Конспект "Излучения и спектры". Кратко - УчительPRO
Излучения и спектры

Излучения и спектры

Ключевые слова конспекта «Излучения и спектры»: тепловое излучение, закон Стефана-Больцмана, люминесценция, инфракрасные и ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи, гамма-излучение, шкала электромагнитных волн. Раздел ЕГЭ по физике: 5. Квантовая физика и элемента астрофизики.



Тепловое излучение

Тепловое излучение – электромагнитное излучение, испускаемое нагретыми телами за счет преобразования энергии хаотического, теплового движения атомов (молекул) тела в энергию излучения и свойственно всем телам при температуре выше О К.

Абсолютно черное тело – это тело, которое независимо от материала и состояния его поверхности поглощает всю энергию падающего на него излучения любой частоты при произвольной температуре.

Количественной характеристикой теплового излучения служит спектральная плотность энергетической светимости тела rv – мощность излучения с единицы площади поверхности тела в единичном интервале частот.

Единица спектральной плотности энергетической светимости в Си – джоуль на метр в квадрате (1 Дж/м2).

Зная спектральную плотность энергетической светимости, можно вычислить интегральную энергетическую светимость (ее называют просто энергетической светимостью тела), просуммировав (проинтегрировав) спектральную плотность энергетической светимости по всем частотам:

Закон Стефана — Больцмана: интегральная энергетическая светимость абсолютно черного тела зависит только от его температуры:

RТ = σ • Т4,

где σ = 5,67 • 10–8 Вт/м2•К4 – постоянная Стефана – Больцмана.

Мощность излучения нагретого тела прямо пропорциональна площади поверхности тела и четвертой степени температуры тела:

Р = σ • S • Т4,

Идеальной моделью абсолютно черного тела является замкнутая полость с небольшим отверстием, внутренняя поверхность которой зачернена. Луч света, попавший внутрь такой полости, испытывает многократные отражения от стенок, в результате чего интенсивность вышедшего излучения оказывается практически равной нулю. Опыт показывает, что при размере отверстия, меньшего 0,1 диаметра полости, падающее излучение всех частот полностью поглощается. Вследствие этого открытые окна домов со стороны улицы кажутся черными, хотя внутри комнат достаточно светло из-за отражения света от стен.

Исследование теплового излучения сыграло важную роль в создании квантовой теории света. Законы, которым он подчиняется, будут рассмотрены в следующей главе.

Люминесценция

Люминесценция – излучение, представляющее собой избыток над тепловым излучением тела и продолжающееся в течение времени, значительно превышающего период световых колебаний (10–15 с). Люминесценцией называют свечение тел, которое не может быть объяснено их тепловым излучением. Люминесцировать тело может при любой температуре. Поэтому люминесценцию часто называют холодным свечением. Вещества, способные превращать поглощаемую ими энергию в люминесцентное свечение, называют люминофорами.

Фотолюминесценция – возникает при возбуждении атомов вещества светом (ультрафиолетовые лучи и коротковолновая часть видимого света).

Рентгенолюминесценция – возникает при возбуждении атомов рентгеновским и γ-излучением (экраны рентгеновских аппаратов, индикаторы радиации).

Катодолюминесценция – возникает при возбуждении атомов ускоренными электронами (кинескопы, экраны осциллографов, мониторов).

Радиолюминесценция – возникает при возбуждении атомов продуктами радиоактивного распада.

Электролюминесценция – возникает при возбуждении атомов под действием электрического поля (возбуждение молекул газа электрическим разрядом –газоразрядные лампы).

Хемилюминесценция – возникает при возбуждении молекул в процессе химических реакций.

Биолюминесценция – возникает в биологических объектах в результате определенных биохимических процессов.

Сонолюминесценция – возникает под действием ультразвука.

Люминесценция продолжается и после прекращения внешнего возбуждения люминофора. По длительности остаточного свечения различают флуоресценцию и фосфоресценцию:

  • Флуоресценция – кратковременное остаточное свечение, длительность которого составляет 10–9 — 10–8 с.
  • Фосфоресценция – продолжительное остаточное свечение, длительность которого составляет 10–4 — 104 с.

Инфракрасные и ультрафиолетовые лучи

Излучение, которое обнаруживается перед красной частью видимого спектра, называется инфракрасным излучением. ИК излучение занимает частотный диапазон 3 • 1011 — 3,85 • 1014 Гц (диапазон длин волн 780 нм – 1 мм). Источниками невидимого инфракрасного излучения являются все нагретые тела.

Излучение, которое обнаруживается непосредственно за фиолетовой частью видимого спектра, называют ультрафиолетовым излучением. УФ излучение занимает частотный диапазон 8 • 1014 — 3 • 1016 Гц (диапазон длин волн 10 – 380 нм). Источниками УФ излучения – являются валентные электроны атомов, а также ускоренно движущиеся свободные заряды.

Невидимое УФ излучение обнаруживается по его активному химическому и биологическому воздействию на тела. УФ излучение действует разрушительно на сетчатку глаза. Глаза защищают стеклянными солнцезащитными очками, так как стекло не пропускает УФ излучение. Различные дозы УФ излучения оказывают различное действие на кожу человека: образование защитного пигмента (загара), витамина D2, оказывают бактерицидное действие. УФ излучение широко используется в производстве и медицине.

Рентгеновские лучи

Рентгеновское излучение (Х–лучи) возникает в частотном диапазоне 3 • 1016 – 3 • 1020 Гц (диапазон длин волн 10–12 – 10–8 м) и является излучением высокой проникающей способности для X–лучей прозрачен лист картона, данное свойство используется в медицине, при рентгеноструктурном анализе в научных экспериментах.

Источниками рентгеновского излучения являются изменяющие свои состояния электроны на внутренних оболочках атомов и ускоренно движущиеся свободные электроны.

Гамма-излучение

γ-излучение – самое коротковолновое электромагнитное излучение, занимающее весь диапазон частот более 3 • 1020 Гц (длины волн менее 10–12 м). Обладает еще большей проникающей способностью, чем Х–лучи (γ-излучение проходит сквозь метровый слой бетона).

Поглощение атмосферой Земли практически всех γ-лучей, приходящих к нам из космоса обеспечивает возможность жизни на Земле, γ-излучение возникает при радиоактивном распаде ядер.

Источниками γ-излучения являются атомные ядра, изменяющие свое энергетическое состояние, а так же ускоренно движущиеся частицы.

Шкала электромагнитных волн

Спектр электромагнитных волн условно делят на восемь диапазонов частот (длин волн).

Излучения и спектры

 

Решение задач по Квантовой физике

 


Вы смотрели конспект урока по физике для 10-11 классов «Излучения и спектры».
Выберите дальнейшее действие:

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *