§ 4 ऊर्जा चमक। स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून।

वीन का विस्थापन कानून

आरइ(एकीकृत ऊर्जा चमक) - ऊर्जा चमक किसी दिए गए तापमान T पर 0 से तक की संपूर्ण आवृत्ति रेंज में प्रति इकाई समय में एक सतह से उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा निर्धारित करती है।

संबंध ऊर्जा चमक और चमक

[पुनः ] \u003d जे / (एम 2 एस) \u003d डब्ल्यू / एम 2

जे. स्टीफ़न (ऑस्ट्रियाई वैज्ञानिक) और एल. बोल्ट्ज़मैन (जर्मन वैज्ञानिक) का नियम

कहाँ पे

\u003d 5.67 10 -8 डब्ल्यू / (एम 2 के 4) - स्टेफ-ऑन-बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक।

एक काले शरीर की ऊर्जा चमक थर्मोडायनामिक तापमान की चौथी शक्ति के समानुपाती होती है।

स्टीफ़न-बोल्ट्ज़मैन का नियम, निर्भरता को परिभाषित करता हैआरइतापमान पर, पूरी तरह से काले शरीर के विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना के बारे में कोई जवाब नहीं देता है। प्रयोगात्मक निर्भरता वक्रों सेआर, टी से λ विभिन्न पर टीयह इस प्रकार है कि एक ब्लैकबॉडी के स्पेक्ट्रम में ऊर्जा का वितरण असमान है। सभी वक्रों में अधिकतम होता है, जो बढ़ते हुए टीकम तरंगदैर्घ्य की ओर खिसकता है। निर्भरता वक्र से घिरा क्षेत्रआर,T से, बराबर . है आरइ(यह समाकल के ज्यामितीय अर्थ से निकलता है) और के समानुपाती होता है टी 4 .

वियन का विस्थापन कानून (1864 - 1928): लंबाई, तरंगें (λ मैक्स), जो कि a.ch.t की अधिकतम उत्सर्जन के लिए जिम्मेदार है। किसी दिए गए तापमान पर, तापमान के व्युत्क्रमानुपाती होता है टी.

बी\u003d 2.9 10 -3 मीटर के - वीन स्थिरांक।

वियन शिफ्ट इसलिए होता है क्योंकि जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, अधिकतम उत्सर्जन कम तरंग दैर्ध्य की ओर शिफ्ट होता है।

§ 5 रेले-जीन्स सूत्र, वियन का सूत्र और पराबैंगनी तबाही

स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून आपको ऊर्जा की चमक निर्धारित करने की अनुमति देता हैआरइए.एच.टी. इसके तापमान से। वियन का विस्थापन नियम शरीर के तापमान को उस तरंग दैर्ध्य से संबंधित करता है जिस पर अधिकतम उत्सर्जन होता है। लेकिन न तो एक और न ही दूसरा कानून मुख्य समस्या को हल करता है कि ए.एच.टी. के स्पेक्ट्रम में प्रत्येक प्रति विकिरण क्षमता कितनी महान है। तापमान पर टी. ऐसा करने के लिए, आपको एक कार्यात्मक निर्भरता स्थापित करने की आवश्यकता हैआर, टी और . से टी.

स्वतंत्रता की डिग्री पर ऊर्जा के समान वितरण के कानून में विद्युत चुम्बकीय तरंगों के उत्सर्जन की निरंतर प्रकृति की अवधारणा के आधार पर, ए.सी.टी. की उत्सर्जन के लिए दो सूत्र प्राप्त किए गए थे:

• शराब सूत्र

कहाँ पे ए, बी = स्थिरांक.

• रेले-जीन्स फॉर्मूला

कश्मीर =1.38·10 -23 जे/के - बोल्ट्जमान नियतांक।

प्रायोगिक सत्यापन से पता चला है कि किसी दिए गए तापमान के लिए वियन का सूत्र छोटी तरंगों के लिए सही है और लंबी तरंगों के क्षेत्र में अनुभव के साथ तेज विसंगतियां देता है। रेले-जीन्स सूत्र लंबी तरंगों के लिए सही निकला और छोटी तरंगों के लिए लागू नहीं।

रेले-जीन्स सूत्र का उपयोग करते हुए थर्मल विकिरण के अध्ययन से पता चला है कि शास्त्रीय भौतिकी के ढांचे के भीतर एसीएचटी की उत्सर्जन की विशेषता वाले फ़ंक्शन की समस्या को हल करना असंभव है। A.Ch.T के विकिरण के नियमों को समझाने का यह असफल प्रयास। शास्त्रीय भौतिकी के तंत्र की मदद से इसे "पराबैंगनी तबाही" कहा गया।

अगर हम गणना करने की कोशिश करते हैंआरइरेले-जीन्स सूत्र का उपयोग करते हुए, तब

• “ पराबैंगनी आपदा”

6 क्वांटम परिकल्पना और प्लैंक का सूत्र।

1900 में, एम। प्लैंक (एक जर्मन वैज्ञानिक) ने एक परिकल्पना सामने रखी जिसके अनुसार ऊर्जा का उत्सर्जन और अवशोषण लगातार नहीं होता है, लेकिन कुछ छोटे भागों में - क्वांटा, और क्वांटम ऊर्जा दोलन आवृत्ति (प्लैंक का सूत्र) के समानुपाती होती है ):

एच \u003d 6.625 10 -34 जे एस - प्लैंक का स्थिरांक या

कहाँ पे

चूंकि विकिरण भागों में होता है, थरथरानवाला (थरथरानवाला परमाणु, इलेक्ट्रॉन) ई की ऊर्जा केवल वे मान लेती है जो ऊर्जा के प्राथमिक भागों की पूर्णांक संख्या के गुणक होते हैं, अर्थात केवल असतत मान

ई = एनई ओ = एनएचν .

प्रकाश विद्युत प्रभाव

विद्युत प्रक्रियाओं के दौरान प्रकाश के प्रभाव का पहली बार 1887 में हर्ट्ज़ द्वारा अध्ययन किया गया था। उन्होंने एक इलेक्ट्रिक स्पार्क गैप के साथ प्रयोग किए और पाया कि जब पराबैंगनी विकिरण से विकिरणित होता है, तो डिस्चार्ज बहुत कम वोल्टेज पर होता है।

1889-1895 में। ए.जी. स्टोलेटोव ने निम्नलिखित योजना का उपयोग करके धातुओं पर प्रकाश के प्रभाव का अध्ययन किया। दो इलेक्ट्रोड: एक वैक्यूम ट्यूब में अध्ययन के तहत धातु से बना कैथोड के और एनोड ए (स्टोलेटोव की योजना में - एक धातु की जाली जो प्रकाश को प्रसारित करती है) बैटरी से जुड़ी होती है ताकि प्रतिरोध की मदद से आरआप उन पर लागू वोल्टेज के मान और चिह्न को बदल सकते हैं। जब जिंक कैथोड को विकिरणित किया गया, तो सर्किट में एक करंट प्रवाहित हुआ, जिसे एक मिलीमीटर द्वारा रिकॉर्ड किया गया। विभिन्न तरंग दैर्ध्य के प्रकाश के साथ कैथोड को विकिरणित करके, स्टोलेटोव ने निम्नलिखित बुनियादी कानून स्थापित किए:

• सबसे मजबूत प्रभाव पराबैंगनी विकिरण द्वारा डाला जाता है;
• प्रकाश की क्रिया के तहत, कैथोड से ऋणात्मक आवेश निकल जाते हैं;
• प्रकाश की क्रिया से उत्पन्न धारा की शक्ति उसकी तीव्रता के समानुपाती होती है।

1898 में लेनार्ड और थॉमसन ने विशिष्ट आवेश को मापा ( इ/ एम), निकाले गए कण, और यह पता चला कि यह इलेक्ट्रॉन के विशिष्ट आवेश के बराबर है, इसलिए, इलेक्ट्रॉनों को कैथोड से बाहर निकाल दिया जाता है।

§ 2 बाह्य प्रकाश-विद्युत प्रभाव। बाह्य प्रकाश-विद्युत प्रभाव के तीन नियम

बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रकाश की क्रिया के तहत किसी पदार्थ द्वारा इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है। बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव वाले पदार्थ से निकलने वाले इलेक्ट्रॉनों को फोटोइलेक्ट्रॉन कहा जाता है, और उनके द्वारा उत्पन्न धारा को फोटोक्रेक्ट कहा जाता है।

स्टोलेटोव योजना का उपयोग करते हुए, फोटोक्रेक्ट की निम्नलिखित निर्भरतानिरंतर चमकदार प्रवाह पर लागू वोल्टेज एफ(अर्थात, I-V विशेषता प्राप्त की गई थी - वर्तमान-वोल्टेज विशेषता):

कुछ वोल्टेज परयूएचफोटोकरंट संतृप्ति तक पहुँचता हैमैंएन - कैथोड द्वारा उत्सर्जित सभी इलेक्ट्रॉन एनोड तक पहुंचते हैं, इसलिए संतृप्ति धारामैंएन प्रकाश की क्रिया के तहत प्रति इकाई समय में कैथोड द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या से निर्धारित होता है। जारी फोटोइलेक्ट्रॉनों की संख्या कैथोड सतह पर आपतित प्रकाश क्वांटा की संख्या के समानुपाती होती है। और प्रकाश क्वांटा की संख्या चमकदार प्रवाह द्वारा निर्धारित की जाती है एफकैथोड पर गिरना। फोटोन की संख्याएनसमय के साथ गिरनाटी सतह के लिए सूत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है:

कहाँ पे वू- समय के दौरान सतह द्वारा प्राप्त विकिरण ऊर्जाटी,

फोटॉन ऊर्जा,

एफ ई -चमकदार प्रवाह (विकिरण शक्ति)।

बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का पहला नियम (स्टोलेटोव का नियम):

घटना प्रकाश की एक निश्चित आवृत्ति पर, संतृप्ति प्रकाश धारा आपतित प्रकाश प्रवाह के समानुपाती होती है:

मैंहम~ , =स्थिरांक

यूएच - रिटार्डिंग वोल्टेजवह वोल्टेज है जिस पर कोई इलेक्ट्रॉन एनोड तक नहीं पहुंच सकता है। इसलिए, इस मामले में ऊर्जा के संरक्षण का नियम लिखा जा सकता है: उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की ऊर्जा विद्युत क्षेत्र की मंद ऊर्जा के बराबर होती है

इसलिए, उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉनों का अधिकतम वेग ज्ञात किया जा सकता हैवीमैक्स

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का दूसरा नियम : अधिकतम प्रारंभिक गतिवीमैक्सफोटोइलेक्ट्रॉन आपतित प्रकाश की तीव्रता पर निर्भर नहीं करते (पर .) एफ), लेकिन केवल इसकी आवृत्ति ν . द्वारा निर्धारित किया जाता है

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का तीसरा नियम : हर पदार्थ के लिए है "लाल सीमा" फोटो प्रभाव, यानी न्यूनतम आवृत्ति ν kp, पदार्थ की रासायनिक प्रकृति और उसकी सतह की स्थिति के आधार पर, जिस पर बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अभी भी संभव है।

प्रकाश की तरंग प्रकृति (या प्रकाश के शास्त्रीय विद्युत चुम्बकीय सिद्धांत) का उपयोग करके फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के दूसरे और तीसरे नियमों को समझाया नहीं जा सकता है। इस सिद्धांत के अनुसार, धातु से चालन इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालना प्रकाश तरंग के विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र द्वारा उनके "रॉकिंग" का परिणाम है। जैसे-जैसे प्रकाश की तीव्रता बढ़ती है ( एफ) धातु के इलेक्ट्रॉन द्वारा संचरित ऊर्जा में वृद्धि होनी चाहिए, इसलिए इसे बढ़ाना चाहिएवीमैक्स, और यह फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के दूसरे नियम का खंडन करता है।

चूंकि, तरंग सिद्धांत के अनुसार, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र द्वारा प्रेषित ऊर्जा प्रकाश की तीव्रता के समानुपाती होती है ( एफ), फिर कोई प्रकाश; आवृत्ति, लेकिन पर्याप्त रूप से उच्च तीव्रता को धातु से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालना होगा, अर्थात, फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की लाल सीमा मौजूद नहीं होगी, जो कि फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के तीसरे नियम के विपरीत है। बाह्य प्रकाश-विद्युत प्रभाव जड़त्वहीन होता है। और तरंग सिद्धांत इसकी जड़त्वहीनता की व्याख्या नहीं कर सकता।

3 बाहरी प्रकाश-विद्युत प्रभाव के लिए आइंस्टीन का समीकरण।

समारोह का कार्य

1905 में, ए आइंस्टीन ने क्वांटम अवधारणाओं के आधार पर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की व्याख्या की। आइंस्टीन के अनुसार, प्लैंक की परिकल्पना के अनुसार प्रकाश न केवल क्वांटा द्वारा उत्सर्जित होता है, बल्कि अंतरिक्ष में फैलता है और अलग-अलग भागों में पदार्थ द्वारा अवशोषित होता है - ऊर्जा के साथ क्वांटा ई0 = एचवी. विद्युत चुम्बकीय विकिरण के क्वांटा को कहा जाता है फोटॉनों.

आइंस्टीन का समीकरण (बाहरी फोटो प्रभाव के लिए ऊर्जा के संरक्षण का नियम):

घटना फोटॉन ऊर्जा एचवीधातु से एक इलेक्ट्रॉन को बाहर निकालने पर खर्च किया जाता है, अर्थात कार्य फलन पर एक आउट, और उत्सर्जित फोटोइलेक्ट्रॉन को गतिज ऊर्जा का संचार करने के लिए।

किसी ठोस पिंड से निर्वात में निकालने के लिए इलेक्ट्रॉन को प्रदान की जाने वाली सबसे छोटी ऊर्जा कहलाती है समारोह का कार्य.

