum sağlar; daha kısa dalga boylarında, deneyle olan uyum keskin bir şekilde farklılık gösterir. Ayrıca denge enerji yoğunluğu için 0 ila 0 aralığında ω üzerinden entegrasyon (3) sen(T) sonsuz büyük bir değer verir. Bu sonuç, adı verilen ultraviyole felaketi, açıkça deneyle çelişiyor: radyasyon ve yayılan cisim arasındaki denge sonlu değerlerde kurulmalıdır sen(T).

Ultraviyole felaketi- herhangi bir ısıtılmış cismin termal radyasyonunun toplam gücünün sonsuz olması gerektiği gerçeğinden oluşan klasik fiziğin paradoksunu tanımlayan fiziksel bir terim. Paradoks adını, dalga boyu kısaldıkça radyasyonun spektral güç yoğunluğunun süresiz olarak artması gerektiği gerçeğinden almıştır. Özünde, bu paradoks, klasik fiziğin içsel tutarsızlığını olmasa da, en azından temel gözlemler ve deneylerle son derece keskin (saçma) bir tutarsızlık gösterdi.

5. Planck'ın hipotezi- 14 Aralık 1900'de Max Planck tarafından öne sürülen ve termal radyasyon sırasında enerjinin sürekli olarak değil, ayrı kuantumlarda (bölümlerde) yayıldığını ve emildiğini belirten bir hipotez. Bu kuantum bölümlerinin her biri enerjiye sahiptir , frekansla orantılı ν radyasyon:

Nerede H veya - daha sonra Planck sabiti olarak adlandırılan orantı katsayısı. Bu hipoteze dayanarak, bir cismin sıcaklığı ile bu cisim tarafından yayılan radyasyon arasındaki ilişkinin teorik olarak türetilmesini önerdi - Planck formülü.

Planck'ın formülü- Max Planck tarafından elde edilen siyah cisim ışınımının spektral güç yoğunluğunun ifadesi. Radyasyon enerjisi yoğunluğu için sen(ω, T):

Planck'ın formülü, Rayleigh-Jeans formülünün radyasyonu yalnızca uzun dalga bölgesinde tatmin edici bir şekilde tanımladığı netleştikten sonra elde edildi. Formülü türetmek için 1900 yılında Planck, elektromanyetik radyasyonun, büyüklüğü radyasyonun frekansıyla aşağıdaki ifadeyle ilişkili olan bireysel enerji bölümleri (kuanta) formunda yayıldığı varsayımını yaptı:

Orantılılık katsayısına daha sonra Planck sabiti = 1,054 · 10 −27 erg s adı verildi.

Termal radyasyonun özelliklerini açıklamak için, elektromanyetik radyasyonun emisyon kavramını porsiyonlar halinde (kuantum) tanıtmak gerekliydi. Radyasyonun kuantum doğası, Bremsstrahlung X-ışını spektrumunda kısa dalga boyu sınırının varlığıyla da doğrulanır.

X-ışını radyasyonu, katı hedefler hızlı elektronlar tarafından bombalandığında meydana gelir. Burada anot, W, Mo, Cu, Pt gibi ağır refrakter veya yüksek termal iletkenliğe sahip metallerden yapılır. Elektron enerjisinin yalnızca %1-3'ü radyasyon için kullanılır, geri kalanı anotta ısı şeklinde salınır, böylece anotlar su ile soğutulur. Anot maddesine girdikten sonra elektronlar güçlü bir engellemeye maruz kalır ve elektromanyetik dalgaların (X-ışınları) kaynağı haline gelir.

Bir elektronun anoda çarptığı andaki başlangıç ​​hızı aşağıdaki formülle belirlenir:

Nerede sen– hızlanma gerilimi.

>Dikkat çekici emisyon yalnızca hızlı elektronların keskin bir şekilde yavaşlaması ile gözlemlenir. sen~ 50 kV, ( İle- ışık hızı). İndüksiyon elektron hızlandırıcılarında - betatronlar, elektronlar 50 MeV'ye kadar enerji kazanır, = 0,99995 İle. Bu tür elektronları katı bir hedefe yönlendirerek kısa dalga boyuna sahip X-ışını radyasyonu elde ederiz. Bu radyasyonun nüfuz etme gücü büyüktür. Klasik elektrodinamiğe göre, bir elektron yavaşladığında sıfırdan sonsuza kadar tüm dalga boylarında radyasyon ortaya çıkmalıdır. Maksimum radyasyon gücünün oluştuğu dalga boyu, elektron hızı arttıkça azalmalıdır. Bununla birlikte, klasik teoriden temel bir fark vardır: sıfır güç dağılımları koordinatların kökenine gitmez, ancak sonlu değerlerde kırılır - bu X-ışını spektrumunun kısa dalga boyu sonu.

