§ 4 ენერგიის სიკაშკაშე. შტეფან-ბოლცმანის კანონი.

ვიენის გადაადგილების კანონი

რე(ინტეგრირებული ენერგიის სიკაშკაშე) - ენერგიის სიკაშკაშე განსაზღვრავს ენერგიის რაოდენობას, რომელიც გამოიყოფა ერთი ზედაპირიდან დროის ერთეულზე მთელი სიხშირის დიაპაზონში 0-დან ∞-მდე მოცემულ ტემპერატურაზე T.

კავშირი ენერგიის სიკაშკაშე და ბზინვარება

[რ ე ] \u003d ჯ / (მ 2 წმ) \u003d ვ / მ 2

შტეფანის (ავსტრიელი მეცნიერი) და ლ. ბოლცმანის (გერმანელი მეცნიერის) კანონი.

სადაც

σ \u003d 5.67 10 -8 W / (m 2 K 4) - შტეფ-ონ-ბოლცმანის მუდმივი.

შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშე პროპორციულია თერმოდინამიკური ტემპერატურის მეოთხე სიმძლავრისა.

შტეფან-ბოლცმანის კანონი, რომელიც განსაზღვრავს დამოკიდებულებასრეტემპერატურაზე, არ იძლევა პასუხს სრულიად შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრულ შემადგენლობასთან დაკავშირებით. ექსპერიმენტული დამოკიდებულების მრუდებიდანრλ, ტ დან λ სხვადასხვა დროს თაქედან გამომდინარეობს, რომ ენერგიის განაწილება შავი სხეულის სპექტრში არათანაბარია. ყველა მოსახვევს აქვს მაქსიმუმი, რომელიც იზრდება თგადაინაცვლებს მოკლე ტალღის სიგრძეზე. დამოკიდებულების მრუდით შემოსაზღვრული ფართობირλ ,T λ-დან, უდრის რე(ეს გამომდინარეობს ინტეგრალის გეომეტრიული მნიშვნელობიდან) და პროპორციულია თ 4 .

ვიენის გადაადგილების კანონი (1864 - 1928): სიგრძე, ტალღები (λ max), რომელიც ითვალისწინებს a.ch.t-ის მაქსიმალურ ემისიურობას. მოცემულ ტემპერატურაზე, ტემპერატურის უკუპროპორციულია თ.

ბ\u003d 2.9 10 -3 m K - ვენის მუდმივი.

ვიენის ცვლა ხდება იმის გამო, რომ ტემპერატურის მატებასთან ერთად, მაქსიმალური ემისიურობა გადადის უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეზე.

§ 5 რეილი-ჯინსის ფორმულა, ვიენის ფორმულა და ულტრაიისფერი კატასტროფა

შტეფან-ბოლცმანის კანონი საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ენერგიის სიკაშკაშერეა.ჰ.ტ. მისი ტემპერატურის მიხედვით. ვიენის გადაადგილების კანონი აკავშირებს სხეულის ტემპერატურას იმ ტალღის სიგრძესთან, რომელზეც ეცემა მაქსიმალური ემისია. მაგრამ არც ერთი და არც მეორე კანონი არ წყვეტს მთავარ პრობლემას, თუ რამდენად დიდია რადიაციული უნარი თითოეულ λ-ზე A.Ch.T-ის სპექტრში. ტემპერატურაზე თ. ამისათვის თქვენ უნდა ჩამოაყალიბოთ ფუნქციური დამოკიდებულებარλ ,T λ-დან და თ.

ელექტრომაგნიტური ტალღების ემისიის უწყვეტი ბუნების კონცეფციის საფუძველზე ენერგიის ერთგვაროვანი განაწილების კანონში თავისუფლების ხარისხებზე, მიიღეს ორი ფორმულა a.ch.t.-ის ემისიურობისთვის:

• ღვინის ფორმულა

სადაც ა, ბ = კონსტ.

• რეილი-ჯინსის ფორმულა

k =1.38·10 -23 J/K - ბოლცმანის მუდმივი.

ექსპერიმენტულმა შემოწმებამ აჩვენა, რომ მოცემული ტემპერატურისთვის ვიენის ფორმულა სწორია მოკლე ტალღებისთვის და იძლევა მკვეთრ შეუსაბამობებს გამოცდილებასთან ხანგრძლივი ტალღების რეგიონში. Rayleigh-Jeans-ის ფორმულა სწორი აღმოჩნდა გრძელი ტალღებისთვის და არ გამოიყენება მოკლე ტალღებისთვის.

