ENERJİ EMİSYONU VE EMİSYONU

ATOMLAR VE MOLEKÜLLER

KONU İLE İLGİLİ DERS İÇİN SORULAR:

1. Termal radyasyon. Ana özellikleri: radyasyon akısı Ф, enerji parlaklığı(yoğunluk) R, enerji parlaklığının spektral yoğunluğu r λ ; absorpsiyon katsayısı α, tek renkli absorpsiyon katsayısı α λ. Tamamen siyah gövde. Kirchhoff yasası.

2. Tayf termal radyasyon a.h.t. (takvim). Termal radyasyonun kuantum doğası (Planck'ın hipotezi; ε λ için formülü ezberlemeye gerek yok). A.Ch.T.'nin spektrumunun bağımlılığı. sıcaklıkta (grafik). Şarap Yasası. a.ch.t. için Stefan-Boltzmann yasası (çıktısız) ve diğer gövdeler için.

3. Atomların elektron kabuklarının yapısı. Enerji seviyeleri. Enerji seviyeleri arasındaki geçişler sırasında enerji emisyonu. Bohr formülü ( frekans ve dalga boyu için). Atomların spektrumları. Hidrojen atomunun spektrumu. Spektral seri. Genel kavram moleküllerin ve yoğunlaştırılmış ortamın (sıvılar, katılar) spektrumları üzerinde. kavramı Spektral analiz ve tıpta kullanımı.

4. Lüminesans. Lüminesans türleri. Floresan ve fosforesans. Yarı kararlı seviyelerin rolü. Lüminesans spektrumları. Stokes kuralı. Lüminesan analiz ve tıpta kullanımı.

5. Işık soğurma yasası (Bouguer yasası; sonuç). Geçirgenlik τ ve optik yoğunluk D. Çözelti konsantrasyonunun ışık absorpsiyonu ile belirlenmesi.

Laboratuvar çalışması: "bir fotoelektrokolorimetre kullanarak absorpsiyon spektrumunun çekilmesi ve çözeltinin konsantrasyonunun belirlenmesi."

EDEBİYAT:

Zorunlu: A.N. Remizov. "Tıbbi ve biyolojik fizik", M., " Yüksek Lisans", 1996, bölüm. 27, §§ 1–3; bölüm 29, §§ 1,2

• ek: Enerjinin atomlar ve moleküller tarafından emisyonu ve soğurulması, ders anlatımı, risograf, ed. bölümler, 2002

TEMEL TANIMLAR VE FORMÜL

1. Termal radyasyon

Tüm bedenler, hiç olmadan bile dış etki elektromanyetik dalgalar yayar. Bu radyasyon için enerji kaynağı, vücudu oluşturan parçacıkların ısıl hareketidir, bu nedenle buna denir. termal radyasyon. Yüksek sıcaklıklarda (1000 K mertebesinde ve daha fazla), bu radyasyon kısmen görünür ışık aralığına düşer, daha fazla Düşük sıcaklık kızılötesi ışınlar yayılır ve çok düşük - radyo dalgaları.

Radyasyon akışı Ф - Bu kaynak tarafından yayılan radyasyonun gücü, veya birim zamanda yayılan radyasyon enerjisi: F \u003d P \u003d; akış birimi - vat.

Enerji parlaklığı R - Bu vücudun bir birim yüzeyinden yayılan radyasyon akısı: ; enerji parlaklığı birimi - Wm –2 .

Enerji parlaklığının spektral yoğunluğu R λ - Bu vücudun enerji parlaklığının küçük bir dalga boyu aralığı içindeki oranı (ΔR λ ) bu aralığın değerine Δ λ:

Boyut r λ – Wm - 3

Kesinlikle siyah gövde (a.ch.t.) t denir ağaç kitamamen gelen radyasyonu emer. Doğada böyle cisimler yoktur, ancak iyi bir A.Ch.T modeli vardır. kapalı bir boşlukta küçük bir açıklıktır.

Tek renkli soğurma katsayısı belirli bir λ değeri etrafında dar bir spektral aralıkta ölçülen soğurma katsayısının değeridir.

Kirchhoff yasası: de Sabit sıcaklık davranış spektral yoğunluk belirli bir dalga boyunda enerji parlaklığından aynı dalga boyunda tek renkli bir soğurma katsayısına tüm bedenler için aynı ve A.Ch.T.'nin enerji parlaklığının spektral yoğunluğuna eşittir. bu dalga boyunda:

(bazen r λ A.Ch.T, ε λ'yı gösterir)

Siyah bir cisim radyasyonu emer ve yayar tüm dalga boyları, Bu yüzden AChT spektrumu her zaman sağlam. Bu spektrumun türü vücut sıcaklığına bağlıdır. Yükselen sıcaklık ile, ilk olarak, enerji parlaklığı önemli ölçüde artar; ikincisi, dalga boyu, radyasyon maksimumuna karşılık gelir(λ maks. ) , daha kısa dalga boylarına doğru kayar :, burada b ≈ 29090 µm.K -1 ( Wien yasası).

Stefan-Boltzmann yasası: a.ch.t.'nin enerji parlaklığı. vücut sıcaklığının dördüncü kuvveti ile orantılı Kelvin ölçeğinde: R = σT 4

2. Atomlar ve moleküller tarafından enerji emisyonu

Bilindiği gibi, bir atomun elektron kabuğunda, bir elektronun enerjisi yalnızca belirli bir atom için kesin olarak tanımlanmış, karakteristik değerler alabilir. Başka bir deyişle, diyorlar Bir elektron yalnızca belirli noktalarda bulunabilir.enerji seviyeleri. Bir elektron belirli bir enerji seviyesindeyken enerjisini değiştirmez, yani ışığı soğurmaz veya yaymaz. Bir seviyeden diğerine geçerken elektronun enerjisi değişir ve aynı zamanda absorbe veya yayılanışık kuantumu (foton).Kuantum enerjisi, geçişin gerçekleştiği seviyeler arasındaki enerji farkına eşittir: E KUANTUM = hν = E n – E m burada n ve m seviye sayılarıdır (Bohr formülü).

Farklı seviyeler arasındaki elektron geçişlerifarklı olasılıklarla gerçekleşir. Bazı durumlarda geçiş olasılığı sıfıra çok yakındır; karşılık gelen spektral çizgiler normal koşullar altında gözlenmez. Bu tür geçişlere denir yasak.

Çoğu durumda, bir elektronun enerjisi bir kuantumun enerjisine dönüştürülemez, ancak atomların veya moleküllerin termal hareketinin enerjisine dönüştürülebilir. Bu tür geçişlere denir ışınımsız.

Geçiş olasılığına ek olarak, spektral çizgilerin parlaklığı, yayan maddenin atom sayısı ile doğru orantılıdır. Bu bağımlılığın altında yatan kantitatif spektral analiz.
3. Lüminesans

Lüminesans Herhangi bir çağrı termal radyasyon değil. Bu radyasyon için enerji kaynakları sırasıyla farklı olabilir, hakkında konuşurlar farklı şekillerışıldama. Bunlardan en önemlileri: kemilüminesans- bazılarında meydana gelen parıltı kimyasal reaksiyonlar; biyolüminesans canlı organizmalarda kemilüminesanstır; katodolüminesans - TV kineskoplarında, katot ışını tüplerinde, gaz lambası lambalarında vb. kullanılan bir elektron akışının etkisi altında parlama; elektrolüminesans- bir elektrik alanında meydana gelen parlama (çoğunlukla yarı iletkenlerde). En ilginç lüminesans türü fotolüminesans. Bu, atomların veya moleküllerin ışığı (veya UV radyasyonunu) bir dalga boyu aralığında emdiği ve başka bir dalga boyunda yaydığı bir süreçtir (örneğin, mavi ışınları emer ve sarı ışınları yayarlar). Bu durumda, madde göreceli olarak kuantayı emer. büyük enerji hν 0 (küçük bir dalga boyunda). Ayrıca, elektron hemen zemin seviyesine geri dönmeyebilir, ancak önce orta seviyeye ve sonra zemin seviyesine gidebilir (birkaç ara seviye olabilir). Çoğu durumda, bazı geçişler ışınımsal değildir, yani elektronun enerjisi termal hareket enerjisine dönüştürülür. Bu nedenle, lüminesans sırasında yayılan fotonların enerjisi, emilen fotonun enerjisinden daha az olacaktır. Yayılan ışığın dalga boyu, emilen ışığın dalga boyundan büyük olmalıdır. Yukarıdaki ifade edilirse Genel görünüm, alırız kanun stoklamak : lüminesans spektrumu daha fazla doğru kaydırılır uzun dalgalar lüminesansa neden olan radyasyon spektrumuna göre.

Lüminesan maddeler iki çeşittir. Bazılarında, heyecan verici ışığı kapattıktan hemen sonra parlama durur. Çok kısa vadeli parıltı denir floresan

Başka türdeki maddelerde, uyarma ışığı söndükten sonra parıltı söner. gitgide(İle üstel yasa). Çok uzun süreli parıltı denir fosforesans. Uzun parlamanın nedeni, bu tür maddelerin atomlarının veya moleküllerinin içerdiği yarı kararlı seviyeler.yarı kararlı Bu enerji düzeyi denir elektronların normal seviyelerden çok daha uzun süre kalabildiği yer. Bu nedenle, fosforesans süresi dakikalar, saatler ve hatta günler olabilir.
4. Işık soğurma yasası (Bouguer yasası)

Bir radyasyon akısı bir maddeden geçtiğinde, enerjisinin bir kısmını kaybeder (soğurulan enerji ısıya dönüştürülür). Işığın soğurulması yasası denir Booger yasası: F = F 0 ∙ e – κ λ · L ,

burada Ф 0 gelen akıştır, Ф, L kalınlığındaki bir madde tabakasından geçen akıştır; katsayısı κ λ denir doğal absorbe oranı ( değeri dalga boyuna bağlıdır) . Pratik hesaplamalar için doğal logaritmalar ondalık sayıları kullanın. O zaman Bouguer yasası şu şekli alır: Ф = Ф 0 ∙ 10 – k λ ∙ L ,

nerede k λ – ondalık absorbe oranı.

geçirgenlik miktarı ara

Optik yoğunluk D - denklem tarafından tanımlanan değerdir: . Başka bir şekilde de söylenebilir: optik yoğunluk D, Bouguer yasasının formülündeki üste gelen değerdir: D = k λ ∙ L

katsayı χ λ denir molar soğurma oranı(konsantrasyon mol cinsinden ise) veya Özgül Soğurma Oranı(konsantrasyon gram cinsinden ise). Son formülden şunu elde ederiz: Ф = Ф 0 ∙10 - χ λ ∙ C ∙ L(kanun Bugera - Bera)

Bu formüller, klinik ve biyokimyasal laboratuvarlarda en yaygın olanların temelini oluşturur. Işığın soğurulması ile çözünmüş maddelerin konsantrasyonlarını belirleme yöntemi.