Deneysel olarak tespit edilmiştir ki

Kısa dalga sınırının varlığı doğrudan radyasyonun kuantum doğasından kaynaklanır. Aslında, frenleme sırasında elektronun kaybettiği enerji nedeniyle radyasyon meydana gelirse, kuantumun enerjisi elektronun enerjisini aşamaz. AB, yani , buradan veya .

Bu deneyde Planck sabitini belirleyebiliriz H. Planck sabitini belirlemeye yönelik tüm yöntemler arasında, X-ışını bremsstrahlung spektrumunun kısa dalga boyu sınırının ölçülmesine dayanan yöntem en doğru olanıdır.

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

Fotoelektrik etkinin yasaları:

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

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

Fotoelektrik Etkinin 3. Yasası: her madde için fotoelektrik etkinin kırmızı bir sınırı vardır, yani fotoelektrik etkinin hala mümkün olduğu minimum ışık frekansı ν 0 (veya maksimum dalga boyu λ 0) ve ν 0 ise fotoelektrik etki artık yoktur meydana gelmek.

Bu yasaların teorik açıklaması 1905 yılında Einstein tarafından yapılmıştır. Buna göre, elektromanyetik radyasyon, her biri hν enerjili bireysel kuantumların (fotonların) akışıdır; burada h, Planck sabitidir. Fotoelektrik etki ile, gelen elektromanyetik radyasyonun bir kısmı metal yüzeyinden yansıtılır, bir kısmı da metalin yüzey katmanına nüfuz ederek orada emilir. Bir fotonu emdikten sonra elektron ondan enerji alır ve bir iş işlevi gerçekleştirerek metali terk eder: Hν = bir çıkış + Biz, Nerede Biz- Bir elektronun metalden ayrılırken sahip olabileceği maksimum kinetik enerji.

Enerjinin korunumu yasasına göre, ışığı parçacıklar (fotonlar) biçiminde temsil ederken, Einstein'ın fotoelektrik etki formülü şöyledir: Hν = bir çıkış + Ek

Nerede bir çıkış- Lafta iş fonksiyonu (bir maddeden bir elektronu çıkarmak için gereken minimum enerji), Ek yayılan elektronun kinetik enerjisidir (hıza bağlı olarak göreceli bir parçacığın kinetik enerjisi hesaplanabilir veya hesaplanamaz), ν frekanstır Gelen fotonun enerjili hali Hν, H- Planck sabiti.

Çalışma fonksiyonu- bir elektronun katı bir cismin hacminden "doğrudan" uzaklaştırılması için verilmesi gereken minimum enerji (genellikle elektron volt cinsinden ölçülür) ile Fermi enerjisi arasındaki fark.

Fotoğraf efektinin “kırmızı” kenarlığı- minimum frekans veya maksimum dalga boyu λ maksimum harici fotoelektrik etkinin hala mümkün olduğu ışık, yani fotoelektronların başlangıç ​​kinetik enerjisi sıfırdan büyüktür. Frekans yalnızca çıkış fonksiyonuna bağlıdır bir çıkış elektron: , nerede bir çıkış- belirli bir fotokatot için çalışma fonksiyonu, H Planck sabitidir ve İle- ışık hızı. Çalışma fonksiyonu bir çıkış fotokatodun malzemesine ve yüzeyinin durumuna bağlıdır. Fotoelektronların emisyonu, fotokatot üzerine frekans veya dalga boyu λ ışığı düştüğü anda başlar.

§ 4 Enerji parlaklığı. Stefan-Boltzmann yasası.

Wien'in yer değiştirme yasası

Re(entegre enerji parlaklığı) - enerji parlaklığı, belirli bir T sıcaklığında 0 ila ∞ arasındaki tüm frekans aralığı boyunca birim zaman başına birim yüzeyden yayılan enerji miktarını belirler.