फर्म की ऊर्जा के बाद से इ एफतापमान पर निर्भर करता है और इ एफ, तापमान के साथ भी बदलता है, इसलिए, एक आउटतापमान पर निर्भर।

इसके अलावा, कार्य कार्य सतह खत्म करने के लिए बहुत संवेदनशील है। सतह पर एक फिल्म लागू करना एसए, एसजी, वा) पर वूएक आउटशुद्ध के लिए 4.5 eV से घटता हैवू 1.5 घंटे तक अशुद्धता के लिए 2 ईवीवू.

आइंस्टीन के समीकरण से व्याख्या करना संभव हो जाता हैसी ई बाहरी फोटो-प्रभाव के तीन नियम,

पहला नियम: प्रत्येक क्वांटम केवल एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अवशोषित होता है। इसलिए, निकाले गए फोटोइलेक्ट्रॉनों की संख्या तीव्रता के समानुपाती होनी चाहिए ( एफ) स्वेता

दूसरा कानून: वीमैक्स~ और तब से एक आउटपर निर्भर नहीं करता है एफ, फिर औरवीमैक्स पर निर्भर नहीं करता है एफ

तीसरा नियम: जैसे-जैसे घटता है,वीमैक्स और = ν 0 . के लिए वीमैक्स = 0, इसलिए,हो 0 = एक आउट, इसलिए, अर्थात् एक न्यूनतम आवृत्ति होती है, जिससे शुरू होकर बाहरी प्रकाश-विद्युत प्रभाव संभव होता है।

पिंडों के ऊष्मीय विकिरण को विद्युत चुम्बकीय विकिरण कहा जाता है जो शरीर की आंतरिक ऊर्जा के उस हिस्से के कारण होता है, जो इसके कणों की तापीय गति से संबंधित है।

तापमान पर गर्म किए गए निकायों के थर्मल विकिरण की मुख्य विशेषताएं टीहैं:

1. ऊर्जा चमकआर (टी ) -तरंग दैर्ध्य की पूरी श्रृंखला में, शरीर की प्रति इकाई सतह प्रति इकाई समय में उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा।विकिरण करने वाले पिंड की सतह के तापमान, प्रकृति और स्थिति पर निर्भर करता है। एसआई प्रणाली में आर ( टी ) आयाम है [डब्ल्यू/एम 2]।

2. ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्वआर (  ,टी) =डीडब्ल्यू/ डी - एक इकाई तरंग दैर्ध्य अंतराल में शरीर की सतह की एक इकाई द्वारा प्रति इकाई समय में उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा (माना गया तरंग दैर्ध्य के पास) ). वे। यह मात्रा संख्यात्मक रूप से ऊर्जा अनुपात के बराबर है डीडब्ल्यूसे तरंग दैर्ध्य की एक संकीर्ण सीमा में प्रति इकाई समय प्रति इकाई क्षेत्र उत्सर्जित होता है  इससे पहले  +डी , इस अंतराल की चौड़ाई तक। यह शरीर के तापमान, तरंगदैर्घ्य और विकिरणित पिंड की सतह की प्रकृति और स्थिति पर भी निर्भर करता है। एसआई प्रणाली में आर( , टी) आयाम है [डब्ल्यू/एम 3]।

ऊर्जा चमक आर(टी) ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व से संबंधित आर( , टी) इस अनुसार:

(1) [डब्ल्यू/एम2]

3. सभी पिंड न केवल विकिरण करते हैं, बल्कि अपनी सतह पर आपतित विद्युत चुम्बकीय तरंगों को भी अवशोषित करते हैं। एक निश्चित तरंग दैर्ध्य की विद्युत चुम्बकीय तरंगों के संबंध में निकायों की अवशोषण क्षमता निर्धारित करने के लिए, अवधारणा पेश की जाती है मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक-शरीर की सतह द्वारा अवशोषित मोनोक्रोमैटिक तरंग की ऊर्जा का एक घटना मोनोक्रोमैटिक तरंग की ऊर्जा से अनुपात:

मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक एक आयाम रहित मात्रा है जो तापमान और तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। यह दर्शाता है कि घटना की ऊर्जा का कितना अंश मोनोक्रोमैटिक तरंग शरीर की सतह द्वारा अवशोषित किया जाता है। मूल्य ( , टी) 0 से 1 तक मान ले सकते हैं।

रुद्धोष्म रूप से बंद प्रणाली में विकिरण (पर्यावरण के साथ गर्मी का आदान-प्रदान नहीं) संतुलन कहलाता है. यदि गुहा की दीवार में एक छोटा छेद बनाया जाता है, तो संतुलन की स्थिति थोड़ी बदल जाएगी, और गुहा से निकलने वाला विकिरण संतुलन विकिरण के अनुरूप होगा।

यदि इस तरह के छेद में एक बीम निर्देशित किया जाता है, तो गुहा की दीवारों पर बार-बार प्रतिबिंब और अवशोषण के बाद, यह वापस बाहर नहीं जा पाएगा। इसका मतलब है कि ऐसे छेद के लिए, अवशोषण गुणांक ( , टी) = 1.

एक छोटे से छेद के साथ माना बंद गुहा मॉडल में से एक के रूप में कार्य करता है बिल्कुल काला शरीर।

पूरी तरह से काला शरीरएक पिंड कहा जाता है जो उस पर सभी विकिरण घटना को अवशोषित करता है, चाहे विकिरण की दिशा, इसकी वर्णक्रमीय संरचना और ध्रुवीकरण (बिना किसी चीज को प्रतिबिंबित या संचारित किए) की दिशा की परवाह किए बिना।

एक ब्लैकबॉडी के लिए, ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व तरंग दैर्ध्य और तापमान का कुछ सार्वभौमिक कार्य है एफ( , टी) और इसकी प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है।

प्रकृति के सभी पिंड आंशिक रूप से अपनी सतह पर विकिरण की घटना को दर्शाते हैं और इसलिए पूर्ण रूप से काले पिंडों से संबंधित नहीं हैं। यदि किसी पिंड का मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक के लिए समान है सभी तरंग दैर्ध्य और कमइकाइयों(( , टी) = = const<1),तो ऐसे शरीर को कहा जाता है स्लेटी. एक भूरे रंग के शरीर के मोनोक्रोमैटिक अवशोषण का गुणांक केवल शरीर के तापमान, इसकी प्रकृति और इसकी सतह की स्थिति पर निर्भर करता है।

किरचॉफ ने दिखाया कि सभी निकायों के लिए, उनकी प्रकृति की परवाह किए बिना, ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व का मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक का अनुपात तरंग दैर्ध्य और तापमान का समान सार्वभौमिक कार्य है। एफ( , टी) , जो एक काले शरीर की ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व है :

समीकरण (3) किरचॉफ का नियम है।

किरचॉफ का नियमइस तरह तैयार किया जा सकता है: सिस्टम के सभी निकायों के लिए जो थर्मोडायनामिक संतुलन में हैं, गुणांक के लिए ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व का अनुपात मोनोक्रोमैटिक अवशोषण शरीर की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है, तरंग दैर्ध्य के आधार पर सभी निकायों के लिए समान कार्य है और तापमान टी.

पूर्वगामी और सूत्र (3) से यह स्पष्ट है कि किसी दिए गए तापमान पर, बड़े अवशोषण गुणांक वाले भूरे रंग के शरीर अधिक दृढ़ता से विकिरण करते हैं, और बिल्कुल काले शरीर सबसे अधिक दृढ़ता से विकिरण करते हैं। चूंकि पूरी तरह से काले शरीर के लिए(  , टी)=1, तो सूत्र (3) का तात्पर्य है कि सार्वत्रिक फलन एफ( , टी) एक काले शरीर की ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व है

शरीर की ऊर्जा चमक- - एक भौतिक मात्रा जो तापमान का एक कार्य है और संख्यात्मक रूप से सभी दिशाओं में और पूरे आवृत्ति स्पेक्ट्रम पर प्रति इकाई समय प्रति इकाई सतह क्षेत्र में शरीर द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा के बराबर है। जे / एस एम² = डब्ल्यू / एम²

ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व- आवृत्तियों (या तरंग दैर्ध्य) के पूरे स्पेक्ट्रम पर विकिरण ऊर्जा के वितरण की विशेषता आवृत्ति और तापमान का एक कार्य। इसी प्रकार के फलन को तरंगदैर्घ्य के पदों में भी लिखा जा सकता है

यह साबित किया जा सकता है कि आवृत्ति और तरंग दैर्ध्य के संदर्भ में व्यक्त ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व संबंध से संबंधित है:

पूरी तरह से काला शरीर- ऊष्मप्रवैगिकी में प्रयुक्त भौतिक आदर्शीकरण, एक ऐसा पिंड जो सभी श्रेणियों में उस पर पड़ने वाले सभी विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अवशोषित करता है और कुछ भी नहीं दर्शाता है। नाम के बावजूद, एक काला शरीर स्वयं किसी भी आवृत्ति के विद्युत चुम्बकीय विकिरण का उत्सर्जन कर सकता है और नेत्रहीन रूप से एक रंग होता है। एक काले शरीर का विकिरण स्पेक्ट्रम केवल उसके तापमान से निर्धारित होता है।

सामान्य रूप से किसी भी (ग्रे और रंगीन) निकायों के थर्मल विकिरण के स्पेक्ट्रम के प्रश्न में एक काले शरीर का महत्व, सबसे सरल गैर-तुच्छ मामला होने के अलावा, इस तथ्य में भी है कि संतुलन के स्पेक्ट्रम का सवाल किसी भी रंग और परावर्तन गुणांक के पिंडों का थर्मल विकिरण शास्त्रीय थर्मोडायनामिक्स के तरीकों से एक बिल्कुल काले शरीर से विकिरण के सवाल तक कम हो जाता है (और ऐतिहासिक रूप से यह पहले से ही 19 वीं शताब्दी के अंत तक किया गया था, जब एक से विकिरण की समस्या बिल्कुल काला शरीर सामने आया)।

प्रकृति में बिल्कुल काले शरीर नहीं होते हैं, इसलिए भौतिकी में प्रयोगों के लिए एक मॉडल का उपयोग किया जाता है। यह एक छोटे से उद्घाटन के साथ एक बंद गुहा है। इस छिद्र से प्रवेश करने वाला प्रकाश बार-बार परावर्तन के बाद पूरी तरह से अवशोषित हो जाएगा, और छेद बाहर से पूरी तरह से काला दिखाई देगा। लेकिन जब इस गुहा को गर्म किया जाता है, तो इसका अपना दृश्य विकिरण होगा। चूंकि गुहा की आंतरिक दीवारों द्वारा उत्सर्जित विकिरण, बाहर निकलने से पहले (आखिरकार, छेद बहुत छोटा है), अधिकांश मामलों में, यह बड़ी संख्या में नए अवशोषण और विकिरणों से गुजरेगा, यह कहा जा सकता है निश्चित रूप से गुहा के अंदर विकिरण दीवारों के साथ थर्मोडायनामिक संतुलन में है। (वास्तव में, इस मॉडल के लिए छेद बिल्कुल भी महत्वपूर्ण नहीं है, केवल अंदर विकिरण की मौलिक अवलोकन पर जोर देने की आवश्यकता है; उदाहरण के लिए, छेद पूरी तरह से बंद हो सकता है, और केवल तभी खोला जा सकता है जब संतुलन पहले ही हो चुका हो स्थापित किया गया है और माप किया जा रहा है)।

2. किरचॉफ का विकिरण नियम 1859 में जर्मन भौतिक विज्ञानी किरचॉफ द्वारा स्थापित एक भौतिक नियम है। आधुनिक फॉर्मूलेशन में, कानून निम्नानुसार पढ़ता है: किसी भी शरीर की अवशोषण क्षमता का अनुपात एक निश्चित आवृत्ति के लिए दिए गए तापमान पर सभी निकायों के लिए समान होता है और यह उनके आकार, रासायनिक संरचना आदि पर निर्भर नहीं करता है।

यह ज्ञात है कि जब विद्युत चुम्बकीय विकिरण किसी निश्चित पिंड पर पड़ता है, तो उसका कुछ भाग परावर्तित होता है, भाग अवशोषित होता है, और भाग को संचरित किया जा सकता है। दी गई आवृत्ति पर अवशोषित विकिरण के अंश को कहते हैं अवशोषण क्षमतातन । दूसरी ओर, प्रत्येक गर्म पिंड एक निश्चित नियम के अनुसार ऊर्जा विकीर्ण करता है, जिसे कहा जाता है शरीर का उत्सर्जन.

एक शरीर से दूसरे शरीर में जाने पर मूल्य और बहुत भिन्न हो सकते हैं, हालांकि, किरचॉफ विकिरण कानून के अनुसार, उत्सर्जक और अवशोषित क्षमताओं का अनुपात शरीर की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है और आवृत्ति का एक सार्वभौमिक कार्य है ( तरंग दैर्ध्य) और तापमान:

परिभाषा के अनुसार, एक पूरी तरह से काला शरीर अपने ऊपर पड़ने वाले सभी विकिरणों को अवशोषित करता है, अर्थात इसके लिए। इसलिए, फ़ंक्शन स्टीफन-बोल्ट्ज़मान कानून द्वारा वर्णित एक बिल्कुल काले शरीर की उत्सर्जन के साथ मेल खाता है, जिसके परिणामस्वरूप किसी भी शरीर की उत्सर्जन केवल उसकी अवशोषण क्षमता के आधार पर पाई जा सकती है।

स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून- पूरी तरह से काले शरीर के विकिरण का नियम। अपने तापमान पर एक बिल्कुल काले शरीर की विकिरण शक्ति की निर्भरता निर्धारित करता है। कानून का शब्दांकन: एक बिल्कुल काले शरीर की विकिरण शक्ति सीधे सतह क्षेत्र और शरीर के तापमान की चौथी शक्ति के समानुपाती होती है: पी = एसεσ टी 4, जहां उत्सर्जन की डिग्री है (सभी पदार्थों के लिए ε< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).