ÇÖZÜMLÜ ÖĞRENME TÜRÜ SORUNU

(Bundan sonra kısaca "eğitim görevleri" yazacağız)

Elektrikli ısıtıcı (radyatör), 500 W'lık bir kızılötesi ışın akışı yayar. Radyatör yüzey alanı 3300 cm2 . Radyatörün 1 saatte yaydığı enerjiyi ve radyatörün enerji parlaklığını bulunuz.

verilen: Bulmak

Ф = 500 W W ve R

t = 1 saat = 3600 sn

S \u003d 3300 cm2 \u003d 0,33 m2

Çözüm:

Radyasyon akısı Ф, birim zamanda yayılan radyasyon gücü veya enerjisidir: . Buradan

W \u003d F t \u003d 500 W 3600 sn \u003d 18 10 5 J \u003d 1800 kJ

Öğrenme görevi #2

İnsan derisinin termal radyasyonu hangi dalga boyunda maksimumdur (yani, r λ = max)? Vücudun açıkta kalan kısımlarında (yüz, eller) cilt sıcaklığı yaklaşık 30 o C'dir.

verilen: Bulmak:

T \u003d 30 ° C \u003d 303 K λ maks.

Çözüm:

Verileri Win formülü ile değiştiriyoruz:,

yani, neredeyse tüm radyasyon spektrumun IR aralığında yer alır.

Öğrenme görevi #3

Elektron 4.7.10 -19 J enerji seviyesindedir.

600 nm dalga boyuna sahip ışıkla ışınlandığında, daha yüksek enerjili bir seviyeye taşındı. Bu seviyenin enerjisini bulun.

Çözüm:

Öğrenme görevi #4

için ondalık su emme oranı Güneş ışığı 0,09 m -1'e eşittir. Radyasyonun hangi fraksiyonu L = 100 m derinliğe ulaşır?

Verilen Bulmak:

k \u003d 0,09 m - 1

Çözüm:

Bouguer yasasını yazalım: . L derinliğine ulaşan radyasyonun fraksiyonu açıkça,

yani güneş ışığının milyarda biri 100 m derinliğe ulaşacaktır.
Öğrenme görevi #5

Işık seri olarak iki filtreden geçer. Birinci optik yoğunluk Dı = 0.6; ikinci D2 = 0.4. Radyasyon akısının yüzde kaçı bu sistemden geçecek?

Verilen: Bul:

D 1 \u003d 0,6 (% olarak)

Çözüm:

Çözüme bu sistemin çizimi ile başlıyoruz.

SF-1 SF-2

F 1: F 1 \u003d F 0 10 - D 1'i buluyoruz

Benzer şekilde, ikinci ışık filtresinden geçen akı:

F 2 \u003d F 1 10 - D 2 \u003d F 0 10 - D 1 10 - D 2 \u003d F 0 10 - (D 1 + D 2)

Elde edilen sonucun genel bir anlamı vardır.: ışık birkaç nesneden oluşan bir sistemden ardışık olarak geçerse,toplam optik yoğunluk, bu nesnelerin optik yoğunluklarının toplamına eşit olacaktır. .

Görevimizin koşulları altında, Ф 2 = %100 ∙ 10 - (0,6 + 0,4) = %100 ∙ 10 - 1 = %10 akışı iki ışık filtresi sisteminden geçecektir.

Bouguer-Beer yasasına göre, özellikle DNA konsantrasyonu belirlenebilir. Görünür bölgede, çözümler nükleik asitlerşeffaf, ancak spektrumun UV kısmını güçlü bir şekilde emerler; absorpsiyon maksimumu 260 nm civarındadır. Açıkçası, radyasyon emiliminin ölçülmesi gereken yer spektrumun bu bölgesidir; hassasiyet ve ölçüm doğruluğu en iyisi olacaktır.

Sorunun koşulları: 260 nm dalga boyuna sahip UV ışınlarının bir DNA çözeltisi tarafından emilmesi ölçülürken, iletilen radyasyon akısı %15 oranında zayıflatılmıştır. "x" solüsyonlu bir küvetteki ışın yolunun uzunluğu 2 cm'dir 260 nm dalga boyunda DNA için molar absorpsiyon indeksi (ondalık) 1.3.10 5 mol - 1.cm 2 DNA konsantrasyonunu bulun çözümde.

verilen:

Ф 0 = %100; F = %100 - %15 = %85 Bulmak: DNA ile

x = 2cm; λ = 260 deniz mili

χ 260 \u003d 1.3.10 5 mol -1.cm 2

Çözüm:

(kurtulmak için kesri "çevirdik" negatif gösterge derece). . Şimdi logaritma: , ve ; yerine geçmek:

0,07 ve C \u003d 2,7,10 - 7 mol / cm3

Yöntemin yüksek hassasiyetine dikkat edin!

b = 2900 µm.K; σ \u003d 5.7.10 - 8 W.K 4; h \u003d 6.6.10 - 34 J.s; c = 3,10 8 ms –1

2. İki ampul tamamen aynı tasarıma sahiptir, ancak birinin filamanı saf tungstenden yapılmıştır (α = 0,3) ve diğerinde platin siyahı ile kaplanmıştır (α = 0,93). Hangi ampulün ışıma akısı en yüksektir? Kaç sefer?

3. Radyasyon kaynağı: a) bir elektrik ampulünün spirali (T \u003d 2.300 K); b) Güneş'in yüzeyi (T = 5800 K); c) yüzey ateş topu nükleer patlama sıcaklığının yaklaşık 30.000 K olduğu bir zamanda? A.Ch.T.'den bu radyasyon kaynaklarının özelliklerindeki fark. ihmal etmek.

4. Ateşli metal gövde yüzeyi 2,10 - 3 m 2 olan , 1000 K yüzey sıcaklığında 45,6'lık bir akı yayar. Sal Bu cismin yüzeyinin soğurma katsayısı nedir?

5. Ampulün gücü 100W'tır. Filamentin yüzey alanı 0.5.10 - 4 m2'dir. Filamentin sıcaklığı 2.400 K'dir. Filament yüzeyinin emme katsayısı nedir?

6. Her birinden 27 0 C cilt sıcaklığında Santimetrekare gövde yüzeyi 0,454 watt yayar. Cildi tamamen siyah bir cisim olarak kabul etmek (% 2'den daha kötü olmayan bir doğrulukla) mümkün mü?

7. Bir mavi yıldızın tayfında, maksimum radyasyon 0,3 mikronluk bir dalga boyuna karşılık gelir. Bu yıldızın yüzey sıcaklığı nedir?

8. Yüzeyi 4.000 cm2 olan bir cisim bir saatte hangi enerjiyi yayar?

400 K sıcaklıkta, vücudun soğurma katsayısı 0.6 ise?

9. Plaka (A) 400 cm2 yüzey alanına sahiptir; absorpsiyon katsayısı 0.4'tür. 200 cm2 alana sahip başka bir plakanın (B) soğurma katsayısı 0,2'dir. Plakaların sıcaklığı aynıdır. Hangi plaka daha fazla enerji yayar ve ne kadar?

10 – 16. Kalitatif spektral analiz. Spektrumları olan organik bileşiklerden birinin absorpsiyon spektrumuna dayanmaktadır.

şekilde gösterildiği gibi, hangisini belirleyin fonksiyonel gruplar bu maddenin bir parçasıdır, Tablodaki verileri kullanın:

10 - grafik a); 11 - grafik b); 12 - grafik c); 13 - grafik d);

14 - grafik e); 15 - grafik e); 16 - grafik g).

Grafiğinizde hangi değerin dikey eksen boyunca çizildiğine dikkat edin!

17. Işık, geçirgenlikleri 0,2 ve 0,5 olan iki ışık filtresinden art arda geçer. Radyasyonun yüzde kaçı böyle bir sistemden çıkacaktır?

18. Işık, optik yoğunlukları 0,7 ve 0,4 olan iki filtreden arka arkaya geçer. Böyle bir sistemden radyasyonun yüzde kaçı geçer?

19. Bir nükleer patlamanın ışık radyasyonuna karşı korunmak için ışığı en az bir milyon kat azaltan camlara ihtiyaç vardır. 1 mm kalınlığında cam yapmak istedikleri camın optik yoğunluğu 3'tür. İstenilen sonucu elde etmek için camın kalınlığı ne kadar alınmalıdır?

20 Lazerle çalışırken gözleri korumak için, lazerin oluşturduğu akının %0,0001'ini aşmayan bir radyasyon akışının göze girebilmesi gerekir. Güvenliği sağlamak için gözlükler hangi optik yoğunluğa sahip olmalıdır?