Bağlantı enerjik parlaklık ve emisyon

[ TEKRAR ] = J/(m 2 s) = W/m 2

J. Stefan (Avusturyalı bilim adamı) ve L. Boltzmann (Alman bilim adamı) Yasası

Nerede

σ = 5,67·10 -8 W/(m 2 · K 4) - Steph-on-Boltzmann sabiti.

Siyah bir cismin enerjik parlaklığı termodinamik sıcaklığın dördüncü kuvvetiyle orantılıdır.

Bağımlılığı tanımlayan Stefan-Boltzmann yasasıReSıcaklığa ilişkin kara cisim ışınımının spektral bileşimine ilişkin bir yanıt sağlamaz. Deneysel bağımlılık eğrilerindenRλ,T itibaren λ farklı olarak T bundan, tamamen siyah bir cismin spektrumundaki enerji dağılımının eşit olmadığı sonucu çıkar. Tüm eğrilerin bir maksimumu vardır; bu, artan T Daha kısa dalga boylarına doğru kayar. Bağımlılık eğrisiyle sınırlı alanRλ ,T'den λ'ya eşittir Re(bu integralin geometrik anlamından gelir) ve orantılıdır T 4 .

Wien'in yer değiştirme yasası (1864 - 1928): A.ch.t.'nin maksimum emisyonunu açıklayan uzunluk, dalgalar (λ max). Belirli bir sıcaklıkta, sıcaklıkla ters orantılı T.

B= 2,9·10 -3 m·K - Wien sabiti.

Wien kayması, sıcaklık arttıkça maksimum emisyonun daha kısa dalga boylarına doğru kayması nedeniyle meydana gelir.

§ 5 Rayleigh-Jeans formülü, Wien formülü ve ultraviyole felaketi

Stefan-Boltzmann yasası enerjik parlaklığı belirlememize olanak sağlarRea.ch.t. sıcaklığına göre. Wien'in yer değiştirme yasası, vücut sıcaklığını maksimum emisyonun meydana geldiği dalga boyuyla ilişkilendirir. Ancak ne biri ne de diğeri, a.ch.t.'nin spektrumundaki her λ için radyasyon yayma yeteneğinin ne kadar büyük olduğu konusundaki ana sorunu çözmez. bir sıcaklıkta T. Bunu yapmak için işlevsel bir bağımlılık oluşturmanız gerekir.Rλ ,T λ'dan ve T.

Enerjilerin serbestlik derecelerine göre düzgün dağılımı kanununda elektromanyetik dalga emisyonunun sürekli doğası fikrine dayanarak, AC'nin emisyonu için iki formül elde edildi:

• Şarap formülü

Nerede A, B = yapı.

• Rayleigh-Jeans formülü

k =1,38·10 -23 J/K - Boltzmann sabiti.

Deneysel testler, belirli bir sıcaklık için Wien formülünün kısa dalgalar için doğru olduğunu ve uzun dalgalar bölgesinde deneylerle keskin farklılıklar verdiğini göstermiştir. Rayleigh-Jeans formülünün uzun dalgalar için doğru olduğu ve kısa dalgalar için geçerli olmadığı ortaya çıktı.

Rayleigh-Jeans formülünü kullanarak termal radyasyonun incelenmesi, klasik fizik çerçevesinde AC'nin emisyonunu karakterize eden fonksiyon sorununu çözmenin imkansız olduğunu gösterdi. A.ch.t.'nin radyasyon yasalarını açıklamaya yönelik bu başarısız girişim. Klasik fiziğin aygıtlarını kullanarak buna "ultraviyole felaket" adı verildi.

Hesaplamaya çalışırsanızReRayleigh-Jeans formülünü kullanarak, daha sonra

• “ ultraviyole felaketi”

§6 Kuantum hipotezi ve Planck formülü.

1900 yılında M. Planck (Alman bilim adamı), enerjinin emisyonunun ve emiliminin sürekli olarak gerçekleşmediği, ancak belirli küçük porsiyonlarda - kuantumda - meydana geldiği ve kuantumun enerjisinin salınımların frekansı ile orantılı olduğu bir hipotez öne sürdü. (Planck'ın formülü):

h = 6,625·10 -34 J·s - Planck sabiti veya

Nerede

Radyasyon porsiyonlar halinde meydana geldiğinden, osilatörün enerjisi (salınımlı atom, elektron) E, yalnızca tam sayıdaki temel enerji bölümlerinin katları olan değerleri, yani yalnızca ayrık değerleri alır.