विकिरण के लिए प्लैंक के नियम का उपयोग करते हुए, स्थिरांक को परिभाषित किया जा सकता है कि प्लैंक स्थिरांक कहाँ है, कबोल्ट्जमान स्थिरांक है, सीप्रकाश की गति है।

संख्यात्मक मान J s −1 m −2 K −4 ।

जर्मन भौतिक विज्ञानी डब्ल्यू। विएन (1864-1928) ने थर्मो- और इलेक्ट्रोडायनामिक्स के नियमों पर भरोसा करते हुए, फ़ंक्शन के अधिकतम के अनुरूप तरंग दैर्ध्य l अधिकतम की निर्भरता की स्थापना की। आर एल, टी,तापमान टी।इसके अनुसार वीन का विस्थापन कानून,एल अधिकतम \u003d बी / टी

यानी तरंग दैर्ध्य एल अधिकतम ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व के अधिकतम मूल्य के अनुरूप है आर एल, टीब्लैकबॉडी अपने थर्मोडायनामिक तापमान के विपरीत आनुपातिक है, बी-वियन स्थिरांक: इसका प्रायोगिक मान 2.9 10 -3 m K है। इसलिए व्यंजक (199.2) को नियम कहा जाता है। पक्षपातदोष यह है कि यह फ़ंक्शन के अधिकतम की स्थिति के विस्थापन को दर्शाता है आर एल, टीजैसे-जैसे तापमान लघु तरंग दैर्ध्य के क्षेत्र में बढ़ता है। वीन का नियम बताता है कि, जैसे-जैसे गर्म पिंडों का तापमान घटता है, लंबी-तरंग विकिरण उनके स्पेक्ट्रम में प्रबल होती है (उदाहरण के लिए, धातु के ठंडा होने पर सफेद गर्मी का लाल रंग में संक्रमण)।

इस तथ्य के बावजूद कि स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन और वीन कानून थर्मल विकिरण के सिद्धांत में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं, वे विशेष कानून हैं, क्योंकि वे विभिन्न तापमानों पर आवृत्तियों पर ऊर्जा के वितरण की एक सामान्य तस्वीर नहीं देते हैं।

3. बता दें कि इस गुहा की दीवारें अपने ऊपर पड़ने वाले प्रकाश को पूरी तरह से परावर्तित कर देती हैं। चलो गुहा में कुछ शरीर रखें जो प्रकाश ऊर्जा का उत्सर्जन करेगा। गुहा के अंदर एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र उत्पन्न होगा और अंत में, यह विकिरण से भर जाएगा जो शरीर के साथ थर्मल संतुलन की स्थिति में है। उस स्थिति में भी संतुलन आएगा जब, किसी भी तरह से, अपने पर्यावरण के साथ जांच किए गए शरीर की गर्मी का आदान-प्रदान पूरी तरह से समाप्त हो जाता है (उदाहरण के लिए, हम इस मानसिक प्रयोग को निर्वात में करेंगे, जब गर्मी चालन की कोई घटना नहीं होगी और संवहन)। केवल प्रकाश के उत्सर्जन और अवशोषण की प्रक्रियाओं के कारण, संतुलन आवश्यक रूप से आ जाएगा: विकिरण करने वाले शरीर में विद्युत चुम्बकीय विकिरण के तापमान के बराबर तापमान होगा जो आइसोट्रोपिक रूप से गुहा के अंदर की जगह को भरता है, और शरीर की सतह के प्रत्येक चयनित भाग के रूप में उत्सर्जित होगा प्रति यूनिट समय के रूप में बहुत अधिक ऊर्जा अवशोषित करता है। इस मामले में, बंद गुहा के अंदर रखे गए शरीर के गुणों की परवाह किए बिना संतुलन होना चाहिए, हालांकि, संतुलन स्थापित करने में लगने वाले समय को प्रभावित करता है। गुहा में विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की ऊर्जा घनत्व, जैसा कि नीचे दिखाया जाएगा, संतुलन की स्थिति में केवल तापमान द्वारा निर्धारित किया जाता है।

संतुलन थर्मल विकिरण को चिह्नित करने के लिए, न केवल मात्रा ऊर्जा घनत्व महत्वपूर्ण है, बल्कि स्पेक्ट्रम पर इस ऊर्जा का वितरण भी महत्वपूर्ण है। इसलिए, हम फ़ंक्शन का उपयोग करके गुहा के अंदर की जगह को आइसोट्रोपिक रूप से भरने वाले संतुलन विकिरण को चिह्नित करेंगे तुम ω - विकिरण का वर्णक्रमीय घनत्व,यानी, विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की एक इकाई मात्रा की औसत ऊर्जा, आवृत्ति रेंज में ω से + तक वितरित और इस अंतराल के मूल्य से संबंधित है। जाहिर है मूल्य तुमतापमान पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर होना चाहिए, इसलिए हम इसे निरूपित करते हैं तुम(ω, टी)।कुल ऊर्जा घनत्व यू(टी) साथ जुड़े तुम(ω, टी) सूत्र।

कड़ाई से बोलते हुए, तापमान की अवधारणा केवल संतुलन थर्मल विकिरण पर लागू होती है। संतुलन पर, तापमान स्थिर रहना चाहिए। हालांकि, अक्सर तापमान की अवधारणा का उपयोग गरमागरम निकायों को चिह्नित करने के लिए भी किया जाता है जो विकिरण के साथ संतुलन में नहीं होते हैं। इसके अलावा, सिस्टम के मापदंडों में धीमी गति से बदलाव के साथ, प्रत्येक निश्चित अवधि में इसके तापमान को चिह्नित करना संभव है, जो धीरे-धीरे बदल जाएगा। इसलिए, उदाहरण के लिए, यदि गर्मी का प्रवाह नहीं होता है और विकिरण एक चमकदार शरीर की ऊर्जा में कमी के कारण होता है, तो इसका तापमान भी कम हो जाएगा।

आइए हम एक काले शरीर की उत्सर्जन और संतुलन विकिरण के वर्णक्रमीय घनत्व के बीच एक संबंध स्थापित करें। ऐसा करने के लिए, हम मध्यम-घनत्व विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा से भरे एक बंद गुहा के अंदर स्थित एक क्षेत्र पर ऊर्जा प्रवाह की घटना की गणना करते हैं यू .ठोस कोण dΩ के भीतर कोण θ और ϕ (चित्र 6a) द्वारा निर्धारित दिशा में विकिरण को एक इकाई क्षेत्र पर गिरने दें:

चूंकि संतुलन विकिरण आइसोट्रोपिक है, गुहा को भरने वाली कुल ऊर्जा के बराबर एक अंश दिए गए ठोस कोण में फैलता है। प्रति इकाई समय में एक इकाई क्षेत्र से गुजरने वाली विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा का प्रवाह

की जगह दोअभिव्यक्ति और के भीतर (0, 2π) और के भीतर (0, π/2) पर एकीकरण, हम एक इकाई क्षेत्र पर कुल ऊर्जा प्रवाह घटना प्राप्त करते हैं:

यह स्पष्ट है कि संतुलन की स्थिति में पूरी तरह से काले शरीर की उत्सर्जन की अभिव्यक्ति (13) की बराबरी करना आवश्यक है आर, जो के पास एक इकाई आवृत्ति अंतराल में साइट द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा प्रवाह की विशेषता है:

इस प्रकार, यह दिखाया गया है कि एक बिल्कुल काले शरीर की उत्सर्जन, एक कारक सी / 4 तक, संतुलन विकिरण के वर्णक्रमीय घनत्व के साथ मेल खाता है। विकिरण के प्रत्येक वर्णक्रमीय घटक के लिए समानता (14) को संतुष्ट होना चाहिए, इसलिए यह इस प्रकार है कि एफ(ω, टी)= तुम(ω, टी) (15)

अंत में, हम इंगित करते हैं कि एक पूर्ण ब्लैक बॉडी का विकिरण (उदाहरण के लिए, गुहा में एक छोटे से छेद द्वारा उत्सर्जित प्रकाश) अब संतुलन में नहीं होगा। विशेष रूप से, यह विकिरण आइसोट्रोपिक नहीं है, क्योंकि यह सभी दिशाओं में नहीं फैलता है। लेकिन इस तरह के विकिरण के लिए स्पेक्ट्रम पर ऊर्जा का वितरण संतुलन विकिरण के वर्णक्रमीय घनत्व के साथ मेल खाएगा जो गुहा के अंदर की जगह को आइसोट्रोपिक रूप से भर देगा। इससे संबंध (14) का उपयोग करना संभव हो जाता है, जो किसी भी तापमान पर मान्य होता है। किसी अन्य प्रकाश स्रोत का स्पेक्ट्रम में समान ऊर्जा वितरण नहीं है। इसलिए, उदाहरण के लिए, गैसों में एक विद्युत निर्वहन या रासायनिक प्रतिक्रियाओं के प्रभाव में चमक में स्पेक्ट्रा होता है जो बिल्कुल काले शरीर की चमक से काफी भिन्न होता है। तापदीप्त पिंडों के स्पेक्ट्रम पर ऊर्जा का वितरण भी एक ब्लैकबॉडी की चमक से स्पष्ट रूप से भिन्न होता है, जो एक सामान्य प्रकाश स्रोत (टंगस्टन फिलामेंट के साथ एक गरमागरम दीपक) और एक ब्लैकबॉडी के स्पेक्ट्रा की तुलना करके अधिक था।

4. स्वतंत्रता की डिग्री से अधिक ऊर्जा के समविभाजन के नियम के आधार पर: प्रत्येक विद्युत चुम्बकीय दोलन के लिए, एक औसत ऊर्जा होती है जिसे दो भागों kT से जोड़ा जाता है। एक आधा तरंग के विद्युत घटक द्वारा पेश किया जाता है, और दूसरा आधा चुंबकीय घटक द्वारा पेश किया जाता है। अपने आप में, गुहा में संतुलन विकिरण को स्थायी तरंगों की एक प्रणाली के रूप में दर्शाया जा सकता है। त्रि-आयामी अंतरिक्ष में खड़ी तरंगों की संख्या किसके द्वारा दी गई है:

हमारे मामले में, गति वीके बराबर होना चाहिए सी, इसके अलावा, एक ही आवृत्ति के साथ दो विद्युत चुम्बकीय तरंगें, लेकिन परस्पर लंबवत ध्रुवीकरण के साथ, एक ही दिशा में आगे बढ़ सकती हैं, फिर (1) इसके अलावा दो से गुणा किया जाना चाहिए:

तो, रेले और जीन्स, प्रत्येक दोलन को ऊर्जा सौंपी गई थी। (2) से गुणा करने पर, हम ऊर्जा घनत्व प्राप्त करते हैं जो आवृत्ति अंतराल dω पर पड़ता है:

पूरी तरह से काले शरीर के उत्सर्जन के संबंध को जानना एफ(ω, टी) ऊष्मीय विकिरण के संतुलन ऊर्जा घनत्व के साथ, के लिए एफ(ω, टी) हम पाते हैं: व्यंजक (3) और (4), कहलाते हैं रेले-जीन्स फॉर्मूला.

सूत्र (3) और (4) केवल लंबी तरंग दैर्ध्य के लिए प्रयोगात्मक डेटा के साथ संतोषजनक रूप से सहमत हैं; कम तरंग दैर्ध्य पर, प्रयोग के साथ समझौता तेजी से भिन्न होता है। इसके अलावा, समेकन (3) से अधिक की सीमा में 0 से लेकर संतुलन ऊर्जा घनत्व के लिए तुम(टी) एक असीम रूप से बड़ा मूल्य देता है। यह परिणाम, कहा जाता है पराबैंगनी आपदा, जाहिर है, प्रयोग के विरोध में है: विकिरण और विकिरण शरीर के बीच संतुलन को परिमित मूल्यों पर स्थापित किया जाना चाहिए तुम(टी).