თერმული გამოსხივების შესწავლამ Rayleigh-Jeans-ის ფორმულის გამოყენებით აჩვენა, რომ კლასიკური ფიზიკის ფარგლებში შეუძლებელია AChT-ის ემისიურობის დამახასიათებელი ფუნქციის ამოცანის ამოხსნა. ეს წარუმატებელი მცდელობა ახსნას A.Ch.T-ის რადიაციის კანონები. კლასიკური ფიზიკის აპარატის დახმარებით მას "ულტრაიისფერი კატასტროფა" უწოდეს.

თუ ვცდილობთ გამოვთვალოთრერეილი-ჯინსის ფორმულის გამოყენებით, მაშინ

• “ ულტრაიისფერი კატასტროფა”

§6 კვანტური ჰიპოთეზა და პლანკის ფორმულა.

1900 წელს მ. პლანკმა (გერმანელმა მეცნიერმა) წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომლის მიხედვითაც ენერგიის ემისია და შთანთქმა არ ხდება განუწყვეტლივ, არამედ გარკვეულ მცირე ნაწილებში - კვანტებში, ხოლო კვანტური ენერგია პროპორციულია რხევის სიხშირისა (პლანკის ფორმულა. ):

h \u003d 6.625 10 -34 J s - პლანკის მუდმივი ან

სადაც

ვინაიდან გამოსხივება ხდება ნაწილებად, ოსცილატორის ენერგია (რხევადი ატომი, ელექტრონი) E იღებს მხოლოდ მნიშვნელობებს, რომლებიც არის ენერგიის ელემენტარული ნაწილების მთელი რიცხვის ჯერადი, ანუ მხოლოდ დისკრეტული მნიშვნელობები.

E = ნ E o = ნთν .

ფოტოელექტრული ეფექტი

სინათლის გავლენა ელექტრული პროცესების მიმდინარეობაზე პირველად შეისწავლა ჰერცმა 1887 წელს. მან ჩაატარა ექსპერიმენტები ელექტრული ნაპერწკლის უფსკრულით და აღმოაჩინა, რომ ულტრაიისფერი გამოსხივებით დასხივებისას გამონადენი გაცილებით დაბალი ძაბვით ხდება.

1889-1895 წლებში. ა.გ. სტოლეტოვმა შეისწავლა სინათლის ეფექტი მეტალებზე შემდეგი სქემის გამოყენებით. ორი ელექტროდი: შესასწავლი ლითონისგან დამზადებული კათოდი K და ანოდი A (სტოლეტოვის სქემით - ლითონის ბადე, რომელიც გადასცემს სინათლეს) ვაკუუმურ მილში უკავშირდება ბატარეას ისე, რომ წინააღმდეგობის დახმარებით. რთქვენ შეგიძლიათ შეცვალოთ მათზე გამოყენებული ძაბვის მნიშვნელობა და ნიშანი. თუთიის კათოდის დასხივებისას წრეში გადიოდა დენი, რომელიც ჩაიწერა მილიამმეტრით. კათოდის სხვადასხვა ტალღის სიგრძის შუქით დასხივებით, სტოლეტოვმა დაადგინა შემდეგი ძირითადი კანონები:

• ყველაზე ძლიერ ეფექტს ახდენს ულტრაიისფერი გამოსხივება;
• სინათლის მოქმედებით კათოდიდან გამოდის უარყოფითი მუხტები;
• სინათლის მოქმედებით წარმოქმნილი დენის სიძლიერე პირდაპირპროპორციულია მისი ინტენსივობის.

ლენარდმა და ტომსონმა 1898 წელს გაზომეს კონკრეტული მუხტი ( ე/ მ), გამოდევნა ნაწილაკები და აღმოჩნდა, რომ იგი ელექტრონის სპეციფიკურ მუხტს უტოლდება, შესაბამისად, ელექტრონები გამოიდევნება კათოდიდან.

§ 2 გარე ფოტოელექტრული ეფექტი. გარე ფოტოელექტრული ეფექტის სამი კანონი

გარე ფოტოელექტრული ეფექტი არის ნივთიერების მიერ ელექტრონების გამოსხივება სინათლის მოქმედებით. გარე ფოტოელექტრული ეფექტის მქონე ნივთიერებიდან გამოსულ ელექტრონებს ფოტოელექტრონები ეწოდება, ხოლო მათ მიერ წარმოქმნილ დენს - ფოტოდენი.