E = N E o = NHν .

FOTOELEKTRİK ETKİSİ

Işığın elektriksel süreçlerin seyri üzerindeki etkisi ilk kez 1887'de Hertz tarafından incelenmiştir. Bir elektrik deşarj cihazıyla deneyler yaptı ve ultraviyole radyasyonla ışınlandığında deşarjın önemli ölçüde daha düşük bir voltajda meydana geldiğini keşfetti.

1889-1895'te. A.G. Stoletov, aşağıdaki şemayı kullanarak ışığın metaller üzerindeki etkisini inceledi. İki elektrot: incelenen metalden yapılmış katot K ve bir vakum tüpündeki anot A (Stoletov'un şemasında - ışığı ileten metal bir ağ) bataryaya bağlanır, böylece direnç yardımıyla R onlara uygulanan voltajın değerini ve işaretini değiştirebilirsiniz. Çinko katot ışınlandığında devrede bir miliammetre tarafından kaydedilen bir akım aktı. Stoletov, katodu çeşitli dalga boylarındaki ışıkla ışınlayarak aşağıdaki temel ilkeleri oluşturdu:

• Ultraviyole radyasyon en güçlü etkiye sahiptir;
• Işığa maruz kaldığında katottan negatif yükler salınır;
• Işığın ürettiği akımın gücü, şiddetiyle doğru orantılıdır.

Lenard ve Thomson 1898'de spesifik yükü ölçtüler ( e/ M), parçacıklar parçalanıyor ve bunun bir elektronun spesifik yüküne eşit olduğu ortaya çıktı, bu nedenle elektronlar katottan atılıyor.

§ 2 Harici fotoelektrik etki. Dış fotoelektrik etkinin üç kanunu

Dış fotoelektrik etki, ışığın etkisi altındaki bir madde tarafından elektronların yayılmasıdır. Dış fotoelektrik etki sırasında bir maddeden yayılan elektronlara fotoelektron, ürettikleri akıma ise fotoakım adı verilir.

Bir miktar voltajdasenNfotoakım doygunluğa ulaşırBEN N Katot tarafından yayılan tüm elektronlar anoda ulaşır, dolayısıyla doyma akımı oluşur.BEN N ışığın etkisi altında birim zamanda katot tarafından yayılan elektronların sayısı ile belirlenir. Serbest bırakılan fotoelektronların sayısı, katot yüzeyine gelen ışık kuantumunun sayısıyla orantılıdır. Ve ışık kuantumunun sayısı ışık akısı tarafından belirlenir F, katotta olay. Foton sayısıN, zamanla düşüyorT yüzeye şu formülle belirlenir:

Nerede W- Δ süresi boyunca yüzey tarafından alınan radyasyon enerjisiT,

Foton enerjisi,

Fe -ışık akısı (radyasyon gücü).

Dış fotoelektrik etkinin 1. yasası (Stoletov yasası):

Gelen ışığın sabit bir frekansında, doyma fotoakımı gelen ışık akısı ile orantılıdır:

BENbiz~ Ф, ν =yapı

senH - tutma voltajı- tek bir elektronun anoda ulaşamayacağı voltaj. Sonuç olarak, bu durumda enerjinin korunumu yasası yazılabilir: yayılan elektronların enerjisi, elektrik alanının durma enerjisine eşittir.

bu nedenle yayılan fotoelektronların maksimum hızını bulabilirizVmaks

Fotoelektrik Etkinin 2. Yasası : maksimum başlangıç ​​hızıVmaksfotoelektronlar gelen ışığın yoğunluğuna bağlı değildir ( F) ve yalnızca frekansı ν ile belirlenir.

Fotoelektrik Etkinin 3. Yasası : her madde için var "kırmızı kenarlık" fotoğraf efekti yani, maddenin kimyasal yapısına ve harici fotoelektrik etkinin hala mümkün olduğu yüzeyinin durumuna bağlı olarak minimum frekans ν kp.

Fotoelektrik etkinin ikinci ve üçüncü yasaları, ışığın dalga doğası (veya ışığın klasik elektromanyetik teorisi) kullanılarak açıklanamaz. Bu teoriye göre, iletken elektronların bir metalden fırlatılması, bir ışık dalgasının elektromanyetik alanı tarafından "sallanmalarının" sonucudur. Artan ışık yoğunluğuyla ( F) metalin elektronunun aktardığı enerji artmalı, dolayısıyla artmalıdırVmaksve bu fotoelektrik etkinin 2. yasasıyla çelişiyor.