पराबैंगनी आपदा- शास्त्रीय भौतिकी के विरोधाभास का वर्णन करने वाला एक भौतिक शब्द, जिसमें यह तथ्य शामिल है कि किसी भी गर्म शरीर के थर्मल विकिरण की कुल शक्ति अनंत होनी चाहिए। विरोधाभास का नाम इस तथ्य के कारण था कि विकिरण के वर्णक्रमीय शक्ति घनत्व को अनिश्चित काल तक बढ़ाना पड़ा क्योंकि तरंग दैर्ध्य छोटा हो गया था। संक्षेप में, इस विरोधाभास ने दिखाया, यदि शास्त्रीय भौतिकी की आंतरिक असंगति नहीं है, तो कम से कम प्राथमिक टिप्पणियों और प्रयोग के साथ एक अत्यंत तेज (बेतुका) विसंगति है।

5. प्लैंक की परिकल्पना- मैक्स प्लैंक द्वारा 14 दिसंबर, 1900 को सामने रखी गई एक परिकल्पना और इस तथ्य में शामिल है कि थर्मल विकिरण के दौरान, ऊर्जा लगातार नहीं, बल्कि अलग-अलग क्वांटा (भागों) में उत्सर्जित और अवशोषित होती है। ऐसे प्रत्येक भाग-क्वांटम में ऊर्जा होती है , आवृत्ति के समानुपाती ν विकिरण:

कहाँ पे एचया - आनुपातिकता का गुणांक, जिसे बाद में प्लैंक नियतांक कहा जाता है। इस परिकल्पना के आधार पर, उन्होंने एक पिंड के तापमान और इस पिंड द्वारा उत्सर्जित विकिरण के बीच संबंध की एक सैद्धांतिक व्युत्पत्ति का प्रस्ताव रखा - प्लैंक का सूत्र।

प्लैंक फॉर्मूला- एक ब्लैक बॉडी से विकिरण की वर्णक्रमीय शक्ति घनत्व के लिए एक अभिव्यक्ति, जिसे मैक्स प्लैंक द्वारा प्राप्त किया गया था। विकिरण ऊर्जा घनत्व के लिए तुम(ω, टी):

प्लैंक का सूत्र तब प्राप्त हुआ जब यह स्पष्ट हो गया कि रेले-जीन्स सूत्र केवल लंबी तरंगों के क्षेत्र में विकिरण का संतोषजनक वर्णन करता है। सूत्र को प्राप्त करने के लिए, प्लैंक ने 1900 में यह धारणा बनाई कि विद्युत चुम्बकीय विकिरण ऊर्जा के अलग-अलग हिस्सों (क्वांटा) के रूप में उत्सर्जित होता है, जिसका परिमाण अभिव्यक्ति द्वारा विकिरण आवृत्ति से संबंधित होता है:

आनुपातिकता के गुणांक को बाद में प्लैंक नियतांक = 1.054 10 −27 erg s कहा गया।

थर्मल विकिरण के गुणों की व्याख्या करने के लिए, विद्युत चुम्बकीय विकिरण के उत्सर्जन की अवधारणा को भागों (क्वांटा) में पेश करना आवश्यक था। विकिरण की क्वांटम प्रकृति की पुष्टि ब्रेम्सस्ट्रालंग स्पेक्ट्रम की एक लघु-तरंग दैर्ध्य सीमा के अस्तित्व से भी होती है।

एक्स-रे विकिरण तब होता है जब ठोस लक्ष्यों पर तेज इलेक्ट्रॉनों द्वारा बमबारी की जाती है। यहाँ, एनोड W, Mo, Cu, Pt - भारी अपवर्तक या उच्च तापीय चालकता धातुओं से बना है। इलेक्ट्रॉन ऊर्जा का केवल 1-3% ही विकिरण में जाता है, शेष एनोड पर गर्मी के रूप में छोड़ा जाता है, इसलिए एनोड्स को पानी से ठंडा किया जाता है। एक बार एनोड सामग्री में, इलेक्ट्रॉनों को मजबूत मंदी का अनुभव होता है और विद्युत चुम्बकीय तरंगों (एक्स-रे) का स्रोत बन जाता है।

एनोड से टकराने पर इलेक्ट्रॉन की प्रारंभिक गति सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है:

कहाँ पे यूत्वरित वोल्टेज है।

> ध्यान देने योग्य विकिरण केवल तेज इलेक्ट्रॉनों के तेज मंदी के दौरान देखा जाता है, जो से शुरू होता है यू~ 50 केवी, जबकि ( साथप्रकाश की गति है)। प्रेरण इलेक्ट्रॉन त्वरक में - बीटाट्रॉन, इलेक्ट्रॉन 50 MeV तक ऊर्जा प्राप्त करते हैं, = 0.99995 साथ. ऐसे इलेक्ट्रॉनों को एक ठोस लक्ष्य पर निर्देशित करके, हम एक छोटे तरंग दैर्ध्य के साथ एक्स-रे विकिरण प्राप्त करते हैं। इस विकिरण में उच्च भेदन शक्ति होती है। शास्त्रीय इलेक्ट्रोडायनामिक्स के अनुसार, जब एक इलेक्ट्रॉन कम हो जाता है, तो शून्य से अनंत तक सभी तरंग दैर्ध्य का विकिरण दिखाई देना चाहिए। तरंग दैर्ध्य जिस पर अधिकतम विकिरण शक्ति गिरती है, इलेक्ट्रॉन की गति बढ़ने पर घटनी चाहिए। हालांकि, शास्त्रीय सिद्धांत से एक बुनियादी अंतर है: शून्य बिजली वितरण मूल में नहीं जाता है, लेकिन परिमित मूल्यों पर टूट जाता है - यह है एक्स-रे स्पेक्ट्रम का लघु-तरंग दैर्ध्य किनारा.

यह प्रयोगात्मक रूप से स्थापित किया गया है कि

लघु-तरंग दैर्ध्य सीमा का अस्तित्व सीधे विकिरण की क्वांटम प्रकृति से होता है। दरअसल, अगर विकिरण के दौरान इलेक्ट्रॉन द्वारा खोई गई ऊर्जा के कारण विकिरण उत्पन्न होता है, तो क्वांटम की ऊर्जा इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा से अधिक नहीं हो सकती है यूरोपीय संघ, अर्थात। , यहाँ से या .

इस प्रयोग में, आप प्लैंक स्थिरांक निर्धारित कर सकते हैं एच. प्लैंक नियतांक निर्धारित करने की सभी विधियों में से, ब्रेम्सस्ट्रालंग स्पेक्ट्रम के लघु-तरंगदैर्ध्य किनारे को मापने पर आधारित विधि सबसे सटीक है।

7. फोटो प्रभाव- यह प्रकाश की क्रिया के तहत किसी पदार्थ के इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन है (और, सामान्यतया, कोई विद्युत चुम्बकीय विकिरण)। संघनित पदार्थों (ठोस और तरल) में, बाहरी और आंतरिक फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव प्रतिष्ठित होते हैं।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के नियम:

शब्दों फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का पहला नियम: किसी दी गई आवृत्ति पर प्रति इकाई समय में धातु की सतह से प्रकाश द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की संख्या धातु को प्रकाशित करने वाले प्रकाश प्रवाह के सीधे आनुपातिक होती है.

इसके अनुसार फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का दूसरा नियम, प्रकाश द्वारा उत्सर्जित इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम गतिज ऊर्जा प्रकाश की आवृत्ति के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है और इसकी तीव्रता पर निर्भर नहीं करती है.

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव का तीसरा नियम: प्रत्येक पदार्थ के लिए फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की एक लाल सीमा होती है, यानी प्रकाश की न्यूनतम आवृत्ति ν 0 (या अधिकतम तरंग दैर्ध्य 0), जिस पर फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अभी भी संभव है, और यदि ν 0, तो फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अब नहीं होता.

इन नियमों की सैद्धांतिक व्याख्या 1905 में आइंस्टीन ने की थी। उनके अनुसार, विद्युत चुम्बकीय विकिरण व्यक्तिगत क्वांटा (फोटॉन) की एक धारा है जिसमें ऊर्जा hν प्रत्येक है, जहां h प्लैंक स्थिरांक है। फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के साथ, घटना का हिस्सा विद्युत चुम्बकीय विकिरण धातु की सतह से परिलक्षित होता है, और भाग धातु की सतह परत में प्रवेश करता है और वहां अवशोषित होता है। एक फोटॉन को अवशोषित करने के बाद, इलेक्ट्रॉन इससे ऊर्जा प्राप्त करता है और कार्य कार्य करते हुए, धातु छोड़ देता है: एचν = एक आउट + हम, कहाँ पे हम- अधिकतम गतिज ऊर्जा जो धातु से बाहर निकलते समय एक इलेक्ट्रॉन में हो सकती है।

ऊर्जा के संरक्षण के नियम से, जब प्रकाश को कणों (फोटॉन) के रूप में दर्शाया जाता है, तो फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव के लिए आइंस्टीन का सूत्र इस प्रकार है: एचν = एक आउट + इक

कहाँ पे एक आउट- तथाकथित। कार्य फलन (किसी पदार्थ से एक इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा), एक उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन की गतिज ऊर्जा है (वेग के आधार पर, या तो एक सापेक्षतावादी कण की गतिज ऊर्जा की गणना की जा सकती है या नहीं), आवृत्ति है एक घटना फोटॉन ऊर्जा के साथ एचν, एचप्लैंक स्थिरांक है।

समारोह का कार्य- न्यूनतम ऊर्जा (आमतौर पर इलेक्ट्रॉन वोल्ट में मापा जाता है) के बीच का अंतर, जिसे एक ठोस शरीर की मात्रा से "प्रत्यक्ष" हटाने के लिए एक इलेक्ट्रॉन को प्रदान किया जाना चाहिए, और फर्मी ऊर्जा।

फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव की "लाल" सीमा- न्यूनतम आवृत्ति या अधिकतम तरंग दैर्ध्य मैक्सप्रकाश, जिस पर बाहरी फोटोइलेक्ट्रिक प्रभाव अभी भी संभव है, अर्थात फोटोइलेक्ट्रॉनों की प्रारंभिक गतिज ऊर्जा शून्य से अधिक है। आवृत्ति केवल आउटपुट के कार्य फलन पर निर्भर करती है। एक आउटइलेक्ट्रॉन: , जहाँ एक आउटएक विशिष्ट फोटोकैथोड के लिए कार्य फलन है, एचप्लैंक स्थिरांक है, और साथप्रकाश की गति है। समारोह का कार्य एक आउटफोटोकैथोड की सामग्री और इसकी सतह की स्थिति पर निर्भर करता है। जैसे ही प्रकाश आवृत्ति या तरंग दैर्ध्य के साथ फोटोकैथोड पर पड़ता है, फोटोइलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन तुरंत शुरू हो जाता है।

तो थर्मल विकिरण क्या है?

थर्मल विकिरण विद्युत चुम्बकीय विकिरण है जो किसी पदार्थ की संरचना में परमाणुओं और अणुओं की घूर्णी और कंपन गति की ऊर्जा के कारण होता है। थर्मल विकिरण उन सभी निकायों की विशेषता है जिनका तापमान परम शून्य के तापमान से अधिक है।

मानव शरीर का ऊष्मीय विकिरण विद्युत चुम्बकीय तरंगों की अवरक्त श्रेणी से संबंधित है। पहली बार इस तरह के विकिरण की खोज अंग्रेजी खगोलशास्त्री विलियम हर्शल ने की थी। 1865 में, अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी जे। मैक्सवेल ने साबित किया कि अवरक्त विकिरण में एक विद्युत चुम्बकीय प्रकृति होती है और इसकी तरंग लंबाई 760 . होती है एनएम 1-2 . तक मिमी. सबसे अधिक बार, IR विकिरण की पूरी श्रृंखला को क्षेत्रों में विभाजित किया जाता है: निकट (750 .) एनएम-2.500एनएम), मध्यम (2.500 .) एनएम - 50.000एनएम) और दूर (50.000 .) एनएम-2.000.000एनएम).

आइए उस मामले पर विचार करें जब शरीर ए गुहा बी में स्थित है, जो एक आदर्श परावर्तक (विकिरण-अभेद्य) खोल सी (छवि 1) द्वारा सीमित है। खोल की आंतरिक सतह से कई प्रतिबिंबों के परिणामस्वरूप, विकिरण दर्पण गुहा के भीतर रहेगा और आंशिक रूप से शरीर ए द्वारा अवशोषित किया जाएगा। ऐसी परिस्थितियों में, सिस्टम गुहा बी - शरीर ए ऊर्जा नहीं खोएगा, लेकिन केवल एक निरंतर शरीर A और गुहा B को भरने वाले विकिरण के बीच ऊर्जा का आदान-प्रदान होगा।

चित्र .1. गुहा B . की दर्पण दीवारों से ऊष्मीय तरंगों का एकाधिक परावर्तन

यदि प्रत्येक तरंग दैर्ध्य के लिए ऊर्जा का वितरण अपरिवर्तित रहता है, तो ऐसी प्रणाली की स्थिति संतुलन में होगी, और विकिरण भी संतुलन में होगा। संतुलन विकिरण का एकमात्र प्रकार थर्मल है। अगर, किसी कारण से, विकिरण और शरीर के बीच संतुलन बदल जाता है, तो ऐसी थर्मोडायनामिक प्रक्रियाएं होने लगती हैं जो सिस्टम को संतुलन की स्थिति में वापस कर देंगी। यदि शरीर A अवशोषित होने से अधिक विकिरण करना शुरू कर देता है, तो शरीर आंतरिक ऊर्जा खोना शुरू कर देता है और शरीर का तापमान (आंतरिक ऊर्जा के माप के रूप में) गिरना शुरू हो जाएगा, जिससे विकिरणित ऊर्जा की मात्रा कम हो जाएगी। शरीर का तापमान तब तक गिरेगा जब तक उत्सर्जित ऊर्जा की मात्रा शरीर द्वारा अवशोषित ऊर्जा की मात्रा के बराबर नहीं हो जाती। इस प्रकार, एक संतुलन राज्य आ जाएगा।

संतुलन थर्मल विकिरण में निम्नलिखित गुण होते हैं: सजातीय (गुहा के सभी बिंदुओं पर समान ऊर्जा प्रवाह घनत्व), आइसोट्रोपिक (प्रसार की संभावित दिशाएं समान रूप से संभावित हैं), गैर-ध्रुवीकृत (विद्युत और चुंबकीय के वैक्टर की दिशाएं और मूल्य) गुहा के सभी बिंदुओं पर क्षेत्र बेतरतीब ढंग से बदलते हैं)।

थर्मल विकिरण की मुख्य मात्रात्मक विशेषताएं हैं:

- ऊर्जा चमक - यह थर्मल विकिरण की संपूर्ण तरंग दैर्ध्य रेंज में विद्युत चुम्बकीय विकिरण की ऊर्जा की मात्रा है, जो प्रति इकाई समय में एक इकाई सतह क्षेत्र से सभी दिशाओं में शरीर द्वारा विकीर्ण होती है: आर \u003d ई / (एस टी), [जे / (एम 2 एस)] \u003d [डब्ल्यू / एम 2 ] ऊर्जा की चमक शरीर की प्रकृति, शरीर के तापमान, शरीर की सतह की स्थिति और विकिरण की तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करती है।

- ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व - दिए गए तापमान (T + dT) पर दिए गए तरंग दैर्ध्य (λ + dλ) के लिए शरीर की ऊर्जा चमक: R λ,T = f(λ, T)।

कुछ तरंग दैर्ध्य के भीतर एक शरीर की चमक की गणना R λ,T = f(λ, T) को T = const के लिए एकीकृत करके की जाती है:

- अवशोषण गुणांक - शरीर द्वारा अवशोषित ऊर्जा का आपतित ऊर्जा से अनुपात। इसलिए, यदि प्रवाह का विकिरण शरीर पर गिरता है, तो इसका एक हिस्सा शरीर की सतह से परावर्तित होता है - dФ neg, दूसरा भाग शरीर में गुजरता है और आंशिक रूप से ऊष्मा dФ अवशोषित में परिवर्तित हो जाता है, और तीसरा भाग, कई आंतरिक प्रतिबिंबों के बाद, शरीर से बाहर की ओर गुजरता है dФ pr : α = dФ अवशोषित / dФ गिरना।

अवशोषण गुणांक α अवशोषित शरीर की प्रकृति, अवशोषित विकिरण की तरंग दैर्ध्य, तापमान और शरीर की सतह की स्थिति पर निर्भर करता है।

- मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक- किसी दिए गए तापमान पर दिए गए तरंग दैर्ध्य के थर्मल विकिरण के अवशोषण का गुणांक: α ,T = f(λ,T)

पिंडों में ऐसे पिंड हैं जो उन पर पड़ने वाले किसी भी तरंग दैर्ध्य के सभी तापीय विकिरण को अवशोषित कर सकते हैं। ऐसे पूर्ण रूप से अवशोषित होने वाले पिंड कहलाते हैं पूरी तरह से काले शरीर. उनके लिए α = 1।

भूरे रंग के शरीर भी होते हैं जिनके लिए α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

ब्लैकबॉडी मॉडल एक गर्मी-अभेद्य खोल के साथ गुहा का एक छोटा सा उद्घाटन है। छेद का व्यास गुहा व्यास के 0.1 से अधिक नहीं है। एक स्थिर तापमान पर, पूरी तरह से काले शरीर की ऊर्जा चमक के अनुरूप, छेद से कुछ ऊर्जा उत्सर्जित होती है। लेकिन एबीबी एक आदर्शीकरण है। लेकिन एक काले शरीर के थर्मल विकिरण के नियम वास्तविक पैटर्न के करीब पहुंचने में मदद करते हैं।

2. तापीय विकिरण के नियम

1. किरचॉफ का नियम। ऊष्मीय विकिरण संतुलन है - शरीर द्वारा कितनी ऊर्जा उत्सर्जित की जाती है, इसका कितना भाग अवशोषित होता है। एक बंद गुहा में तीन निकायों के लिए, हम लिख सकते हैं:

संकेतित अनुपात तब भी सत्य होगा जब निकायों में से एक AF हो:

क्योंकि ब्लैकबॉडी α λT के लिए।
यह किरचॉफ का नियम है: किसी पिंड की ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व का उसके मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक (एक निश्चित तापमान पर और एक निश्चित तरंग दैर्ध्य के लिए) का अनुपात शरीर की प्रकृति पर निर्भर नहीं करता है और सभी निकायों के लिए समान है एक ही तापमान और तरंग दैर्ध्य पर ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व।

किरचॉफ के नियम से परिणाम:
1. एक ब्लैकबॉडी की वर्णक्रमीय ऊर्जा चमक तरंग दैर्ध्य और शरीर के तापमान का एक सार्वभौमिक कार्य है।
2. ब्लैकबॉडी की वर्णक्रमीय ऊर्जा चमक सबसे बड़ी है।
3. एक मनमानी शरीर की वर्णक्रमीय ऊर्जा चमक उसके अवशोषण गुणांक और पूरी तरह से काले शरीर की वर्णक्रमीय ऊर्जा चमक के उत्पाद के बराबर होती है।
4. किसी दिए गए तापमान पर कोई भी पिंड उसी तरंग दैर्ध्य की तरंगों का उत्सर्जन करता है जो वह दिए गए तापमान पर उत्सर्जित करता है।

कई तत्वों के स्पेक्ट्रा के एक व्यवस्थित अध्ययन ने किरचॉफ और बन्सन को गैसों के अवशोषण और उत्सर्जन स्पेक्ट्रा और संबंधित परमाणुओं की व्यक्तित्व के बीच एक स्पष्ट संबंध स्थापित करने की अनुमति दी। तो यह प्रस्तावित किया गया था वर्णक्रमीय विश्लेषण, जिसका उपयोग उन पदार्थों का पता लगाने के लिए किया जा सकता है जिनकी सांद्रता 0.1 एनएम है।

एक काले शरीर, एक भूरे रंग के शरीर, एक मनमाना शरीर के लिए ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व का वितरण। अंतिम वक्र में कई मैक्सिमा और मिनिमा होते हैं, जो ऐसे निकायों के विकिरण और अवशोषण की चयनात्मकता को इंगित करते हैं।

2. स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून।
1879 में, ऑस्ट्रियाई वैज्ञानिक जोसेफ स्टीफन (प्रयोगात्मक रूप से एक मनमाना शरीर के लिए) और लुडविग बोल्ट्ज़मैन (सैद्धांतिक रूप से एक काले शरीर के लिए) ने स्थापित किया कि संपूर्ण तरंग दैर्ध्य रेंज पर कुल ऊर्जा चमक पूर्ण शरीर के तापमान की चौथी शक्ति के समानुपाती होती है:

3. शराब का नियम।
1893 में जर्मन भौतिक विज्ञानी विल्हेम वीन ने एक कानून तैयार किया जो तापमान के आधार पर एक काले शरीर के विकिरण स्पेक्ट्रम में एक शरीर की ऊर्जा चमक के अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व की स्थिति निर्धारित करता है। कानून के अनुसार, तरंग दैर्ध्य अधिकतम , जो एक ब्लैकबॉडी की ऊर्जा चमक के अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व के लिए जिम्मेदार है, इसके पूर्ण तापमान टी के विपरीत आनुपातिक है: λ अधिकतम \u003d डब्ल्यू / टी, जहां डब्ल्यू \u003d 2.9 * 10 - 3 m K, वियन नियतांक है।

इस प्रकार, बढ़ते तापमान के साथ, न केवल कुल विकिरण ऊर्जा बदल जाती है, बल्कि ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व के वितरण वक्र का आकार भी बदल जाता है। वर्णक्रमीय घनत्व अधिकतम बढ़ते तापमान के साथ छोटी तरंग दैर्ध्य की ओर बढ़ता है। इसलिए वियन के नियम को विस्थापन का नियम कहा जाता है।

वीन का नियम लागू होता है ऑप्टिकल पाइरोमेट्री में- प्रेक्षक से दूर अत्यधिक गर्म पिंडों के उत्सर्जन स्पेक्ट्रम से तापमान निर्धारित करने की एक विधि। इस विधि से पहली बार सूर्य का तापमान (470nm T = 6160K के लिए) निर्धारित किया गया था।

प्रस्तुत कानूनों ने सैद्धांतिक रूप से तरंग दैर्ध्य पर ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व के वितरण के लिए समीकरणों को खोजना संभव नहीं बनाया। रेले और जीन्स के काम, जिसमें वैज्ञानिकों ने शास्त्रीय भौतिकी के नियमों के आधार पर ब्लैकबॉडी विकिरण की वर्णक्रमीय संरचना का अध्ययन किया, ने मूलभूत कठिनाइयों को जन्म दिया, जिसे पराबैंगनी तबाही कहा जाता है। यूवी तरंगों की श्रेणी में, ब्लैकबॉडी की ऊर्जा चमक अनंत तक पहुंच जानी चाहिए थी, हालांकि प्रयोगों में यह घटकर शून्य हो गई। इन परिणामों ने ऊर्जा संरक्षण के नियम का खंडन किया।

4. प्लैंक का सिद्धांत। 1900 में एक जर्मन वैज्ञानिक ने एक परिकल्पना सामने रखी कि शरीर लगातार नहीं, बल्कि अलग-अलग हिस्सों में - क्वांटा उत्सर्जित करता है। क्वांटम ऊर्जा विकिरण आवृत्ति के समानुपाती होती है: E = hν = h·c/λ, जहाँ h = 6.63*10 -34 J·s प्लैंक स्थिरांक है।

एक ब्लैकबॉडी के क्वांटम विकिरण की अवधारणाओं से प्रेरित होकर, उन्होंने एक ब्लैकबॉडी की ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व के लिए एक समीकरण प्राप्त किया:

यह सूत्र सभी तापमानों पर तरंग दैर्ध्य की पूरी श्रृंखला पर प्रयोगात्मक डेटा के अनुरूप है।

सूर्य प्रकृति में तापीय विकिरण का मुख्य स्रोत है। सौर विकिरण तरंग दैर्ध्य की एक विस्तृत श्रृंखला पर कब्जा कर लेता है: 0.1 एनएम से 10 मीटर या उससे अधिक तक। 99% सौर ऊर्जा 280 से 6000 . की सीमा में है एनएम. पहाड़ों में, पृथ्वी की सतह के प्रति इकाई क्षेत्र में 800 से 1000 W / m 2 गिरता है। ऊष्मा का एक दो अरबवां भाग पृथ्वी की सतह तक पहुँचता है - 9.23 J/cm 2. 6000 से 500000 . तक थर्मल विकिरण की सीमा के लिए एनएमसूर्य की ऊर्जा का 0.4% हिस्सा है। पृथ्वी के वायुमंडल में, अधिकांश अवरक्त विकिरण पानी, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन, कार्बन डाइऑक्साइड के अणुओं द्वारा अवशोषित होते हैं। रेडियो रेंज भी ज्यादातर वायुमंडल द्वारा अवशोषित होती है।

सूर्य की किरणों के लंबवत 82 किमी की ऊंचाई पर पृथ्वी के वायुमंडल के बाहर स्थित 1 वर्ग मीटर के क्षेत्र में सूर्य की किरणें 1 सेकंड में जितनी ऊर्जा लाती हैं, उसे सौर स्थिरांक कहा जाता है। यह 1.4*10 3W/m2 के बराबर होता है।

सौर विकिरण के सामान्य प्रवाह घनत्व का वर्णक्रमीय वितरण 6000 डिग्री के तापमान पर ब्लैकबॉडी के साथ मेल खाता है। इसलिए, थर्मल विकिरण के संबंध में सूर्य एक ब्लैकबॉडी है।

3. वास्तविक निकायों और मानव शरीर का विकिरण

मानव शरीर की सतह से ऊष्मीय विकिरण गर्मी हस्तांतरण में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। गर्मी हस्तांतरण के ऐसे तरीके हैं: तापीय चालकता (चालन), संवहन, विकिरण, वाष्पीकरण। उन स्थितियों के आधार पर जिनमें कोई व्यक्ति खुद को पाता है, इनमें से प्रत्येक विधि प्रमुख हो सकती है (उदाहरण के लिए, बहुत उच्च पर्यावरणीय तापमान पर, प्रमुख भूमिका वाष्पीकरण की होती है, और ठंडे पानी में - चालन, और पानी का तापमान 15 डिग्री होता है। एक नग्न व्यक्ति के लिए एक घातक वातावरण, और 2-4 घंटे के बाद मस्तिष्क के हाइपोथर्मिया के कारण बेहोशी और मृत्यु हो जाती है)। कुल गर्मी हस्तांतरण में विकिरण का हिस्सा 75 से 25% तक हो सकता है। सामान्य परिस्थितियों में, शारीरिक आराम पर लगभग 50%।

जीवित जीवों के जीवन में भूमिका निभाने वाले थर्मल विकिरण को शॉर्ट-वेव (0.3 से 3 . तक) में विभाजित किया गया है सुक्ष्ममापी)और लॉन्गवेव (5 से 100 . तक) माइक्रोन) लघु-तरंग विकिरण का स्रोत सूर्य और एक खुली लौ है, और जीवित जीव विशेष रूप से ऐसे विकिरण के प्राप्तकर्ता हैं। लॉन्गवेव विकिरण जीवित जीवों द्वारा उत्सर्जित और अवशोषित दोनों होते हैं।

अवशोषण गुणांक का मान माध्यम और शरीर के तापमान के अनुपात, उनकी बातचीत के क्षेत्र, इन क्षेत्रों के उन्मुखीकरण और शॉर्ट-वेव विकिरण के लिए - सतह के रंग पर निर्भर करता है। तो अश्वेतों में केवल 18% लघु-तरंग विकिरण परिलक्षित होता है, जबकि श्वेत जाति के लोगों में लगभग 40% (सबसे अधिक संभावना है, विकास में अश्वेतों की त्वचा का रंग गर्मी हस्तांतरण से संबंधित नहीं था)। लंबी-तरंग दैर्ध्य विकिरण के लिए, अवशोषण गुणांक 1 के करीब है।

विकिरण द्वारा ऊष्मा अंतरण की गणना एक बहुत ही कठिन कार्य है। वास्तविक निकायों के लिए, स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन कानून का उपयोग नहीं किया जा सकता है, क्योंकि उनके पास तापमान पर ऊर्जा की चमक की अधिक जटिल निर्भरता है। यह पता चला है कि यह तापमान, शरीर की प्रकृति, शरीर के आकार और इसकी सतह की स्थिति पर निर्भर करता है। तापमान में परिवर्तन के साथ, गुणांक और तापमान घातांक बदल जाते हैं। मानव शरीर की सतह में एक जटिल विन्यास होता है, एक व्यक्ति ऐसे कपड़े पहनता है जो विकिरण को बदलते हैं, प्रक्रिया उस मुद्रा से प्रभावित होती है जिसमें व्यक्ति स्थित होता है।

एक धूसर शरीर के लिए, संपूर्ण श्रेणी में विकिरण शक्ति सूत्र द्वारा निर्धारित की जाती है: P = α s.t. टी 4 एस वास्तविक निकायों (मानव त्वचा, कपड़ों के कपड़े) को कुछ अनुमानों के साथ भूरे रंग के निकायों के करीब मानते हुए, हम एक निश्चित तापमान पर वास्तविक निकायों की विकिरण शक्ति की गणना के लिए एक सूत्र पा सकते हैं: पी = α टी 4 एस तापमान विकिरण शरीर और पर्यावरण का: पी = α (टी 1 4 - टी 2 4) एस
वास्तविक निकायों की ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व की विशेषताएं हैं: 310 . पर सेवा, जो मानव शरीर के औसत तापमान से मेल खाती है, अधिकतम तापीय विकिरण 9700 . पर पड़ता है एनएम. शरीर के तापमान में किसी भी बदलाव से शरीर की सतह से थर्मल विकिरण की शक्ति में बदलाव होता है (0.1 डिग्री पर्याप्त है)। इसलिए, केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के माध्यम से कुछ अंगों से जुड़े त्वचा क्षेत्रों का अध्ययन बीमारियों की पहचान करने में मदद करता है, जिसके परिणामस्वरूप तापमान में काफी बदलाव होता है ( ज़खारिन-गेड ज़ोन की थर्मोग्राफी).