Görevler 21 - 28 için genel görev (nicel analiz):

Şekil, bazı maddelerin renkli çözeltilerinin absorpsiyon spektrumlarını göstermektedir. Ek olarak, görevler D değerlerini (ışığın maksimum emilimine karşılık gelen bir dalga boyunda çözeltinin optik yoğunluğu) ve X(hücre kalınlığı). Çözeltinin konsantrasyonunu bulun.

Grafiğinizde absorbans değerinin gösterildiği birimlere dikkat edin.

21. Grafik a). D = 0,8 x = 2cm

22. Grafik b). D = 1,2 x = 1 cm

... 23. Çizelge c). D = 0,5 x = 4cm

24. Grafik d). D = 0,25 x = 2cm

25 Grafik e). D = 0,4 x = 3cm

26. Grafik e) D = 0,9 x = 1 cm

27. Grafik g). D = 0,2 x = 2cm

1. Termal radyasyonun özellikleri.

2. Kirchhoff yasası.

3. Siyah bir cismin radyasyon yasaları.

4. Güneşin Radyasyonu.

5. Fiziksel temeller termografi.

6. Işık tedavisi. Ultraviyole ışığın terapötik kullanımları.

7. Temel kavramlar ve formüller.

8. Görevler.

İnsan gözüyle görülebilen veya görülemeyen tüm elektromanyetik radyasyon çeşitliliğinden, tüm vücutların doğasında bulunan biri ayırt edilebilir - bu termal radyasyondur.

termal radyasyon- bir madde tarafından yayılan ve iç enerjisinden dolayı ortaya çıkan elektromanyetik radyasyon.

Termal radyasyon, termal hareket sürecindeki çarpışmalar sırasında madde parçacıklarının uyarılmasından veya yüklerin hızlandırılmış hareketinden (kristal kafes iyonlarının salınımları, serbest elektronların termal hareketi, vb.) Neden olur. Herhangi bir sıcaklıkta oluşur ve tüm vücutların doğasında bulunur. Termal radyasyonun karakteristik bir özelliği, sürekli spektrum

Radyasyon yoğunluğu ve spektral kompozisyon vücut sıcaklığına bağlıdır, bu nedenle termal radyasyon göz tarafından her zaman bir parıltı olarak algılanmaz. Örneğin, yüksek bir sıcaklığa ısıtılan cisimler, enerjinin önemli bir bölümünü görünür aralıkta yayar ve oda sıcaklığında, enerjinin neredeyse tamamı, spektrumun kızılötesi kısmında yayılır.

26.1. Termal radyasyonun özellikleri

Bir vücudun termal radyasyon nedeniyle kaybettiği enerji, aşağıdaki değerlerle karakterize edilir.

radyasyon akışı(F) - vücudun tüm yüzeyinden birim zamanda yayılan enerji.

Aslında, bu termal radyasyonun gücüdür. Radyasyon akısının boyutu [J / s \u003d W].

Enerji parlaklığı(Re), ısıtılmış bir cismin birim yüzeyinden birim zamanda yayılan termal radyasyonun enerjisidir:

Bu özelliğin boyutu [W/m2].

Hem radyasyon akısı hem de enerji parlaklığı, maddenin yapısına ve sıcaklığına bağlıdır: Ф = Ф(Т), Re = Re(T).

Enerji parlaklığının termal radyasyon spektrumu üzerindeki dağılımı, spektral yoğunluk. Dar bir dalga boyu aralığında 1 s'de tek bir yüzey tarafından yayılan termal radyasyonun enerjisini gösterelim. λ önce λ +d λ, dRe aracılığıyla.

Enerji parlaklığının spektral yoğunluğu(r) veya emisyon spektrumun dar bir bölümündeki (dRe) enerji parlaklığının bu bölümün genişliğine (d) oranıdırλ):

Dalga boyu aralığında spektral yoğunluk ve enerji parlaklığının (dRe) yaklaşık bir görünümü λ önce λ +d λ, Şek. 26.1.

Pirinç. 26.1. Enerji parlaklığının spektral yoğunluğu

Enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun dalga boyuna bağımlılığı denir. vücut radyasyon spektrumu Bu bağımlılığı bilmek, vücudun enerji parlaklığını herhangi bir dalga boyu aralığında hesaplamanıza izin verir:

Vücutlar yalnızca termal radyasyon yaymakla kalmaz, aynı zamanda emer. Bir cismin radyasyon enerjisini soğurma yeteneği, onun maddesine, sıcaklığına ve radyasyon dalga boyuna bağlıdır. Vücudun emme kapasitesi aşağıdakilerle karakterize edilir: tek renkli soğurma katsayısıα.

Vücudun yüzeyine bir akıntının düşmesine izin verin tek renkli dalga boyu λ olan radyasyon Φ λ. Bu akışın bir kısmı yansır ve bir kısmı vücut tarafından emilir. Emilen akının değerini Φ λ abs olarak gösterelim.

Tek renkli soğurma katsayısı α λ, belirli bir cisim tarafından emilen radyasyon akısının, gelen monokromatik akı büyüklüğüne oranıdır:

Tek renkli soğurma katsayısı boyutsuz bir niceliktir. Değerleri sıfır ile bir arasındadır: 0 ≤ α ≤ 1.

Monokromatik absorpsiyon katsayısının dalga boyuna ve sıcaklığa bağımlılığını ifade eden α = α(λ,Τ) fonksiyonuna denir. emme kapasitesi vücut. Görünüşü oldukça karmaşık olabilir. En basit absorpsiyon türleri aşağıda ele alınmıştır.

Kesinlikle siyah gövde soğurma katsayısı olan bir cisimdir bire eşit tüm dalga boyları için: α = 1. Üzerine düşen tüm radyasyonu emer.

Emme özelliklerine göre kurum, siyah kadife, platin siyahı kesinlikle siyaha yakın bir gövdeye sahiptir. Çok iyi bir kara cisim modeli, küçük bir deliği (O) olan kapalı bir boşluktur. Boşluğun duvarları Şekil l'de karartılmıştır. 26.2.

Bu deliğe giren ışın, duvarlardan çok sayıda yansımadan sonra neredeyse tamamen emilir. benzer cihazlar

Pirinç. 26.2. siyah vücut modeli

ışık standartları olarak kullanılır, yüksek sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır, vb.

Tamamen siyah bir cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğu ε(λ, Τ) ile gösterilir. Bu özellik oynar Önemli rol termal radyasyon teorisinde. Formu önce deneysel olarak oluşturuldu ve daha sonra teorik olarak elde edildi (Planck'ın formülü).

Kesinlikle beyaz gövde soğurma katsayısı olan bir cisimdir sıfır tüm dalga boyları için: α = 0.

Doğada gerçekten beyaz cisimler yoktur, ancak oldukça geniş bir sıcaklık ve dalga boyu aralığında özelliklerde onlara yakın cisimler vardır. Örneğin, spektrumun optik kısmındaki bir ayna, gelen ışığın neredeyse tamamını yansıtır.

gri gövde absorpsiyon katsayısının dalga boyuna bağlı olmadığı bir cisimdir: α = const< 1.

Bazı gerçek bedenler belirli bir dalga boyu ve sıcaklık aralığında bu özelliğe sahiptir. Örneğin, "gri" (α = 0,9) kızılötesi bölgede insan derisi olarak kabul edilebilir.

26.2. Kirchhoff yasası

Radyasyon ve absorpsiyon arasındaki niceliksel ilişki G. Kirchhoff (1859) tarafından kurulmuştur.

Kirchhoff yasası- davranış emisyon vücut onun emme kapasitesi tüm cisimler için aynıdır ve tamamen siyah bir cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğuna eşittir:

Bu yasanın bazı sonuçlarını not ediyoruz.

1. Belirli bir sıcaklıktaki bir cisim herhangi bir radyasyonu soğurmuyorsa, o zaman onu yaymaz. Gerçekten, eğer için

26.3. Kara cisim radyasyon kanunları

Kara cisim ışıması kanunları aşağıdaki sırayla oluşturulmuştur.

1879'da J. Stefan deneysel olarak ve 1884'te L. Boltzmann teorik olarak belirledi. enerji parlaklığı kesinlikle siyah gövde.

Stefan-Boltzmann yasası - Bir kara cismin enerji parlaklığı, mutlak sıcaklığının dördüncü kuvveti ile orantılıdır:

Bazı malzemeler için soğurma katsayılarının değerleri Tablo'da verilmiştir. 26.1.

Tablo 26.1. absorpsiyon katsayıları

Alman fizikçi W. Wien (1893), maksimumu açıklayan dalga boyu için bir formül oluşturdu. emisyon kesinlikle siyah gövde. Aldığı orana onun adı verilmiştir.

Sıcaklık yükseldikçe, maksimum emisyon değişiyor sola (Şek. 26.3).

Pirinç. 26.3. Wien'in yer değiştirme yasası çizimi

Masada. Şekil 26.2, farklı sıcaklıklarda cisimlerin ışımasına karşılık gelen, tayfın görünür kısmındaki renkleri göstermektedir.

Tablo 26.2. Isıtılmış cisimlerin renkleri

Stefan-Boltzmann ve Wien yasalarını kullanarak, bu cisimlerin radyasyonunu ölçerek cisimlerin sıcaklıklarını belirlemek mümkündür. Örneğin Güneş yüzeyinin sıcaklığı (~6000 K), patlamanın merkez üssündeki sıcaklık (~10 6 K) vb. bu şekilde belirlenir. Yaygın isim bu yöntemler - pirometri.

1900'de M. Planck hesaplamak için bir formül aldı. emisyon teorik olarak kesinlikle siyah cisim. Bunu yapmak için, hakkındaki klasik fikirleri terk etmesi gerekiyordu. süreklilik radyasyon süreci elektromanyetik dalgalar. Planck'a göre, radyasyon akışı ayrı kısımlardan oluşur - miktar, enerjileri ışığın frekanslarıyla orantılı olan:

Formül (26.11)'den Stefan-Boltzmann ve Wien kanunları teorik olarak elde edilebilir.