სტოლეტოვის სქემის გამოყენებით, ფოტოდენის შემდეგი დამოკიდებულებაგამოყენებული ძაბვა მუდმივი მანათობელი ნაკადით ფ(ანუ მიიღეს I–V მახასიათებელი - დენი-ძაბვის მახასიათებელი):

რაღაც ძაბვაზეUჰფოტოდენი აღწევს გაჯერებასმენ - კათოდის მიერ გამოსხივებული ყველა ელექტრონი აღწევს ანოდამდე, შესაბამისად, გაჯერების დენიმენ განისაზღვრება კათოდის მიერ სინათლის მოქმედებით დროის ერთეულზე გამოსხივებული ელექტრონების რაოდენობით. გამოთავისუფლებული ფოტოელექტრონების რაოდენობა პროპორციულია კათოდის ზედაპირზე სინათლის კვანტების ინციდენტის რაოდენობისა. და სინათლის კვანტების რაოდენობა განისაზღვრება მანათობელი ნაკადით ფკათოდზე დაცემა. ფოტონების რაოდენობანდროთა განმავლობაში დაცემატ ზედაპირზე განისაზღვრება ფორმულით:

სადაც ვ- ზედაპირზე მიღებული რადიაციული ენერგია Δ დროის განმავლობაშიტ,

ფოტონის ენერგია,

F e -მანათობელი ნაკადი (რადიაციული ძალა).

გარე ფოტოელექტრული ეფექტის 1 კანონი (სტოლეტოვის კანონი):

შემთხვევის სინათლის ფიქსირებულ სიხშირეზე, გაჯერების ფოტოდინება პროპორციულია შევარდნის სინათლის ნაკადის:

მეჩვენ~ Ф, ν =კონსტ

Uთ - შენელებული ძაბვაარის ძაბვა, რომლის დროსაც ვერცერთი ელექტრონი ვერ აღწევს ანოდს. მაშასადამე, ამ შემთხვევაში ენერგიის შენარჩუნების კანონი შეიძლება დაიწეროს: გამოსხივებული ელექტრონების ენერგია ტოლია ელექტრული ველის შეფერხების ენერგიას.

მაშასადამე, შეიძლება აღმოჩნდეს გამოსხივებული ფოტოელექტრონების მაქსიმალური სიჩქარეVmax

ფოტოელექტრული ეფექტის მე-2 კანონი : მაქსიმალური საწყისი სიჩქარეVmaxფოტოელექტრონები არ არის დამოკიდებული დაცემის სინათლის ინტენსივობაზე (ჩართული ფ), მაგრამ განისაზღვრება მხოლოდ მისი სიხშირით ν

ფოტოელექტრული ეფექტის მე-3 კანონი : ყოველი ნივთიერებისთვის არსებობს "წითელი საზღვარი" ფოტო ეფექტი, ანუ მინიმალური სიხშირე ν kp , დამოკიდებულია ნივთიერების ქიმიურ ბუნებაზე და მისი ზედაპირის მდგომარეობაზე, რომლის დროსაც შესაძლებელია გარე ფოტოელექტრული ეფექტი.

ფოტოელექტრული ეფექტის მეორე და მესამე კანონები არ შეიძლება აიხსნას სინათლის ტალღური ბუნების (ან სინათლის კლასიკური ელექტრომაგნიტური თეორიის) გამოყენებით. ამ თეორიის მიხედვით, ლითონისგან გამტარ ელექტრონების გამოყვანა სინათლის ტალღის ელექტრომაგნიტური ველის მიერ მათი „ქანების“ შედეგია. სინათლის ინტენსივობის მატებასთან ერთად ( ფ) ლითონის ელექტრონით გადაცემული ენერგია უნდა გაიზარდოს, შესაბამისად, უნდა გაიზარდოსVmaxდა ეს ეწინააღმდეგება ფოტოელექტრული ეფექტის მე-2 კანონს.