मानव बायोफिल्ड (जूना डेविताश्विली) के साथ गैर-संपर्क मालिश की एक दिलचस्प विधि। हथेली की तापीय विकिरण शक्ति 0.1 मंगल, और त्वचा की थर्मल संवेदनशीलता 0.0001 डब्ल्यू / सेमी 2 है। यदि आप उपरोक्त क्षेत्रों पर कार्य करते हैं, तो आप इन अंगों के काम को प्रतिवर्त रूप से उत्तेजित कर सकते हैं।

4. गर्मी और ठंड का जैविक और चिकित्सीय प्रभाव

मानव शरीर लगातार ऊष्मा विकिरण का उत्सर्जन और अवशोषण करता है। यह प्रक्रिया मानव शरीर और पर्यावरण के तापमान पर निर्भर करती है। मानव शरीर का अधिकतम IR विकिरण 9300nm पर पड़ता है।

अवरक्त किरणों के साथ विकिरण की कम और मध्यम खुराक पर, चयापचय प्रक्रियाओं को बढ़ाया जाता है और एंजाइमी प्रतिक्रियाएं, पुनर्जनन और मरम्मत प्रक्रियाओं को तेज किया जाता है।

अवरक्त किरणों और दृश्य विकिरण की कार्रवाई के परिणामस्वरूप, ऊतकों में जैविक रूप से सक्रिय पदार्थ बनते हैं (ब्रैडीकाइनिन, कैलिडिन, हिस्टामाइन, एसिटाइलकोलाइन, मुख्य रूप से वासोमोटर पदार्थ जो स्थानीय रक्त प्रवाह के कार्यान्वयन और विनियमन में भूमिका निभाते हैं)।

आईआर किरणों की कार्रवाई के परिणामस्वरूप, त्वचा में थर्मोरेसेप्टर्स सक्रिय होते हैं, जिससे जानकारी हाइपोथैलेमस में प्रवेश करती है, जिसके परिणामस्वरूप त्वचा के जहाजों का विस्तार होता है, उनमें रक्त परिसंचरण की मात्रा बढ़ जाती है, और पसीना बढ़ जाता है।

अवरक्त किरणों की प्रवेश गहराई तरंग दैर्ध्य, त्वचा की नमी सामग्री, रंजकता की डिग्री आदि पर निर्भर करती है।

इन्फ्रारेड किरणों की क्रिया के तहत मानव त्वचा पर लाल एरिथेमा दिखाई देता है।

इसका उपयोग स्थानीय और सामान्य हेमोडायनामिक्स को प्रभावित करने, पसीने को बढ़ाने, मांसपेशियों को आराम देने, दर्द को कम करने, हेमटॉमस के पुनर्जीवन में तेजी लाने, घुसपैठ करने आदि के लिए किया जाता है।

हाइपरथर्मिया की स्थितियों में, विकिरण चिकित्सा - थर्मोरेडियोथेरेपी - के एंटीट्यूमर प्रभाव को बढ़ाया जाता है।

अवरक्त चिकित्सा के उपयोग के लिए मुख्य संकेत: तीव्र गैर-प्युलुलेंट भड़काऊ प्रक्रियाएं, जलन और शीतदंश, पुरानी भड़काऊ प्रक्रियाएं, अल्सर, संकुचन, आसंजन, जोड़ों की चोटें, स्नायुबंधन और मांसपेशियों, मायोसिटिस, मायलगिया, नसों का दर्द। मुख्य contraindications: ट्यूमर, शुद्ध सूजन, रक्तस्राव, संचार विफलता।

ठंड का उपयोग रक्तस्राव को रोकने, दर्द को दूर करने और कुछ त्वचा रोगों के इलाज के लिए किया जाता है। सख्त होने से दीर्घायु होती है।

ठंड के प्रभाव में, हृदय गति और रक्तचाप कम हो जाता है, और प्रतिवर्त प्रतिक्रियाएं बाधित हो जाती हैं।

कुछ खुराक में, ठंड जलन, शुद्ध घाव, ट्रॉफिक अल्सर, कटाव और नेत्रश्लेष्मलाशोथ के उपचार को उत्तेजित करती है।

क्रायोबायोलॉजी- कम, गैर-शारीरिक तापमान के प्रभाव में कोशिकाओं, ऊतकों, अंगों और शरीर में होने वाली प्रक्रियाओं का अध्ययन करता है।

दवा में प्रयोग किया जाता है cryotherapyऔर अतिताप. क्रायोथेरेपी में ऊतकों और अंगों के ठंडा करने के आधार पर विधियां शामिल हैं। क्रायोसर्जरी (क्रायोथेरेपी का हिस्सा) उन्हें हटाने के लिए ऊतकों की स्थानीय ठंड का उपयोग करता है (टॉन्सिल का हिस्सा। यदि सभी - क्रायोटोन्सिलेक्टोमी। ट्यूमर को हटाया जा सकता है, उदाहरण के लिए, त्वचा, गर्भाशय ग्रीवा, आदि) क्रायोएडिशन पर आधारित क्रायोएक्स्ट्रेक्शन (गीला चिपकना) शरीर एक जमे हुए स्केलपेल के लिए ) - भाग के अंग से अलग होना।

अतिताप के साथ, विवो में अंगों के कार्यों को कुछ समय के लिए संरक्षित करना संभव है। एनेस्थीसिया की मदद से हाइपोथर्मिया का उपयोग रक्त की आपूर्ति के अभाव में अंगों के कार्य को बनाए रखने के लिए किया जाता है, क्योंकि ऊतकों में चयापचय धीमा हो जाता है। ऊतक हाइपोक्सिया के प्रतिरोधी बन जाते हैं। शीत संज्ञाहरण लागू करें।

उच्च ताप क्षमता, खराब तापीय चालकता और अच्छी गर्मी बनाए रखने की क्षमता वाले भौतिक मीडिया का उपयोग करके गरमागरम लैंप (मिनिन लैंप, सोलक्स, लाइट-थर्मल बाथ, आईआर-रे लैंप) का उपयोग करके गर्मी का प्रभाव किया जाता है: मिट्टी, पैराफिन, ओज़ोसेराइट, नेफ़थलीन, आदि

5. थर्मोग्राफी की भौतिक नींव। थर्मल इमेजर्स

थर्मोग्राफी, या थर्मल इमेजिंग, मानव शरीर से अवरक्त विकिरण के पंजीकरण के आधार पर एक कार्यात्मक निदान पद्धति है।

थर्मोग्राफी 2 प्रकार की होती है:

- कोलेस्टेरिक थर्मोग्राफी से संपर्क करें: विधि कोलेस्टेरिक लिक्विड क्रिस्टल (एस्टर के बहुघटक मिश्रण और कोलेस्ट्रॉल के अन्य डेरिवेटिव) के ऑप्टिकल गुणों का उपयोग करती है। ऐसे पदार्थ चुनिंदा रूप से विभिन्न तरंग दैर्ध्य को दर्शाते हैं, जिससे इन पदार्थों की फिल्मों पर मानव शरीर की सतह के थर्मल क्षेत्र की छवियां प्राप्त करना संभव हो जाता है। फिल्म पर सफेद रोशनी की एक धारा निर्देशित की जाती है। सतह के तापमान के आधार पर जिस पर कोलेस्टरिक जमा होता है, विभिन्न तरंग दैर्ध्य फिल्म से अलग तरह से परावर्तित होते हैं।

तापमान के प्रभाव में, कोलेस्टरिक्स का रंग लाल से बैंगनी में बदल सकता है। नतीजतन, मानव शरीर के थर्मल क्षेत्र की एक रंगीन छवि बनती है, जिसे समझना आसान है, तापमान-रंग निर्भरता को जानना। ऐसे कोलेस्टरिक्स हैं जो आपको 0.1 डिग्री के तापमान के अंतर को ठीक करने की अनुमति देते हैं। तो, भड़काऊ प्रक्रिया की सीमाओं को निर्धारित करना संभव है, इसके विकास के विभिन्न चरणों में भड़काऊ घुसपैठ का फॉसी।

ऑन्कोलॉजी में, थर्मोग्राफी 1.5-2 . के व्यास के साथ मेटास्टेटिक नोड्स का पता लगाना संभव बनाता है मिमीस्तन ग्रंथि, त्वचा, थायरॉयड ग्रंथि में; आर्थोपेडिक्स और ट्रॉमेटोलॉजी में, अंग के प्रत्येक खंड में रक्त की आपूर्ति का मूल्यांकन करें, उदाहरण के लिए, विच्छेदन से पहले, जलने की गहराई का अनुमान लगाएं, आदि; कार्डियोलॉजी और एंजियोलॉजी में हृदय प्रणाली के सामान्य कामकाज के उल्लंघन का पता लगाने के लिए, कंपन रोग के मामले में संचार संबंधी विकार, रक्त वाहिकाओं की सूजन और रुकावट; वैरिकाज़ नसों, आदि; न्यूरोसर्जरी में, तंत्रिका चालन क्षति के foci का स्थान निर्धारित करें, एपोप्लेक्सी के कारण होने वाले न्यूरोपैरालिसिस के स्थान की पुष्टि करें; गर्भावस्था, बच्चे के स्थान का स्थानीयकरण निर्धारित करने के लिए प्रसूति और स्त्री रोग में; भड़काऊ प्रक्रियाओं की एक विस्तृत श्रृंखला का निदान करें।

- टेलीथर्मोग्राफी - मानव शरीर के अवरक्त विकिरण के विद्युत संकेतों में परिवर्तन पर आधारित है जो एक थर्मल इमेजर या अन्य रिकॉर्डिंग डिवाइस की स्क्रीन पर रिकॉर्ड किए जाते हैं। विधि गैर-संपर्क है।

IR विकिरण को दर्पणों की एक प्रणाली द्वारा माना जाता है, जिसके बाद IR किरणों को एक IR तरंग रिसीवर को निर्देशित किया जाता है, जिसका मुख्य भाग एक डिटेक्टर (फोटोरेसिस्टेंस, धातु या सेमीकंडक्टर बोलोमीटर, थर्मोएलेमेंट, फोटोकैमिकल इंडिकेटर, इलेक्ट्रॉन-ऑप्टिकल कनवर्टर, पीजोइलेक्ट्रिक डिटेक्टर) होता है। , आदि)।

रिसीवर से विद्युत संकेतों को एम्पलीफायर, और फिर नियंत्रण उपकरण को प्रेषित किया जाता है, जो दर्पण (ऑब्जेक्ट स्कैनिंग) को स्थानांतरित करने के लिए कार्य करता है, टीआईएस बिंदु प्रकाश स्रोत (थर्मल विकिरण के अनुपात में) को गर्म करता है, और फिल्म को स्थानांतरित करता है। अध्ययन स्थल पर हर बार शरीर के तापमान के अनुसार फिल्म को टीआईएस से रोशन किया जाता है।

कंट्रोल डिवाइस के बाद, सिग्नल को डिस्प्ले के साथ कंप्यूटर सिस्टम में ट्रांसमिट किया जा सकता है। यह थर्मोग्राम को याद रखने और विश्लेषणात्मक कार्यक्रमों की मदद से उन्हें संसाधित करने की अनुमति देता है। रंग थर्मल इमेजर्स द्वारा अतिरिक्त अवसर प्रदान किए जाते हैं (तापमान में करीब रंगों को विपरीत रंगों के साथ चिह्नित किया जाना चाहिए), और इज़ोटेर्म खींचा जा सकता है।

कई कंपनियों ने हाल ही में इस तथ्य को स्वीकार किया है कि कभी-कभी संभावित ग्राहक तक "पहुंचना" काफी मुश्किल होता है, उनका सूचना क्षेत्र विभिन्न प्रकार के विज्ञापन संदेशों से इतना भरा होता है कि वे आसानी से समझ में नहीं आते हैं।
कम समय में बिक्री बढ़ाने के लिए सक्रिय फोन बिक्री सबसे प्रभावी तरीकों में से एक बन रही है। कोल्ड कॉल का उद्देश्य उन ग्राहकों को आकर्षित करना है जिन्होंने पहले किसी उत्पाद या सेवा के लिए आवेदन नहीं किया है, लेकिन कई कारकों के लिए संभावित ग्राहक हैं। फ़ोन नंबर डायल करने के बाद, सक्रिय बिक्री प्रबंधक को कोल्ड कॉल के उद्देश्य को स्पष्ट रूप से समझना चाहिए। आखिरकार, टेलीफोन पर बातचीत के लिए बिक्री प्रबंधक से विशेष कौशल और धैर्य की आवश्यकता होती है, साथ ही बातचीत की तकनीक और कार्यप्रणाली के ज्ञान की भी आवश्यकता होती है।

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ऊर्जा का उत्सर्जन और अवशोषण

परमाणु और अणु

विषय पर पाठ के लिए प्रश्न:

1. थर्मल विकिरण। इसकी मुख्य विशेषताएं: विकिरण प्रवाह Ф, ऊर्जा चमक (तीव्रता) आर, ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व आर λ; अवशोषण गुणांक α, मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक α । पूरी तरह से काला शरीर। किरचॉफ का नियम।