26.4. güneş radyasyonu

İçinde Güneş Sistemi Güneş, Dünya'daki yaşamı belirleyen en güçlü termal radyasyon kaynağıdır. Güneş radyasyonu iyileştirici özelliklere sahiptir (helioterapi), sertleştirme aracı olarak kullanılır. Ayrıca sağlayabilir olumsuz etki vücutta (yanık, termal

Sınırda güneş radyasyonu spektrumları Dünya atmosferi ve Dünya yüzeyinde farklıdır (Şekil 26.4).

Pirinç. 26.4. Güneş radyasyonu spektrumu: 1 - atmosferin sınırında, 2 - Dünya yüzeyinde

Atmosferin sınırında, Güneş'in tayfı siyah bir cismin tayfına yakındır. Maksimum emisyon λ1maks= 470 nm (mavi).

Dünya yüzeyinin yakınında, güneş radyasyonu spektrumu, atmosferdeki absorpsiyonla ilişkili daha karmaşık bir şekle sahiptir. Özellikle ultraviyole radyasyonun canlı organizmalar için zararlı olan yüksek frekanslı kısmını içermez. Bu ışınlar neredeyse tamamen ozon tabakası tarafından emilir. Maksimum emisyon λ2maks= 555 nm (yeşil-sarı), bu da en iyi göz hassasiyetine karşılık gelir.

Dünya atmosferinin sınırındaki güneş termal radyasyonunun akışı, güneş sabiti BEN.

ulaşan akış yeryüzü, atmosferdeki absorpsiyon nedeniyle çok daha az. En çok uygun koşullar(güneş zirvesinde), 1120 W / m 2'yi geçmez. şu anda Moskova'da yaz gündönümü(Haziran) - 930 W/m2.

Hem dünya yüzeyine yakın güneş radyasyonunun gücü hem de spektral bileşimi, en önemli ölçüde Güneş'in ufkun üzerindeki yüksekliğine bağlıdır. Şek. 26.5 Güneş ışığının enerjisinin dağılımının yumuşatılmış eğrileri verilmiştir: I - atmosferin dışında; II - zirvede Güneş'in konumunda; III - ufkun üzerinde 30 ° yükseklikte; IV - gün doğumu ve gün batımına yakın koşullar altında (ufkun 10° üzerinde).

Pirinç. 26.5. Güneşin tayfındaki enerjinin ufkun üzerinde farklı yüksekliklerde dağılımı

Güneş spektrumunun farklı bileşenleri, Dünya atmosferinden farklı şekillerde geçer. Şekil 26.6, Güneş'in yüksek rakımlarındaki atmosferin şeffaflığını göstermektedir.

26.5. Termografinin fiziksel temeli

Bir kişinin termal radyasyonu, termal kayıplarının önemli bir bölümünü oluşturur. Bir kişinin radyasyon kaybı, farka eşittir yayılan akış ve absorbe radyasyon akışı çevre. Işınım kaybı gücü formülle hesaplanır

burada S yüzey alanıdır; δ - derinin (giysinin) azaltılmış emme katsayısı, şu şekilde kabul edilir: gri gövde; T 1 - vücut yüzey sıcaklığı (kıyafetler); T 0 - ortam sıcaklığı.

Aşağıdaki örneği ele alalım.

Radyasyon kayıplarının gücünü hesaplayın çıplak adam 18°C (291 K) ortam sıcaklığında. Alalım: vücudun yüzey alanı S = 1,5 m2; cilt sıcaklığı Tı = 306 K (33°C). Cildin azaltılmış emilim katsayısı Tabloda bulunur. 26.1 (δ \u003d 5,1 * 10 -8 W / m2K4). Bu değerleri formül (26.11) ile değiştirerek şunu elde ederiz:

P \u003d 1,5 * 5,1 * 10 -8 * (306 4 - 291 4) ≈122 W.

Pirinç. 26.6. Spektrumun farklı bölümleri için dünya atmosferinin şeffaflığı (yüzde olarak) yüksek irtifa güneşin duruşu.

İnsan termal radyasyonu bir teşhis parametresi olarak kullanılabilir.

termografi - insan vücudunun yüzeyinden veya bireysel bölümlerinden termal radyasyonun ölçülmesine ve kaydedilmesine dayalı bir teşhis yöntemi.

Vücut yüzeyinin küçük bir alanı üzerindeki sıcaklık dağılımı, özel sıvı kristal filmler kullanılarak belirlenebilir. Bu filmler duyarlıdır. küçük değişiklikler sıcaklık (rengi değiştir). Bu nedenle, üzerine bindirildiği vücut bölgesinin renkli bir termal “portresi” film üzerinde görünür.

Daha gelişmiş bir yol, kızılötesi radyasyonu dönüştüren termal kameraları kullanmaktır. görülebilir ışık. Vücudun radyasyonu, özel bir mercek kullanılarak termal kameranın matrisine yansıtılır. Dönüştürmeden sonra, ekranda ayrıntılı bir termal portre oluşturulur. Farklı sıcaklıklara sahip alanlar renk veya yoğunluk bakımından farklılık gösterir. Modern yöntemler, sıcaklık farkını 0,2 dereceye kadar sabitlemenizi sağlar.

Termal portreler fonksiyonel tanılamada kullanılır. Çeşitli patolojiler iç organlar sıcaklık değişikliği ile cilt bölgelerinin yüzeyinde oluşabilir. Bu tür bölgelerin tespiti patolojinin varlığını gösterir. Termografik yöntem, iyi huylu ve iyi huylu arasındaki ayırıcı tanıyı kolaylaştırır. malign tümörler. Bu yöntem, terapötik tedavi yöntemlerinin etkinliğini izlemenin nesnel bir yoludur. Böylece sedef hastalarının termografik muayenesi sırasında plaklarda şiddetli infiltrasyon ve hiperemi varlığında sıcaklıkta bir artış olduğu bulundu. Çoğu durumda sıcaklığın çevredeki alanların seviyesine düşmesi, gerileme cilt üzerinde işlem.

Ateş genellikle enfeksiyonun bir göstergesidir. Bir kişinin ateşini belirlemek için kızılötesi bir cihazdan yüzüne ve boynuna bakmak yeterlidir. İçin sağlıklı insanlar alın sıcaklığının karotis arter bölgesindeki sıcaklığa oranı 0.98 ile 1.03 arasındadır. Bu oran, karantina önlemleri için salgınlar sırasında ekspres teşhiste kullanılabilir.

26.6. Fototerapi. Ultraviyole ışığın terapötik kullanımları

Kızılötesi radyasyon, görünür ışık ve ultraviyole radyasyon tıpta yaygın olarak kullanılmaktadır. Dalga boylarının aralıklarını hatırlayın:

Fototerapi kızılötesi ve görünür radyasyonun terapötik amaçlarla kullanılması olarak adlandırılır.

Dokulara nüfuz eden kızılötesi ışınlar (görünür olanların yanı sıra) emildikleri yerde ısının salınmasına neden olur. Kızılötesi ve görünür ışınların cilde nüfuz etme derinliği, Şekil 1'de gösterilmektedir. 26.7.

Pirinç. 26.7. Cilde radyasyon penetrasyon derinliği

Tıbbi uygulamada, kızılötesi radyasyon kaynağı olarak özel ışınlayıcılar kullanılır (Şekil 26.8).

mini lamba radyasyonu gerekli yönde lokalize eden reflektörlü bir akkor lambadır. Radyasyon kaynağı, renksiz veya mavi camdan yapılmış 20-60 W akkor lambadır.

Hafif termal banyo birbirine hareketli bir şekilde bağlı iki yarıdan oluşan yarı silindirik bir çerçevedir. Açık iç yüzey hastaya bakan çerçeve 40 W akkor lambalarla güçlendirilmiştir. Bu hamamlarda biyolojik nesne kızılötesi ve görünür radyasyonun yanı sıra sıcaklığı 70 ° C'ye ulaşabilen ısıtılmış hava hareket eder.

Lamba Sollux bir tripod üzerindeki özel bir reflektöre yerleştirilmiş güçlü bir akkor lambadır. Radyasyon kaynağı, 500 W gücünde bir akkor lambadır (tungsten filaman sıcaklığı 2800°C, radyasyon maksimum değeri 2 μm dalga boyunda düşer).

Pirinç. 26.8. Işınlayıcılar: Mini lamba (a), hafif termal banyo (b), Sollux lambası (c)

Ultraviyole ışığın terapötik kullanımları

Tıbbi amaçlar için kullanılan ultraviyole radyasyon üç aralığa ayrılır:

Ultraviyole radyasyon dokularda (ciltte) emildiğinde, çeşitli fotokimyasal ve fotobiyolojik reaksiyonlar meydana gelir.

radyasyon kaynağı olarak kullanılır. yüksek basınç lambaları(ark, cıva, tübüler), floresan lambalar, gaz deşarjı alçak basınç lambalarıçeşitlerinden biri bakteri öldürücü lambalardır.

bir radyasyon eritemal ve bronzlaştırıcı etkiye sahiptir. Birçok dermatolojik hastalığın tedavisinde kullanılmaktadır. Furocoumarin serisinin bazı kimyasal bileşikleri (örneğin, psoralen), bu hastaların cildini uzun dalga ultraviyole radyasyona karşı hassaslaştırabilir ve melanositlerde melanin pigmenti oluşumunu uyarır. Bu ilaçların A-radyasyonu ile kombine kullanımı, adı verilen bir tedavi yönteminin temelini oluşturur. fotokemoterapi veya PUVA tedavisi(PUVA: P - psoralen; UVA - ultraviyole radyasyon bölgesi A). Vücudun bir kısmı veya tamamı radyasyona maruz kalır.

B radyasyonu vitamin oluşturucu, anti-raşitik etkiye sahiptir.

C radyasyonu bakterisidal etkiye sahiptir. Işınlama mikroorganizmaların ve mantarların yapısını tahrip eder. C-radyasyonu, özel bakteri öldürücü lambalar tarafından oluşturulur (Şekil 26.9).

Bazı tıbbi teknikler, kanı ışınlamak için C-radyasyonu kullanır.

Ultraviyole açlık. Ultraviyole radyasyon, vücudun normal gelişimi ve işleyişi için gereklidir. Eksikliği bir dizi ciddi hastalığa yol açar. Aşırı bölgenin sakinleri ultraviyole açlığıyla karşı karşıya

Pirinç. 26.9. Bakterisidal ışınlayıcı (a), nazofaringeal ışınlayıcı (b)

Kuzeyde, madencilik sektöründe çalışanlar, metro, büyük şehir sakinleri. Şehirlerde ultraviyole radyasyon eksikliği, güneş spektrumunun UV kısmını bloke eden toz, duman ve gazlardan kaynaklanan hava kirliliği ile ilişkilidir. Bina pencereleri λ dalga boyuna sahip UV ışınlarını iletmez.< 310 нм. Значительно снижают УФ-поток загрязненные стекла и занавеси (тюлевые занавески снижают УФ-излучение на 20 %). Поэтому на многих производствах и в быту наблюдается так называемая «биологическая полутьма». В первую очередь страдают дети (возрастает вероятность заболевания рахитом).

zararlılık ultraviyole ışınlama

Aşırı maruz kalma Bir bütün olarak vücutta ve tek tek organlarında ultraviyole radyasyon dozları bir dizi patolojiye yol açar. Her şeyden önce, bu, kontrolsüz güneşlenmenin sonuçlarını ifade eder: yanıklar, yaşlılık lekeleri, göz hasarı - fotoftalmi gelişimi. Ultraviyole radyasyonun göz üzerindeki etkisi, kornea hücrelerinde ve gözün mukoza zarlarında proteinlerin ayrışmasıyla ilişkili olduğu için eriteme benzer. Canlı insan cilt hücreleri, UV ışınlarının "ölü-" yıkıcı etkisinden korunur.

derinin stratum korneumunun mi" hücreleri. Gözler bu korumadan mahrumdur, bu nedenle, önemli bir dozda göz ışınlaması ile, gözün azgın (keratit) ve mukoza zarlarında (konjonktivit) iltihaplanma, gizli bir sürenin ardından gelişir. Bu etki, dalga boyu 310 nm'den az olan ışınlardan kaynaklanmaktadır. Gözü bu tür ışınlardan korumak gerekir. Cilt kanseri gelişimine yol açan UV radyasyonunun blastomojenik etkisine özel dikkat gösterilmelidir.

26.7. Temel kavramlar ve formüller

Tablo devamı

tablonun sonu

26.8. Görevler

2. Sırasıyla 34 ve 33 ° C sıcaklıklara sahip insan vücudunun yüzeyinin alanlarının enerji parlaklıklarının kaç kat farklı olduğunu belirleyin?

3. Termografi ile bir meme tümörü teşhis edildiğinde, hastaya içmesi için bir glikoz solüsyonu verilir. Bir süre sonra vücut yüzeyinin termal radyasyonu kaydedilir. Tümör dokusu hücreleri, glikozu yoğun bir şekilde emer ve bunun sonucunda ısı üretimi artar. Yüzeyden gelen radyasyon %1 (1,01 kat) artarsa, tümörün üzerindeki cilt bölgesinin sıcaklığı kaç derece değişir? Vücut bölgesinin başlangıç ​​sıcaklığı 37°C'dir.

6. Vücut yüzeyinden gelen radyasyon akısı %4 artarsa ​​insan vücut sıcaklığı ne kadar artar? Başlangıç ​​vücut ısısı 35°C'dir.

7. Odada birbirinin aynısı iki çaydanlık var. eşit kütleler 90°C'de su. Biri nikel kaplı, diğeri siyah. Hangi su ısıtıcısı daha hızlı soğur? Neden?

Çözüm

Kirchhoff yasasına göre, tüm cisimler için yayan ve soğuran yeteneklerin oranı aynıdır. Nikel kaplama çaydanlık neredeyse tüm ışığı yansıtır. Bu nedenle, emme kapasitesi küçüktür. Buna göre, emisivite de küçüktür.

Cevap: karanlık su ısıtıcısı daha hızlı soğur.

8. Haşere böceklerinin yok edilmesi için tahıl kızılötesi radyasyona maruz bırakılır. Neden böcekler ölüyor da tahıllar ölmüyor?

Cevap: böcek var siyah renk, bu nedenle yoğun bir şekilde emer kızılötesi radyasyon ve ölürler.

9. Bir çelik parçasını ısıtırken, 800 ° C sıcaklıkta parlak kiraz kırmızısı bir ısı gözlemleyeceğiz, ancak şeffaf bir erimiş kuvars çubuğu aynı sıcaklıkta hiç parlamaz. Neden?

Çözüm

7. soruna bakın. şeffaf gövde az miktarda ışığı emer. Bu nedenle, emisyonu küçüktür.

Cevap:şeffaf bir gövde, güçlü bir şekilde ısıtıldığında bile pratik olarak yayılmaz.

10. neden içinde soğuk hava Birçok hayvan top şeklinde kıvrılmış mı uyur?

Cevap: bu durumda vücudun açık yüzeyi azalır ve buna bağlı olarak radyasyon kayıpları azalır.

Enerji parlaklığının (parlaklık) spektral yoğunluğu, enerji parlaklığının (parlaklık) radyasyon spektrumu üzerindeki dağılımını gösteren bir fonksiyondur.
Akılda tutarak:
Enerji parlaklığı yüzey yoğunluğu yüzey tarafından yayılan enerji akışı
Enerji Parlaklığı birim katı açı başına birim alan tarafından yayılan akı miktarıdır. bu yönde

Tamamen siyah gövde- termodinamikte kullanılan fiziksel idealleştirme, tüm aralıklarda üzerine düşen tüm elektromanyetik radyasyonu emen ve hiçbir şeyi yansıtmayan bir cisim. Adına rağmen, siyah bir cismin kendisi herhangi bir frekansta elektromanyetik radyasyon yayabilir ve görsel olarak bir renge sahip olabilir. Siyah bir cismin radyasyon spektrumu sadece sıcaklığı ile belirlenir.

Tamamen siyah gövde

Tamamen siyah gövde- bu, üzerine düşen tüm elektromanyetik radyasyonu tamamen emen bir cisim olarak anlaşılan fiziksel bir soyutlamadır (model).

Tamamen siyah bir vücut için

gri gövde

gri gövde- bu, soğurma katsayısı frekansa bağlı olmayan, yalnızca sıcaklığa bağlı olan bir cisimdir.

Gri gövde için

Termal radyasyon için Kirchhoff yasası

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

Siyah bir cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun sıcaklığa bağlılığı

siyah bir cismin radyasyonunun L (T) spektral enerji yoğunluğunun mikrodalga radyasyon aralığında T sıcaklığına bağımlılığı, 6300 ila 100000 K sıcaklık aralığı için ayarlanmıştır.

Wien'in yer değiştirme yasası kara cisim enerjisinin radyasyon akısının maksimuma ulaştığı dalga boyunun kara cismin sıcaklığına bağımlılığını verir.

B=2,90*m*K

Stefan-Boltzmann yasası

Rayleigh kot formülü

tahta formülü

sabit tahta

fotoğraf efektiışığın etkisi altındaki bir madde tarafından elektronların yayılmasıdır (ve genel olarak konuşursak, herhangi bir Elektromanyetik radyasyon). Yoğunlaştırılmış maddelerde (katı ve sıvı), dış ve iç fotoelektrik etkiler ayırt edilir.

fotoelektrik etkinin kanunları:

ifadeler fotoelektrik etkinin 1. yasası: Bir metalin yüzeyinden belirli bir frekansta birim zamanda ışık tarafından fırlatılan elektron sayısı, metali aydınlatan ışık akısı ile doğru orantılıdır..

Buna göre fotoelektrik etkinin 2. yasası, ışık tarafından fırlatılan elektronların maksimum kinetik enerjisi, ışığın frekansı ile 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) ve eğer , o zaman fotoelektrik etki artık oluşmaz.

Foton- temel bir parçacık, bir kuantum elektromanyetik radyasyon (dar anlamda - ışık). Sadece ışık hızında hareket ederek var olabilen kütlesiz bir parçacıktır. Elektrik şarjı foton da sıfırdır.

Einstein'ın dış fotoelektrik etki denklemi

fotosel - elektronik cihaz foton enerjisini dönüştüren elektrik enerjisi. Dış fotoelektrik etkiye dayalı ilk fotoelektrik hücre, Alexander Stoletov tarafından yaratıldı. geç XIX yüzyıl.

bir fotonun enerji kütlesi ve momentumu

hafif basınç elektromanyetik tarafından üretilen basınçtır ışık dalgaları bir cismin yüzeyine düşmek.

Dalganın metal yüzey üzerine uyguladığı p basıncı, metal yüzeye etki eden bileşke Lorentz kuvvetlerinin oranı olarak hesaplanabilir. serbest elektronlar metalin yüzey tabakasında, metalin yüzey alanına:

Kuantum teorisiışık açıklıyor hafif basınç momentumlarının fotonlar tarafından maddenin atomlarına veya moleküllerine aktarılmasının bir sonucu olarak.

Compton etkisi(Compton etkisi) - elektronlar tarafından elastik saçılması nedeniyle elektromanyetik radyasyonun dalga boyunu değiştirme olgusu

Compton dalga boyu

De Broglie'nin hipotezişey Fransız fizikçi Louis de Broglie, bir elektrona dalga özellikleri atfetme fikrini ortaya attı. Kuantum arasında bir analoji çizen de Broglie, bir elektronun veya durağan kütlesi olan başka bir parçacığın hareketinin bir dalga süreciyle ilişkili olduğunu öne sürdü.