Çünkü dalga teorisine göre elektromanyetik alan tarafından iletilen enerji ışığın yoğunluğuyla orantılıdır ( F), ardından herhangi bir ışık; frekansta, ancak yeterince yüksek bir yoğunlukta, elektronları metalden dışarı çekmesi gerekir, yani fotoelektrik etkinin kırmızı sınırı mevcut olmaz, bu da fotoelektrik etkinin 3. yasasıyla çelişir. Dış fotoelektrik etki eylemsizdir. Ancak dalga teorisi onun eylemsizliğini açıklayamaz.

§ 3 Dış fotoelektrik etki için Einstein'ın denklemi.

Çalışma fonksiyonu

1905 yılında A. Einstein fotoelektrik etkiyi kuantum kavramlarına dayanarak açıkladı. Einstein'a göre ışık, Planck'ın hipotezine göre yalnızca kuantumlar tarafından yayılmaz, aynı zamanda uzayda yayılır ve madde tarafından ayrı kısımlarda (enerjili kuantum) emilir. E 0 = hv. Elektromanyetik radyasyonun kuantumlarına denir fotonlar.

Einstein'ın denklemi (harici foto-efekt için enerjinin korunumu yasası):

Olay foton enerjisi hv metalden bir elektronun çıkarılmasına, yani iş fonksiyonuna harcanır Ve dışarı ve kinetik enerjiyi yayılan fotoelektrona iletmek.

Bir elektronun katı bir ortamdan boşluğa geçmesi için verilmesi gereken minimum enerjiye denir. çalışma fonksiyonu.

Ferm enerjisinden bu yana e Fsıcaklığa bağlıdır ve e F, sıcaklık değişimleriyle de değişir, dolayısıyla sonuç olarak, Ve dışarı sıcaklığa bağlıdır.

Ayrıca çalışma fonksiyonu yüzey temizliğine çok duyarlıdır. Yüzeye bir film uygulanması ( CA, SG, Va) Açık WVe dışarısaf için 4,5 eV'den düşerW 1,5 ÷'ye kadar Safsızlık için 2 eVW.

Einstein'ın denklemi şunu açıklamamıza olanak sağlar: C e harici foto efektinin üç kanunu,

1. yasa: Her kuantum yalnızca bir elektron tarafından emilir. Bu nedenle, fırlatılan fotoelektronların sayısı yoğunlukla orantılı olmalıdır ( F) Sveta

2. yasa: Vmaks~ v, vb. Ve dışarı bağlı değil F, Daha sonraVmaks bağlı değil F

3. yasa: ν azaldıkça azalırVmaks ve ν = ν 0 için Vmaks = 0 dolayısıyla,hν 0 = Ve dışarı bu nedenle, yani Harici fotoelektrik etkinin mümkün olduğu minimum bir frekans vardır.

Peki termal radyasyon nedir?

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

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

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

Şekil 1. B boşluğunun ayna duvarlarından termal dalgaların çoklu yansıması

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

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

Termal radyasyonun ana niceliksel özellikleri şunlardır:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. Termal radyasyon yasaları

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

Belirtilen ilişki gövdelerden biri AC olduğunda da geçerli olacaktır:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3. Gerçek cisimlerden ve insan vücudundan yayılan radyasyon

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

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

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

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

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

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

4. Sıcak ve soğuğun biyolojik ve tedavi edici etkileri

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

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

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

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

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

Kızılötesi ışınların etkisi altında insan derisinde kırmızı eritem görülür.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

5. Termal görüntüleme cihazlarının fiziksel temelleri.

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

2 tip termografi vardır:

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

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

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

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

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

Alıcıdan gelen elektrik sinyalleri bir amplifikatöre ve ardından aynaları hareket ettirmeye (bir nesneyi taramaya), bir TIS nokta ışık kaynağını ısıtmaya (termal radyasyonla orantılı) ve fotoğraf filmini hareket ettirmeye yarayan bir kontrol cihazına iletilir. Film her defasında test bölgesindeki vücut sıcaklığına göre TIS'e maruz bırakılır.

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

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