2. एसीएचटी के थर्मल विकिरण का स्पेक्ट्रा। (अनुसूची)। थर्मल विकिरण की क्वांटम प्रकृति (प्लैंक की परिकल्पना; के सूत्र को याद करने की कोई आवश्यकता नहीं है)। A.Ch.T के स्पेक्ट्रम की निर्भरता। तापमान पर (ग्राफ)। शराब का नियम। स्टीफन-बोल्ट्ज़मैन कानून a.ch.t के लिए। (बिना आउटपुट के) और अन्य निकायों के लिए।

3. परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन कोशों की संरचना। उर्जा स्तर। ऊर्जा स्तरों के बीच संक्रमण के दौरान ऊर्जा का उत्सर्जन। बोहर सूत्र ( आवृत्ति के लिए और तरंग दैर्ध्य के लिए) परमाणुओं का स्पेक्ट्रा। हाइड्रोजन परमाणु का स्पेक्ट्रम। वर्णक्रमीय श्रृंखला। अणुओं और संघनित मीडिया (तरल पदार्थ, ठोस) के स्पेक्ट्रा की सामान्य अवधारणा। वर्णक्रमीय विश्लेषण की अवधारणा और चिकित्सा में इसका उपयोग।

4. चमक। ल्यूमिनेसिसेंस के प्रकार। प्रतिदीप्ति और स्फुरदीप्ति। मेटास्टेबल स्तरों की भूमिका। ल्यूमिनेसेंस का स्पेक्ट्रा। स्टोक्स का नियम। ल्यूमिनसेंट विश्लेषण और चिकित्सा में इसका उपयोग।

5. प्रकाश अवशोषण का नियम (बौगुएर का नियम; निष्कर्ष)। संप्रेषण और प्रकाशीय घनत्व D. प्रकाश अवशोषण द्वारा विलयनों की सांद्रता का निर्धारण।

प्रयोगशाला कार्य: "अवशोषण स्पेक्ट्रम की शूटिंग और एक फोटोइलेक्ट्रोक्लोरिमीटर का उपयोग करके समाधान की एकाग्रता का निर्धारण।"

साहित्य:

अनिवार्य: ए.एन. रेमीज़ोव। "मेडिकल एंड बायोलॉजिकल फिजिक्स", एम।, "हायर स्कूल", 1996, ch। 27, 1-3; अध्याय 29, 1,2

• अतिरिक्त: परमाणुओं और अणुओं द्वारा ऊर्जा का उत्सर्जन और अवशोषण, व्याख्यान, रिसोग्राफ, एड। विभाग, 2002

बुनियादी परिभाषाएँ और सूत्र

1. थर्मल विकिरण

सभी पिंड, बिना किसी बाहरी प्रभाव के भी, विद्युत चुम्बकीय तरंगों का उत्सर्जन करते हैं। इस विकिरण के लिए ऊर्जा का स्रोत शरीर को बनाने वाले कणों की ऊष्मीय गति है, इसलिए इसे कहा जाता है ऊष्मीय विकिरण।उच्च तापमान पर (1000 K या अधिक के क्रम में) यह विकिरण आंशिक रूप से दृश्य प्रकाश सीमा में गिरता है, कम तापमान पर अवरक्त किरणें उत्सर्जित होती हैं, और बहुत कम तापमान पर रेडियो तरंगें उत्सर्जित होती हैं।

विकिरण का प्रवाह - यह स्रोत द्वारा उत्सर्जित विकिरण की शक्ति, या प्रति इकाई समय में उत्सर्जित विकिरण ऊर्जा: एफ \u003d पी \u003d;प्रवाह इकाई - वाट

ऊर्जा चमक आर - यह विकिरण प्रवाह जो शरीर की एक इकाई सतह से उत्सर्जित होता है: ;ऊर्जा चमक की इकाई - डब्ल्यूएम –2 .

ऊर्जा चमक का वर्णक्रमीय घनत्व आर λ - यह तरंग दैर्ध्य के एक छोटे से अंतराल के भीतर शरीर की ऊर्जा चमक का अनुपात (Δ .)आर λ ) इस अंतराल के मूल्य के लिए λ:

आयाम आर - डब्ल्यूएम - 3

बिल्कुल काला शरीर (a.ch.t.) टी कहा जाता है वह पेड़पूरी तरह से घटना विकिरण को अवशोषित करता है।प्रकृति में ऐसे कोई निकाय नहीं हैं, लेकिन ए.सी.टी. का एक अच्छा मॉडल है। एक बंद गुहा में एक छोटा सा उद्घाटन है।

घटना विकिरण को अवशोषित करने के लिए निकायों की क्षमता की विशेषता है अवशोषण गुणांक α , अर्थात घटना एक के लिए अवशोषित विकिरण प्रवाह का अनुपात:।

मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांकअवशोषण गुणांक का मान है, जिसे के एक निश्चित मान के आसपास एक संकीर्ण वर्णक्रमीय अंतराल में मापा जाता है।

किरचॉफ का नियम: स्थिर तापमान पर, एक निश्चित तरंग दैर्ध्य पर ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व का अनुपात उसी तरंग दैर्ध्य पर मोनोक्रोमैटिक अवशोषण गुणांक के अनुपात में होता है सभी निकायों के लिए समान और A.Ch.T की ऊर्जा चमक के वर्णक्रमीय घनत्व के बराबर है। इस तरंग दैर्ध्य पर:

(कभी-कभी r A.Ch.T को दर्शाता है)

एक काला शरीर विकिरण को अवशोषित और उत्सर्जित करता है सभी तरंग दैर्ध्य,इसीलिए ए.सी.टी. स्पेक्ट्रम हमेशा ठोस।इस स्पेक्ट्रम का प्रकार शरीर के तापमान पर निर्भर करता है। बढ़ते तापमान के साथ, सबसे पहले, ऊर्जा चमक काफी बढ़ जाती है; दूसरी बात, अधिकतम उत्सर्जन के अनुरूप तरंग दैर्ध्य(λ मैक्स ) , छोटी तरंगदैर्घ्य की ओर खिसकता है :, जहां बी ≈ 29090 µm.K -1 ( वीन का नियम)।

स्टीफन-बोल्ट्जमैन कानून: a.ch.t. की ऊर्जा चमक शरीर के तापमान की चौथी शक्ति के समानुपातीकेल्विन पैमाने पर: आर = टी 4

2. परमाणुओं और अणुओं द्वारा ऊर्जा का उत्सर्जन

जैसा कि ज्ञात है, एक परमाणु के इलेक्ट्रॉन खोल में, एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा केवल कड़ाई से परिभाषित, किसी दिए गए परमाणु के लिए विशेषता, मान ले सकती है। दूसरे शब्दों में, वे कहते हैं एक इलेक्ट्रॉन केवल निश्चित पर स्थित हो सकता हैउर्जा स्तर। जब एक इलेक्ट्रॉन किसी दिए गए ऊर्जा स्तर पर होता है, तो वह अपनी ऊर्जा नहीं बदलता है, अर्थात यह प्रकाश को अवशोषित या उत्सर्जित नहीं करता है। एक स्तर से दूसरे स्तर पर जाने परइलेक्ट्रॉन की ऊर्जा बदलती है, और साथ ही साथ अवशोषित या उत्सर्जितप्रकाश की मात्रा (फोटॉन)।क्वांटम ऊर्जा उन स्तरों के बीच ऊर्जा अंतर के बराबर होती है जिनके बीच संक्रमण होता है: ई क्वांटम = एचν = ई एन - ई एम जहां एन और एम स्तर संख्याएं हैं (बोहर सूत्र)।

विभिन्न स्तरों के बीच इलेक्ट्रॉन संक्रमणविभिन्न संभावनाओं के साथ होता है। कुछ मामलों में संक्रमण की संभावना शून्य के बहुत करीब है; सामान्य परिस्थितियों में संगत वर्णक्रमीय रेखाएँ नहीं देखी जाती हैं। ऐसे संक्रमण कहलाते हैं निषिद्ध।

कई मामलों में, एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा को क्वांटम की ऊर्जा में परिवर्तित नहीं किया जा सकता है, लेकिन परमाणुओं या अणुओं की तापीय गति की ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। ऐसे संक्रमण कहलाते हैं गैर-विकिरण।

संक्रमण की संभावना के अलावा, वर्णक्रमीय रेखाओं की चमक उत्सर्जक पदार्थ के परमाणुओं की संख्या के सीधे आनुपातिक होती है। यह निर्भरता अंतर्निहित है मात्रात्मक वर्णक्रमीय विश्लेषण।
3. ल्यूमिनेसेंस

चमक किसी को बुलाओ थर्मल विकिरण नहीं।इस विकिरण के ऊर्जा स्रोत क्रमशः भिन्न हो सकते हैं, वे किस बारे में बात करते हैं विभिन्न प्रकार के ल्यूमिनेसिसेंस।उनमें से सबसे महत्वपूर्ण हैं: chemiluminescence- कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाओं के दौरान होने वाली चमक; बायोलुमिनसेंसजीवित जीवों में रसायन विज्ञान है; कैथोडोल्यूमिनेसिसेंस -इलेक्ट्रॉनों की एक धारा के प्रभाव में चमक, जिसका उपयोग टीवी कीनेस्कोप, कैथोड-रे ट्यूब, गैस-लाइट लैंप आदि में किया जाता है; इलेक्ट्रोल्यूमिनेसिसेंस- चमक जो विद्युत क्षेत्र में होती है (अक्सर अर्धचालक में)। ल्यूमिनेसेंस का सबसे दिलचस्प प्रकार है फोटोल्यूमिनेशन।यह एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें परमाणु या अणु एक तरंग दैर्ध्य रेंज में प्रकाश (या यूवी विकिरण) को अवशोषित करते हैं, और दूसरे में उत्सर्जित करते हैं (उदाहरण के लिए, वे नीली किरणों को अवशोषित करते हैं और पीली किरणों का उत्सर्जन करते हैं)। इस मामले में, पदार्थ अपेक्षाकृत उच्च ऊर्जा hν 0 (एक छोटी तरंग दैर्ध्य के साथ) के साथ क्वांटा को अवशोषित करता है। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन तुरंत जमीनी स्तर पर नहीं लौट सकता है, लेकिन पहले मध्यवर्ती स्तर पर जाता है, और फिर जमीनी स्तर पर (कई मध्यवर्ती स्तर हो सकते हैं)। ज्यादातर मामलों में, कुछ संक्रमण गैर-विकिरणकारी होते हैं, यानी इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा थर्मल गति की ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। इसलिए, ल्यूमिनेसेंस के दौरान उत्सर्जित फोटॉनों की ऊर्जा अवशोषित फोटॉन की ऊर्जा से कम होगी। उत्सर्जित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य अवशोषित प्रकाश की तरंग दैर्ध्य से अधिक होनी चाहिए। यदि हम सामान्य रूप में जो कहा गया है उसे तैयार करते हैं, तो हमें मिलता है कानून स्टोक्स : ल्यूमिनेसेंस स्पेक्ट्रम विकिरण के स्पेक्ट्रम के सापेक्ष लंबी तरंग दैर्ध्य की ओर स्थानांतरित हो जाता है जो ल्यूमिनेसिसेंस का कारण बनता है।

प्रकाशमान पदार्थ दो प्रकार के होते हैं। कुछ में, रोमांचक प्रकाश को बंद करने के बाद चमक लगभग तुरंत बंद हो जाती है। ऐसा लघु अवधिचमक कहा जाता है प्रतिदीप्ति।

दूसरे प्रकार के पदार्थों में, उत्तेजना प्रकाश बंद होने के बाद, चमक फीकी पड़ जाती है धीरे-धीरे(घातीय कानून के अनुसार)। ऐसा लंबाचमक कहा जाता है स्फुरदीप्तिलंबी चमक का कारण यह है कि ऐसे पदार्थों के परमाणुओं या अणुओं में होते हैं मेटास्टेबल स्तर।मेटास्टेबल इस ऊर्जा स्तर को कहा जाता है जहां इलेक्ट्रॉन सामान्य स्तरों की तुलना में अधिक समय तक रह सकते हैं।इसलिए, स्फुरदीप्ति की अवधि मिनट, घंटे और दिन भी हो सकती है।
4. प्रकाश अवशोषण नियम (बौगुएर का नियम)

जब एक विकिरण प्रवाह किसी पदार्थ से होकर गुजरता है, तो वह अपनी ऊर्जा का कुछ हिस्सा खो देता है (अवशोषित ऊर्जा गर्मी में परिवर्तित हो जाती है)। प्रकाश के अवशोषण के नियम को कहते हैं बूगर का नियम: एफ = एफ 0 ई – κ λ · ली ,

जहां 0 घटना प्रवाह है, वह प्रवाह है जो मोटाई एल के साथ पदार्थ की एक परत से गुज़रा है; गुणांक कहा जाता है प्राकृतिक अवशोषण दर (इसका मान तरंगदैर्घ्य पर निर्भर करता है) . व्यावहारिक गणना के लिए, वे प्राकृतिक लघुगणक के बजाय दशमलव लघुगणक का उपयोग करना पसंद करते हैं। तब बौगुएर का नियम रूप लेता है: = Ф 0 10 - के एल,

जहां के - दशमलव अवशोषण दर।

संचरण मात्रा को बुलाओ

ऑप्टिकल घनत्व डी - समीकरण द्वारा परिभाषित मान है: . इसे दूसरे तरीके से कहा जा सकता है: ऑप्टिकल घनत्व डी वह मान है जो बाउगर के कानून के सूत्र में एक्सपोनेंट में है: डी = के एल

अधिकांश पदार्थों के विलयन के लिए ऑप्टिकल घनत्व विलेय की सांद्रता के सीधे आनुपातिक है:डी = χ λ ∙ सी∙ ली ;