De Broglie'nin hipotezi E enerjisi ve p momentumu olan hareket eden bir parçacığın şuna karşılık geldiğini belirler: dalga süreci, frekansı şuna eşittir:

ve dalga boyu:

burada p, hareket eden parçacığın momentumudur.

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

Elektronların tek bir nikel kristalinden yansıması incelenmiştir. Kurulum, bir açıda bir nikel tek kristal zemini içeriyordu ve bir tutucuya monte edildi. Bir monokromatik elektron ışını, kesit düzlemine dik olarak yönlendirildi. Elektron hızı, elektron tabancasındaki voltaj tarafından belirlendi:

Hassas bir galvanometreye bağlı bir Faraday kabı, gelen elektron ışınına bir açıyla yerleştirildi. Galvanometrenin okumalarına göre kristalden yansıyan elektron ışınının yoğunluğu belirlendi. Tüm kurulum bir boşluktaydı.

Deneylerde, kristal tarafından saçılan elektron ışınının yoğunluğu saçılma açısının, azimut açısının ve ışındaki elektron hızının bir fonksiyonu olarak ölçüldü.

Deneyler, elektron saçılmasının belirgin bir seçiciliği (seçiciliği) olduğunu göstermiştir. -de farklı değerler yansıyan ışınlarda açılar ve hızlar, yoğunluk maksimumları ve minimumları gözlenir. Maksimum koşul:

İşte düzlemler arası uzaklık.

Böylece, elektronların kırınımı kristal kafes tek kristal. Deney, mikropartiküllerde dalga özelliklerinin varlığının mükemmel bir teyidiydi.

dalga fonksiyonu, veya psi işlevi bir sistemin saf durumunu tanımlamak için kuantum mekaniğinde kullanılan karmaşık değerli bir fonksiyondur. Durum vektörünün taban açısından genişleme katsayısıdır (genellikle koordinat olan):

burada koordinat temel vektörü ve koordinat gösterimindeki dalga fonksiyonudur.

fiziksel anlam dalga fonksiyonu buna göre mi Kopenhag yorumu Kuantum mekaniği uzayda belirli bir noktada bir parçacığı bulmanın olasılık yoğunluğu şu an zaman sayılır kareye eşit mutlak değer koordinat gösteriminde bu durumun dalga fonksiyonu.

Heisenberg belirsizlik ilkesi(veya heisenberg) kuantum mekaniğinde - işe gidip gelmeyen operatörler tarafından tanımlanan (örneğin, koordinatlar ve momentum, akım ve gerilim, elektrik ve manyetik alanlar). Belirsizlik ilişkisi [* 1], bir çift kuantum gözlenebilirin standart sapmalarının çarpımı için bir alt sınır belirler. 1927 yılında Werner Heisenberg tarafından keşfedilen belirsizlik ilkesi, köşe taşları Kuantum mekaniği.

Tanım Belirli bir durumda sistemin birkaç (birçok) özdeş kopyası varsa, ölçülen konum ve momentum değerleri belirli bir olasılık dağılımına uyacaktır - bu, kuantum mekaniğinin temel bir varsayımıdır. Konumun standart sapmasının büyüklüğünü ve momentumun standart sapmasını ölçerek şunu buluruz:

Schrödinger denklemi

potansiyel kuyu- bulunduğu alanın alanı yerel minimum potansiyel enerji parçacıklar.

tünel etkisi, tünel açma- toplam enerjisinin (tünel açma sırasında değişmeden kalan) engel yüksekliğinden daha az olması durumunda bir mikroparçacık tarafından potansiyel bir engelin aşılması. Tünel etkisi münhasıran bir olgudur kuantum doğası, bu imkansız ve hatta klasik mekaniğe tamamen aykırı. analog tünel etkisi V dalga optiği açısından bakıldığında, bir ışık dalgasının yansıtıcı bir ortama (bir ışık dalgasının dalga boyu mertebesindeki mesafeler için) nüfuz etmesi olarak hizmet edebilir. geometrik optik, tamamlamak iç yansıma. Tünel açma olgusu, birçok önemli süreçler nükleer ve moleküler fizik, nükleer fizikte, sağlam vücut vesaire.

Harmonik osilatör kuantum mekaniğinde basit bir kuantum analoğudur harmonik osilatör, parçacığa etki eden kuvvetleri değil, Hamiltonian'ı, yani harmonik osilatörün toplam enerjisini dikkate alırken ve potansiyel enerjinin koordinatlara karesel olarak bağlı olduğu varsayılır. Koordinata göre potansiyel enerjinin genişlemesinde aşağıdaki terimlerin açıklanması, anharmonik bir osilatör kavramına yol açar.

Atomların yapısının incelenmesi, atomların, neredeyse tüm kütlenin yoğunlaştığı pozitif yüklü bir çekirdekten oluştuğunu gösterdi. 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 bir benzerlik olduğu sonucuna vardı. gezegen sistemi, elektronların atomun merkezinde bulunan pozitif yüklü ağır bir çekirdeğin etrafındaki yörüngelerde hareket ettiği ("Rutherford'un atom modeli"). Bununla birlikte, atomun böyle bir tanımı, klasik elektrodinamik ile çelişiyordu. Gerçek şu ki, klasik elektrodinamiğe göre, hareket eden bir elektron merkezcil ivme elektromanyetik dalgalar yaymalı ve bu nedenle enerji kaybetmelidir. Hesaplamalar, böyle bir atomdaki bir elektronun çekirdeğe düşme süresinin kesinlikle ihmal edilebilir düzeyde olduğunu gösterdi. Atomların kararlılığını açıklamak için Niels Bohr, bazı özel enerji durumlarında olan bir atomdaki bir elektronun enerji yaymadığı gerçeğine indirgenen varsayımları ortaya koymak zorunda kaldı (“Bohr-Rutherford atom modeli”) . Bohr'un varsayımları, klasik mekaniğin atomu tanımlamak için geçerli olmadığını gösterdi. Atomun radyasyonunun daha fazla incelenmesi, gözlemlenen gerçeklerin büyük çoğunluğunun açıklanmasını mümkün kılan kuantum mekaniğinin yaratılmasına yol açtı.

Atomların emisyon spektrumları genellikle, maddenin buharlaşmasının, moleküllerinin parçalanmasının meydana geldiği ışık kaynağının (plazma, ark veya kıvılcım) yüksek sıcaklığında elde edilir. bireysel atomlar ve atomların parlaması için uyarılması. atomik analiz hem emisyon - emisyon spektrumları çalışması hem de absorpsiyon - absorpsiyon spektrumları çalışması olabilir.
Bir atomun emisyon spektrumu bir dizi spektral çizgidir. spektral çizgi Bohr postülasının izin verdiği bir elektronik alt seviyeden başka bir alt seviyeye bir elektronun geçişi sırasında monokromatik ışık emisyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkar. farklı seviyeler. Bu radyasyon, dalga boyu K, frekans v veya dalga sayısı co ile karakterize edilir.
Bir atomun emisyon spektrumu bir dizi spektral çizgidir. Spektral çizgi, bir elektronun Bohr varsayımı tarafından izin verilen bir elektronik alt seviyeden farklı seviyelerin başka bir alt seviyesine geçişi sırasında tek renkli ışık emisyonunun bir sonucu olarak ortaya çıkar.

Atomun Bohr modeli (Bohr modeli)- 1913'te Niels Bohr tarafından önerilen yarı klasik atom modeli. gezegen modeli Rutherford tarafından ileri sürülen atom. Ancak bakış açısından klasik elektrodinamik Rutherford'un modelinde çekirdeğin etrafında hareket eden bir elektron sürekli olarak yayılmalı ve çok hızlı bir şekilde enerji kaybederek çekirdeğe düşmelidir. Bu sorunun üstesinden gelmek için Bohr, özü bir atomdaki elektronların yalnızca belirli (sabit) yörüngeler boyunca hareket edebildikleri, ancak ışınım yapmadıkları ve radyasyon veya absorpsiyonun yalnızca geçiş anında meydana geldiği varsayımını ortaya attı. bir yörüngeden diğerine. Dahası, elektronun momentumunun momentumunun bir tamsayı Planck sabitine eşit olduğu yörüngeler hareket halindeyken durağandır: .

Bu varsayımı ve yasaları kullanarak Klasik mekanik, yani elektronun çekirdekten çekim kuvveti ile dönen elektrona etki eden merkezkaç kuvvetinin eşitliğini elde etti. aşağıdaki değerler sabit bir yörüngenin yarıçapı ve bu yörüngedeki bir elektronun enerjisi için:

İşte elektron kütlesi, Z çekirdekteki proton sayısı, dielektrik sabiti, e elektron yükü.

Merkezi Coulomb alanındaki bir elektronun hareketi problemini çözerek Schrödinger denklemini uygulayarak elde edilebilecek enerjinin bu ifadesidir.

Hidrojen atomundaki ilk yörüngenin yarıçapı R 0 \u003d 5.2917720859 (36) 10 −11 m, şimdi Bohr yarıçapı olarak adlandırılıyor veya atomik birim uzunluğundadır ve modern fizikte yaygın olarak kullanılmaktadır. İlk yörüngenin enerjisi, eV, hidrojen atomunun iyonlaşma enerjisidir.

Bohr'un varsayımları

§ Bir atom, yalnızca her biri belirli bir enerjiye karşılık gelen özel durağan veya kuantum hallerinde olabilir. İÇİNDE kararlı hal bir atom elektromanyetik dalgalar yaymaz.

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

§ Bir elektron bir yörüngeden (enerji seviyesinden) bir yörüngeye hareket ettiğinde, bir enerji kuantumu yayılır veya emilir, geçişin yapıldığı enerji seviyeleri buradadır. geçiş yaparken Üst düzey enerji alttakine yayılır ve aşağıdan yukarıya doğru hareket ederken emilir.

Bu varsayımları ve klasik mekaniğin yasalarını kullanan Bohr, şimdi Bohr atom modeli olarak adlandırılan bir atom modeli önerdi. Daha sonra Sommerfeld, Bohr'un teorisini eliptik yörüngeler durumuna kadar genişletti. Buna Bohr-Sommerfeld modeli denir.

Frank ve hertz deneyleri

deneyim göstermiştir ki elektronlar enerjilerini partiler halinde cıva atomlarına aktarırlar ve 4,86 ​​eV, temel enerji durumunda bir cıva atomu tarafından soğurulabilen mümkün olan en küçük kısımdır.

balmer formülü

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

burada n = 3, 4, 5, 6; b = 3645,6 A.

Şu anda Balmer serisi için kullanıyorlar özel durum Rydberg formülleri:

burada λ dalga boyudur,

R≈ 1,0974 10 7 m −1 - Rydberg sabiti,

N- Ana kuantum sayısı taban çizgisi - doğal sayı 3'ten büyük veya eşittir.

hidrojen atomu Elektron kabuğunda bir ve yalnızca bir elektron içeren bir atom.

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

röntgen tüpü- X-ışınları üretmek için tasarlanmış bir elektrovakum cihazı.

Bremsstrahlung- bir elektrik alanında saçılması (frenlenmesi) sırasında yüklü bir parçacık tarafından yayılan elektromanyetik radyasyon. Bazen konseptte bremsstrahlung» aynı zamanda makroskobik hareket eden göreli yüklü parçacıkların radyasyonunu da içerir. manyetik alanlar(hızlandırıcılarda, uzay) ve manyetik bremsstrahlung olarak adlandırın; ancak bu durumda "senkrotron radyasyonu" terimi daha yaygın olarak kullanılmaktadır.

KARAKTERİSTİK RADYASYON- röntgen. radyasyon çizgi spektrumu. her elementin atomlarının karakteristiği.

Kimyasal bağ - bir azalmanın eşlik ettiği bağlayıcı parçacıkların elektron bulutlarının üst üste binmesi nedeniyle atomların etkileşim olgusu tam Enerji sistemler.

moleküler spektrum- moleküllerin enerji seviyeleri arasındaki kuantum geçişlerinden kaynaklanan emisyon (soğurma) spektrumu

Enerji seviyesi - özdeğerler enerji kuantum sistemleri, yani mikro parçacıklardan (elektronlar, protonlar ve diğer temel parçacıklar) oluşan ve kuantum mekaniği yasalarına tabi sistemler.

Kuantum sayısı N – Ana fikir . Bir hidrojen atomunda ve tek elektronlu sistemlerde (He+, Li 2+, vb.) bir elektronun enerjisini belirler. Bu durumda elektron enerjisi

Nerede N 1 ile ∞ arasında değer alır. Daha az N, elektronun çekirdek ile etkileşim enerjisi o kadar büyük olur. -de N= 1 hidrojen atomu temel haldedir, N> 1 - heyecanlı.

seçim kuralları spektroskopide, koruma yasaları ve simetri tarafından dayatılan bir fotonun soğurulması veya yayılmasıyla kuantum mekanik sistemin seviyeleri arasındaki geçişlere ilişkin kısıtlamalar ve yasaklar diyorlar.

çok elektronlu atomlar iki veya daha fazla elektrona sahip atomlara denir.

zeeman etkisi- satır bölme atomik spektrum bir manyetik alanda.

1896 yılında Zeeman tarafından sodyum emisyon hatları için keşfedilmiştir.

Elektron paramanyetik rezonans fenomeninin özü, eşleşmemiş elektronlar tarafından elektromanyetik radyasyonun rezonans absorpsiyonunda yatmaktadır. Bir elektronun bir dönüşü ve buna bağlı bir manyetik momenti vardır.

Problem çözme örnekleri. Örnek 1. Güneşin enerji parlaklığının maksimum spektral yoğunluğu, = 0,48 μm dalga boyuna düşer.

örnek 1 Güneşin enerji parlaklığının maksimum spektral yoğunluğu, dalga boyu = 0,48 μm'ye düşer. Güneş'in siyah bir cisim olarak ışıdığını varsayarak, şunları belirleyin: 1) yüzeyinin sıcaklığını; 2) yüzeyinden yayılan güç.

Wien'in yer değiştirme yasasına göre, Güneş'in istenen yüzey sıcaklığı:

burada b= Wien sabitidir.

Güneş yüzeyinden yayılan güç:

siyah cismin (Güneş) enerji parlaklığı nerede, Güneş'in yüzey alanı, Güneş'in yarıçapıdır.

Stefan-Boltzmann yasasına göre:

burada = W/, Stefan-Boltzmann sabitidir.

Yazılı ifadeleri formül (2) ile değiştiririz, Güneş yüzeyinden yayılan istenen gücü buluruz:

Hesaplayarak şunu elde ederiz: T = 6.04 kK; P=W.

Örnek 2 Enerjisi = 1 MeV olan bir fotonun dalga boyunu, kütlesini ve momentumunu belirleyin.

Foton enerjisi, ışığın dalga boyu ile şu ilişkiyle ilişkilidir: ,

burada h Planck sabitidir, c ışığın boşluktaki hızıdır. Buradan.

İkame Sayısal değerler, elde ederiz: m.

Einstein formülünü kullanarak bir fotonun kütlesini belirliyoruz. Foton kütlesi = kg.

Foton momentumu = kg m/s.

Örnek 3 Bir vakum fotoselinin sodyum katodu aydınlatılır tek renkli ışık dalga boyu = 40 nm ile. Fotoakımın durduğu gecikme voltajını belirleyin. Sodyum = 584 nm için fotoelektrik etkinin "kırmızı sınırı".

Elektronların katottan anoda hareketini engelleyen elektrik alana ters denir. Fotoakımın tamamen durduğu gerilime geciktirme gerilimi denir. Böyle bir geciktirme voltajı ile, elektronların hiçbiri, katottan çıkarken maksimum hıza sahip olsa bile, geciktirme alanını aşıp anoda ulaşamaz. Bu durumda, fotoelektronların ilk kinetik enerjisi () potansiyele ( , burada e = Kl - temel yük, a en küçük geciktirme voltajıdır). Enerjinin korunumu yasasına göre

Dış fotoelektrik etki için Einstein denklemini kullanarak elektronların kinetik enerjisini buluyoruz:

buradan (3)

A in elektronlarının iş fonksiyonu, fotoelektrik etkinin kırmızı sınırı ile belirlenir:

İfadeyi (4) denklem (3) ile değiştirerek şunu elde ederiz:

Sonra, denklemden (1) .

Hesaplayarak, V elde ederiz.

Örnek 4 Bir protonun kinetik enerjisi, durgun enerjisinden dört kat daha azdır. Bir proton için de Broglie dalga boyunu hesaplayın.

De Broglie dalga boyu aşağıdaki formülle belirlenir: , (1)

h Planck sabiti, parçacığın momentumudur.

Problemin durumuna göre, protonun kinetik enerjisi, durgun enerjisi E 0 ile büyüklükte karşılaştırılabilir. Bu nedenle, momentum ve kinetik enerji göreli ilişki ile ilişkilidir:

c, ışığın boşluktaki hızıdır.

Problemin koşulunu kullanarak şunu elde ederiz: . Ortaya çıkan ifadeyi formül (1) ile değiştirerek, de Broglie dalga boyunu buluruz:

Bir elektronun durgun enerjisini, m 0'ın elektronun durgun kütlesi, c'nin ışığın boşluktaki hızı olduğu Einstein formülünü kullanarak buluyoruz.

Sayısal değerleri değiştirerek şunu elde ederiz: m.

Örnek 5 Elektron ışını, bir katot ışını tüpünde U=0,5 kV potansiyel farkı kadar hızlandırılır. Elektron momentumunun belirsizliğinin, momentumunun %0,1'i olduğunu varsayarsak, Sayısal değer, elektron koordinatının belirsizliğini belirleyin. Verilen koşullar altında elektron bir kuantum mu yoksa klasik bir parçacık mı?

Elektron ışınının hareket yönünde (X ekseni), belirsizlik ilişkisi şu şekildedir:

elektron koordinatının belirsizliği nerede; - momentumunun belirsizliği; Planck sabitidir.

Hızlanan potansiyel farkı geçtikten sonra elektron kinetik enerji kazanır, işe eşit elektrik alan şiddeti:

Hesaplama, elektronun kalan enerjisinden (E 0 \u003d 0.51 MeV) çok daha düşük olan E k \u003d 500 eV değerini verir. Bu nedenle, bu koşullar altında elektron, göreceli olmayan bir parçacıktır ve momentumu ile ilişkilidir. kinetik enerji formül .

Problemin durumuna göre momentum belirsizliği = 0.001 = , yani<< .

Bu, bu koşullar altındaki dalga özelliklerinin önemsiz olduğu ve elektronun klasik bir parçacık olarak kabul edilebileceği anlamına gelir. İfade (1)'den, elektron koordinatının istenen belirsizliğinin

Hesaplama, 8.51 nm elde ederiz.

Örnek 6 Bir durağan durumdan diğerine geçişin bir sonucu olarak, hidrojen atomu tarafından frekanslı bir kuantum yayıldı. Bohr'un teorisini kullanarak yörünge yarıçapının ve elektronun hızının nasıl değiştiğini bulun.

Frekanslı radyasyon, ultraviyole bölgesinde bulunan bir dalga boyuna = = 102.6 nm'ye (c, ışığın vakumdaki hızıdır) karşılık gelir. Bu nedenle spektral çizgi, bir elektron birinci enerji düzeyine (n=1) geçtiğinde ortaya çıkan Lyman serisine aittir.