गुणक χ कहा जाता है दाढ़ अवशोषण दर(यदि एकाग्रता मोल में है) या विशिष्ट अवशोषण दर(यदि सांद्रता ग्राम में है)। अंतिम सूत्र से हम प्राप्त करते हैं: = Ф 0 10 - χ λ ∙ सी ∙ ली(कानून बुगेरा - बेरा)

ये सूत्र नैदानिक ​​और जैव रासायनिक प्रयोगशालाओं में सबसे आम आधार बनाते हैं प्रकाश के अवशोषण द्वारा घुले हुए पदार्थों की सांद्रता निर्धारित करने की विधि।

समाधान के साथ सीखने के प्रकार की समस्या

(इसके बाद, संक्षिप्तता के लिए, हम केवल "प्रशिक्षण कार्य" लिखते हैं)

सीखने का कार्य #1

इलेक्ट्रिक हीटर (रेडिएटर) 500 W की अवरक्त किरणों की एक धारा का उत्सर्जन करता है। रेडिएटर सतह क्षेत्र 3300 सेमी 2। 1 घंटे में रेडिएटर द्वारा उत्सर्जित ऊर्जा और रेडिएटर की ऊर्जा चमक का पता लगाएं।

दिया गया: ढूँढ़ने के लिए

Ф = 500 डब्ल्यू डब्ल्यू और आर

t = 1 घंटा = 3600 s

एस \u003d 3300 सेमी 2 \u003d 0.33 मीटर 2

फेसला:

विकिरण प्रवाह Ф प्रति इकाई समय में उत्सर्जित विकिरण शक्ति या ऊर्जा है:। यहां से

डब्ल्यू \u003d एफ टी \u003d 500 डब्ल्यू 3600 एस \u003d 18 10 5 जे \u003d 1800 केजे

सीखने का कार्य #2

मानव त्वचा का ऊष्मीय विकिरण किस तरंगदैर्घ्य पर अधिकतम होता है (अर्थात r = अधिकतम)? शरीर के खुले हिस्सों (चेहरे, हाथ) पर त्वचा का तापमान लगभग 30 o C होता है।

दिया गया: ढूँढ़ने के लिए:

टी \u003d 30 डिग्री सेल्सियस \u003d 303 के अधिकतम

फेसला:

हम डेटा को विन फॉर्मूला में स्थानापन्न करते हैं:,

यानी लगभग सभी रेडिएशन स्पेक्ट्रम की IR रेंज में होते हैं।

सीखने का कार्य #3

इलेक्ट्रॉन 4.7.10 -19 J . की ऊर्जा के साथ ऊर्जा स्तर पर है

जब प्रकाश से 600 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ विकिरण किया जाता है, तो यह उच्च ऊर्जा वाले स्तर पर चला जाता है। इस स्तर की ऊर्जा ज्ञात कीजिए।

फेसला:

सीखने का कार्य #4

सूर्य के प्रकाश के लिए जल अवशोषण का दशमलव मान 0.09 मीटर -1 है। विकिरण का कितना अंश L = 100 m की गहराई तक पहुँचेगा?

दिया गया ढूँढ़ने के लिए:

कश्मीर \u003d 0.09 मीटर - 1

फेसला:

आइए बौगुएर का नियम लिखें: . L गहराई तक पहुँचने वाले विकिरण का अंश स्पष्ट रूप से है,

यानी सूरज की रोशनी का एक अरबवां हिस्सा 100 मीटर की गहराई तक पहुंच जाएगा।
सीखने का कार्य #5

प्रकाश श्रृंखला में दो फिल्टर से होकर गुजरता है। पहला ऑप्टिकल घनत्व डी 1 = 0.6; दूसरा डी 2 = 0.4। इस प्रणाली से कितने प्रतिशत विकिरण प्रवाह गुजरेगा?

दिया गया: खोजें:

डी 1 \u003d 0.6 (%% में)

फेसला:

हम इस प्रणाली की एक ड्राइंग के साथ समाधान शुरू करते हैं

एसएफ-1 एसएफ-2

हम एफ 1: एफ 1 \u003d एफ 0 10 - डी 1 . पाते हैं

इसी प्रकार, दूसरे प्रकाश फिल्टर से गुजरने वाला फ्लक्स है:

एफ 2 \u003d एफ 1 10 - डी 2 \u003d एफ 0 10 - डी 1 10 - डी 2 \u003d एफ 0 10 - (डी 1 + डी 2)

प्राप्त परिणाम का एक सामान्य अर्थ है: यदि प्रकाश कई वस्तुओं की प्रणाली से क्रमिक रूप से गुजरता है,कुल ऑप्टिकल घनत्व इन वस्तुओं के ऑप्टिकल घनत्व के योग के बराबर होगा .

हमारे कार्य की शर्तों के तहत, प्रवाह 2 = 100% 10 - (0.6 + 0.4) = 100% 10 - 1 = 10% दो प्रकाश फिल्टर की प्रणाली से गुजरेगा

सीखने का कार्य #6

बाउगर-बीयर कानून के अनुसार, विशेष रूप से, डीएनए की एकाग्रता का निर्धारण किया जा सकता है। दृश्य क्षेत्र में, न्यूक्लिक एसिड समाधान पारदर्शी होते हैं, लेकिन वे स्पेक्ट्रम के यूवी भाग में दृढ़ता से अवशोषित होते हैं; अवशोषण अधिकतम 260 एनएम के आसपास है। जाहिर है, यह स्पेक्ट्रम के इस क्षेत्र में है कि विकिरण के अवशोषण को मापा जाना चाहिए; जबकि संवेदनशीलता और माप सटीकता सबसे अच्छी होगी।

समस्या की शर्तें: डीएनए समाधान द्वारा 260 एनएम की तरंग दैर्ध्य के साथ यूवी किरणों के अवशोषण को मापते समय, प्रेषित विकिरण प्रवाह 15% तक क्षीण हो गया था। एक क्यूवेट में एक समाधान "x" के साथ बीम पथ की लंबाई 2 सेमी है। 260 एनएम के तरंग दैर्ध्य पर डीएनए के लिए दाढ़ अवशोषण सूचकांक (दशमलव) 1.3.10 5 mol - 1.cm 2 है डीएनए की एकाग्रता का पता लगाएं समाधान में।

दिया गया:

0 = 100%; एफ = 100% - 15% = 85% ढूँढ़ने के लिए:डीएनए के साथ

एक्स = 2 सेमी; λ = 260 एनएम

260 \u003d 1.3.10 5 mol -1.cm 2

फेसला:

(हमने ऋणात्मक घातांक से छुटकारा पाने के लिए भिन्न को "उलट" किया है)। . अब हम लघुगणक: , और ; विकल्प:

0.07 और सी \u003d 2.7.10 - 7 मोल / सेमी 3

विधि की उच्च संवेदनशीलता पर ध्यान दें!

स्वतंत्र समाधान के लिए कार्य
समस्याओं को हल करते समय, स्थिरांक का मान लें:

बी = 2900 µm.K; \u003d 5.7.10 - 8 डब्ल्यू.के 4; ज \u003d 6.6.10 - 34 जे.एस; सी = 3.10 8 एमएस -1

1. मानव शरीर की सतह की ऊर्जा चमक क्या है, यदि अधिकतम विकिरण 9.67 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य पर पड़ता है? त्वचा को पूरी तरह से काला शरीर माना जा सकता है।

2. दो बल्ब बिल्कुल एक ही डिज़ाइन के हैं, सिवाय इसके कि एक में फिलामेंट शुद्ध टंगस्टन (α = 0.3) से बना होता है, और दूसरे में यह प्लैटिनम ब्लैक (α = 0.93) से ढका होता है। किस बल्ब में सबसे अधिक दीप्तिमान फ्लक्स होता है? कितनी बार?

3. स्पेक्ट्रम के किन क्षेत्रों में तरंग दैर्ध्य ऊर्जा चमक के अधिकतम वर्णक्रमीय घनत्व के अनुरूप हैं, यदि विकिरण स्रोत है: a) एक विद्युत प्रकाश बल्ब का एक सर्पिल (T = 2,300 K); बी) सूर्य की सतह (टी = 5800 के); ग) एक परमाणु विस्फोट के आग के गोले की सतह उस समय जब उसका तापमान लगभग 30,000 K होता है? इन विकिरण स्रोतों के गुणों में अंतर A.Ch.T. उपेक्षा करना।

4. एक गर्म धातु का पिंड, जिसकी सतह 2.10 - 3 मीटर 2 है, 1000 K के सतह के तापमान पर, 45.6 का प्रवाह होता है। मंगल इस पिंड की सतह का अवशोषण गुणांक क्या है?

5. प्रकाश बल्ब में 100W की शक्ति होती है। फिलामेंट का सतह क्षेत्र 0.5.10 - 4 मीटर 2 है। फिलामेंट का तापमान 2,400 K है। फिलामेंट सतह का अवशोषण गुणांक क्या है?

6. 27 0 C के त्वचा के तापमान पर, शरीर की सतह के प्रत्येक वर्ग सेंटीमीटर से 0.454 वाट उत्सर्जित होते हैं। क्या यह संभव है (2% से भी बदतर की सटीकता के साथ) त्वचा को बिल्कुल काला शरीर माना जा सकता है?

7. एक नीले तारे के स्पेक्ट्रम में, अधिकतम विकिरण 0.3 माइक्रोन की तरंग दैर्ध्य के अनुरूप होता है। इस तारे की सतह का तापमान कितना है?

8. 4,000 सेमी 2 सतह वाला एक पिंड एक घंटे में कितनी ऊर्जा विकीर्ण करता है?

400 K के तापमान पर, यदि शरीर का अवशोषण गुणांक 0.6 है?

9. प्लेट (ए) का सतह क्षेत्र 400 सेमी 2 है; इसका अवशोषण गुणांक 0.4 है। 200 सेमी 2 के क्षेत्र के साथ एक और प्लेट (बी) में 0.2 का अवशोषण गुणांक है। प्लेटों का तापमान समान होता है। कौन सी प्लेट अधिक ऊर्जा विकिरित करती है और कितनी?

10 – 16. गुणात्मक वर्णक्रमीय विश्लेषण।कार्बनिक यौगिकों में से एक के अवशोषण स्पेक्ट्रम के आधार पर जिसका स्पेक्ट्रा

चित्र में दिखाए गए हैं, निर्धारित करें कि कौन से कार्यात्मक समूह किसी दिए गए पदार्थ का हिस्सा हैं, तालिका डेटा का उपयोग करें:

समूह; संबंध प्रकार	अवशोषित तरंग दैर्ध्य, µm	समूह, कनेक्शन प्रकार	अवशोषित तरंग दैर्ध्य, µm
-क्या वो	2,66 – 2,98	-एनएच4	7,0 – 7,4
राष्ट्रीय राजमार्ग	2,94 – 3,0	-श्री	7,76
सीएच	3,3	-सीएफ	8,3
-एन नहीं	4,67	-एनएच2	8,9
-सी = एन	5,94	-नहीं	12,3
-एन = एन	6,35	-SO2	19,2
-सीएन 2	6,77	-सी = ओ	23,9

10 - ग्राफ ए); 11 - ग्राफ बी); 12 - ग्राफ सी); 13 - ग्राफ डी);

14 - ग्राफ ई); 15 - ग्राफ ई); 16 - ग्राफ जी)।

इस बात पर ध्यान दें कि आपके चार्ट पर कौन सा मान लंबवत अक्ष के साथ प्लॉट किया गया है!

17. प्रकाश 0.2 और 0.5 के संप्रेषण के साथ दो प्रकाश फिल्टरों से क्रमिक रूप से गुजरता है। ऐसी प्रणाली से कितने प्रतिशत विकिरण निकलेगा?

18. प्रकाश 0.7 और 0.4 के ऑप्टिकल घनत्व वाले दो फिल्टर से क्रमिक रूप से गुजरता है। ऐसी प्रणाली से कितने प्रतिशत विकिरण गुजरेगा?

19. परमाणु विस्फोट के प्रकाश विकिरण से बचाने के लिए, ऐसे चश्मे की आवश्यकता होती है जो प्रकाश को कम से कम दस लाख गुना कम कर दें। जिस ग्लास से वे 1 मिमी की मोटाई वाले ऐसे ग्लास बनाना चाहते हैं, उनका ऑप्टिकल घनत्व 3 है। वांछित परिणाम प्राप्त करने के लिए ग्लास को कितना मोटा लेना चाहिए?

20 लेजर के साथ काम करते समय आंखों की सुरक्षा के लिए, यह आवश्यक है कि लेजर द्वारा बनाए गए फ्लक्स के 0.0001% से अधिक विकिरण प्रवाह आंख में प्रवेश न कर सके। सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए चश्मे में क्या ऑप्टिकल घनत्व होना चाहिए?

कार्यों के लिए सामान्य कार्य 21 - 28 (मात्रात्मक विश्लेषण):

चित्र कुछ पदार्थों के रंगीन विलयनों के अवशोषण स्पेक्ट्रम को दर्शाता है। इसके अलावा, कार्य मूल्यों को इंगित करते हैं डी (प्रकाश के अधिकतम अवशोषण के अनुरूप तरंग दैर्ध्य पर समाधान का ऑप्टिकल घनत्व) और एक्स(सेल मोटाई)। समाधान की एकाग्रता का पता लगाएं।

उन इकाइयों पर ध्यान दें जिनमें आपके ग्राफ पर अवशोषण मूल्य दर्शाया गया है।

21. ग्राफ ए)। डी = 0.8 x = 2 सेमी

22. ग्राफ बी)। डी = 1.2 x = 1 सेमी

... 23. अनुसूची ग)। डी = 0.5 x = 4 सेमी

24. ग्राफ डी)। डी = 0.25 x = 2 सेमी

25 ग्राफ ई)। डी = 0.4 x = 3 सेमी

26. ग्राफ ई) डी = 0.9 x = 1 सेमी

27. ग्राफ जी)। डी = 0.2 x = 2 सेमी