Geçişin yapıldığı enerji düzeyi (k) sayısını belirlemek için genelleştirilmiş Balmer formülünü kullanırız: .

k'yi şu formülden ifade ederiz:

Mevcut verileri değiştirerek, k=3 elde ederiz. Sonuç olarak, radyasyon bir elektronun üçüncü yörüngeden birinciye geçişi sonucunda meydana geldi.

Yörüngelerin yarıçaplarının değerleri ve bu yörüngelerdeki elektronların hızları aşağıdaki hususlardan bulunabilir.

Bir hidrojen atomunda sabit bir yörüngede bulunan bir elektron, çekirdekten gelen Coulomb kuvvetinden etkilenir.

bu da ona normal hızlanma sağlar. Bu nedenle, dinamiğin temel yasasına göre:

Ayrıca, Bohr'un varsayımına göre, durağan bir yörüngedeki bir elektronun açısal momentumu, Planck sabitinin bir katı olmalıdır, yani

burada n = 1, 2, 3…. sabit yörüngenin sayısıdır.

Denklem (2)'den hız . Bu ifadeyi denklem (1) ile değiştirerek, elde ederiz

Dolayısıyla, bir hidrojen atomundaki bir elektronun sabit yörüngesinin yarıçapı: .

O zaman bu yörüngedeki bir elektronun hızı:

Bir kuantum emisyonundan önce elektronun r3 , v3 özelliklerine sahip olduğunu ve r1 , v1 emisyonundan sonra şunu elde etmenin kolay olduğunu varsayarsak:

yani yörünge yarıçapı 9 kat azalmış, elektronun hızı 3 kat artmıştır.

Örnek 7 Genişliği = 200 pm olan, sonsuz yüksek "duvarları" olan tek boyutlu dikdörtgen bir "potansiyel kuyusu" içindeki bir elektron uyarılmış durumdadır (n=2). Şunları belirleyin: 1) "kuyunun" orta üçte birlik kısmında bir elektron saptama olasılığı W; 2) bir elektronu tespit etme olasılığının yoğunluğunun maksimum ve minimum olduğu belirtilen aralığın noktaları.

1. Aralıkta bir parçacık bulma olasılığı

Uyarılmış durum (n=2) kendi dalga fonksiyonuna karşılık gelir:

(2)'yi (1)'e değiştiririz ve şunu göz önünde bulundururuz ve :

Trigonometrik eşitliği kullanarak çift açının kosinüsünü ifade ederek, istenen olasılık için ifadeyi elde ederiz: = = = = = 0.195.

2. Uzayın belirli bir bölgesinde bir parçacığın varlığının olasılık yoğunluğu, dalga fonksiyonunun modülünün karesi ile belirlenir. (2) ifadesini kullanarak şunları elde ederiz:

Bir parçacığın dalga fonksiyonunun karesel modülünün, ifade (3) ile belirlenen koordinatına bağımlılığı şekilde gösterilmiştir.

Minimum olasılık yoğunluğunun w=0 olduğu x değerlerine karşılık geldiği açıktır.

Yani, ,

burada k = 0, 1, 2…

Olasılık yoğunluğu w, şu koşul altında kuyu içindeki maksimum değerine ulaşır: . İlgili değerler.

Şekilde gösterilen w= w(x) bağımlılık grafiğinden de görülebileceği gibi, aralıkta

Gördüğünüz gibi, belirli bir aralığın sınırlarında bir elektronu saptamak için olasılık yoğunluğu aynıdır. Buradan, , .

Örnek 8 Kütlesi m = 20g olan NaCl kristalini T 1 = 2K sıcaklığından ısıtmak için gereken ısı miktarını belirleyin. NaCl için karakteristik Debye sıcaklığını 320K olarak alın.

m kütleli bir cismi T 1 sıcaklığından T 2 sıcaklığına ısıtmak için gereken ısı miktarı aşağıdaki formülle hesaplanabilir:

burada C maddenin molar ısı kapasitesi, M molar kütledir.

Debye'nin teorisine göre, sıcaklıkta kristal katıların molar ısı kapasitesi şu şekilde verilir:

(2) ifadesini (1) ile değiştirerek ve integral alarak şunu elde ederiz:

Sayısal değerleri değiştirerek ve hesaplamaları yaparak Q \u003d 1,22 mJ buluyoruz.

Örnek 9Çekirdeğin kütle kusurunu, bağlanma enerjisini ve spesifik bağlanma enerjisini hesaplayın.

Nükleer kütle kusuru aşağıdaki formülle belirlenir:

Çekirdek için: Z=5; A=11.

Sistem dışı birimlerde - atomik kütle birimlerinde (a.m.u.) kütle kusurunu hesaplayalım. Gerekli verileri tablodan alıyoruz (Ek 3):

1,00783 amu = 1,00867 amu = 11,00931 amu

Formül (1)'e göre hesaplama sonucunda şunu elde ederiz: =0,08186 a.m.u.

Ayrıca çekirdeğin bağlanma enerjisini sistemik olmayan birimlerde (MeV) aşağıdaki formülü kullanarak bulacağız:

Orantılılık faktörü = 931,4 MeV/a.m.u., yani

Sayısal değerleri değiştirdikten sonra şunu elde ederiz:

Spesifik bağlanma enerjisi, tanımı gereği:

İkinci çekirdeğin seri numarasını ve kütle numarasını belirleyin, nükleer reaksiyonun sembolik bir kaydını verin ve enerji etkisini belirleyin.

Bir vücudun termal radyasyon nedeniyle kaybettiği enerji, aşağıdaki değerlerle karakterize edilir.

Akı (F) - Vücudun tüm yüzeyinden birim zamanda yayılan enerji.

Aslında, bu termal radyasyonun gücüdür. Radyasyon akısının boyutu [J / s \u003d W].

Enerji parlaklığı (Re) - Isıtılmış bir cismin birim yüzeyinden birim zamanda yayılan termal radyasyon enerjisi:

SI sisteminde enerji parlaklığı ölçülür - [W / m 2].

Radyasyon akısı ve enerji parlaklığı, maddenin yapısına ve sıcaklığına bağlıdır: F = F(T),

Enerji parlaklığının termal radyasyon spektrumu üzerindeki dağılımı, spektral yoğunluk. Dar bir dalga boyu aralığında 1 s'de tek bir yüzey tarafından yayılan termal radyasyonun enerjisini gösterelim. λ önce λ +d λ, dRe aracılığıyla.

Enerji parlaklığının (r) veya emisyonunun spektral yoğunluğu spektrumun dar bir kısmındaki (dRe) enerji parlaklığının bu kısmın genişliğine (dλ) oranıdır:

Dalga boyu aralığında spektral yoğunluk ve enerji parlaklığının (dRe) yaklaşık bir görünümü λ önce λ +d λ, Şek. 13.1.

Pirinç. 13.1. Enerji parlaklığının spektral yoğunluğu

Enerji parlaklığının spektral yoğunluğunun dalga boyuna bağımlılığı denir. vücut radyasyon spektrumu. Bu bağımlılığı bilmek, herhangi bir dalga boyu aralığında bir cismin enerji parlaklığını hesaplamayı mümkün kılar. Dalga boyu aralığında bir cismin enerji parlaklığını hesaplama formülü şöyledir:

Toplam parlaklık:

Vücutlar yalnızca termal radyasyon yaymakla kalmaz, aynı zamanda emer. Bir cismin radyasyon enerjisini soğurma yeteneği, onun maddesine, sıcaklığına ve radyasyon dalga boyuna bağlıdır. Vücudun emme kapasitesi aşağıdakilerle karakterize edilir: tek renkli soğurma katsayısıα.

Vücudun yüzeyine bir akıntının düşmesine izin verin tek renkli dalga boyu λ olan radyasyon Φ λ. Bu akışın bir kısmı yansır ve bir kısmı vücut tarafından emilir. Emilen akının değerini Φ λ abs olarak gösterelim.

Tek renkli soğurma katsayısı α λ belirli bir cisim tarafından emilen radyasyon akısının, gelen monokromatik akı büyüklüğüne oranıdır:

Tek renkli soğurma katsayısı boyutsuz bir niceliktir. Değerleri sıfır ile bir arasındadır: 0 ≤ α ≤ 1.

İşlev α = α(λ,Τ) monokromatik absorpsiyon katsayısının dalga boyu ve sıcaklığa bağımlılığını ifade eden , denir emme kapasitesi vücut. Görünüşü oldukça karmaşık olabilir. En basit absorpsiyon türleri aşağıda ele alınmıştır.

Tamamen siyah gövde soğurma katsayısı tüm dalga boyları için bire eşit olan bir cisimdir: α = 1.

gri gövde absorpsiyon katsayısının dalga boyuna bağlı olmadığı bir cisimdir: α = const< 1.

Kesinlikle beyaz gövde soğurma katsayısı tüm dalga boyları için sıfır olan bir cisimdir: α = 0.

Kirchhoff yasası

Kirchhoff yasası- cismin emisyonunun soğurma kapasitesine oranı tüm cisimler için aynıdır ve siyah cismin enerji parlaklığının spektral yoğunluğuna eşittir:

= /

Yasanın sonucu:

1. Belirli bir sıcaklıktaki bir cisim herhangi bir radyasyonu soğurmuyorsa, o zaman onu yaymaz. Aslında, bazı dalga boyları için absorpsiyon katsayısı α = 0 ise, o zaman r = α∙ε(λT) = 0

1. Aynı sıcaklıkta siyah gövde diğerlerinden daha fazla yayar. Gerçekten de, hariç tüm organlar için siyah,α < 1, поэтому для них r = α∙ε(λT) < ε

2. Bir cisim için monokromatik absorpsiyon katsayısının dalga boyuna ve sıcaklığa bağımlılığını deneysel olarak belirlersek - α = r = α(λT), o zaman radyasyonunun spektrumunu hesaplayabiliriz.