ვინაიდან, ტალღის თეორიის მიხედვით, ელექტრომაგნიტური ველის მიერ გადაცემული ენერგია სინათლის ინტენსივობის პროპორციულია ( ფ), შემდეგ ნებისმიერი სინათლე; სიხშირე, მაგრამ საკმარისად მაღალი ინტენსივობით უნდა გამოიყვანოს ელექტრონები ლითონისგან, ანუ ფოტოელექტრული ეფექტის წითელი საზღვარი არ არსებობდეს, რაც ეწინააღმდეგება ფოტოელექტრული ეფექტის მე-3 კანონს. გარე ფოტოელექტრული ეფექტი ინერციულია. და ტალღის თეორია ვერ ხსნის მის ინერციულობას.

§ 3 აინშტაინის განტოლება გარე ფოტოელექტრული ეფექტისთვის.

სამუშაო ფუნქცია

1905 წელს ა.აინშტაინმა ახსნა ფოტოელექტრული ეფექტი კვანტური კონცეფციების საფუძველზე. აინშტაინის აზრით, სინათლე არა მხოლოდ კვანტებით გამოიყოფა პლანკის ჰიპოთეზის შესაბამისად, არამედ ვრცელდება სივრცეში და შეიწოვება მატერიის მიერ ცალკეულ ნაწილებში - კვანტები ენერგიით. E0 = ჰვ. ელექტრომაგნიტური გამოსხივების კვანტებს უწოდებენ ფოტონები.

აინშტაინის განტოლება (ენერგიის შენარჩუნების კანონი გარე ფოტოეფექტისთვის):

ინციდენტის ფოტონის ენერგია ჰვიხარჯება ლითონისგან ელექტრონის ამოღებაზე, ანუ სამუშაო ფუნქციაზე A გარეთდა გადასცეს კინეტიკური ენერგია გამოსხივებულ ფოტოელექტრონს.

უმცირესი ენერგია, რომელიც უნდა გადაეცეს ელექტრონს, რათა ის მყარი სხეულიდან ვაკუუმში გადავიდეს, ე.წ. სამუშაო ფუნქცია.

ვინაიდან ფერმის ენერგია ე ფდამოკიდებულია ტემპერატურაზე და ე ფასევე იცვლება ტემპერატურასთან ერთად, შესაბამისად, A გარეთტემპერატურაზე დამოკიდებული.

გარდა ამისა, სამუშაო ფუნქცია ძალიან მგრძნობიარეა ზედაპირის დასრულების მიმართ. ზედაპირზე ფილმის წასმა სა, სგ, ვა) ზე ვA გარეთმცირდება 4.5 ევ-დან სუფთასთვისვ 1,5 სთ-მდე 2 ევ უწმინდურობისთვისვ.

აინშტაინის განტოლება შესაძლებელს ხდის ახსნასგ გარე ფოტოეფექტის სამი კანონი,

1 კანონი: თითოეული კვანტი შეიწოვება მხოლოდ ერთი ელექტრონის მიერ. ამიტომ, გამოდევნილი ფოტოელექტრონების რაოდენობა უნდა იყოს ინტენსივობის პროპორციული ( ფ) სვეტა

მე-2 კანონი: Vmax~ ν და მას შემდეგ A გარეთარ არის დამოკიდებული ფ, შემდეგ დაVmax არ არის დამოკიდებული ფ

მე-3 კანონი: როგორც ν მცირდება,Vmax და ν = ν 0-სთვის Vmax = 0, შესაბამისად,hν 0 = A გარეთმაშასადამე, ე.ი. არის მინიმალური სიხშირე, საიდანაც შესაძლებელია გარე ფოტოელექტრული ეფექტი.

სხეულების თერმული გამოსხივება ეწოდება ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას, რომელიც წარმოიქმნება სხეულის შინაგანი ენერგიის იმ ნაწილის გამო, რომელიც დაკავშირებულია მისი ნაწილაკების თერმულ მოძრაობასთან.

ტემპერატურამდე გაცხელებული სხეულების თერმული გამოსხივების ძირითადი მახასიათებლები თარიან:

1. ენერგია სიკაშკაშერ (თ ) -დროის ერთეულზე გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობა სხეულის ერთეულ ზედაპირზე, ტალღის სიგრძის მთელ დიაპაზონში.დამოკიდებულია სხივური სხეულის ზედაპირის ტემპერატურაზე, ბუნებასა და მდგომარეობაზე. SI სისტემაში რ ( თ ) აქვს განზომილება [W/m 2].

2. ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივერ (  , T) =dW/ დ - ენერგიის რაოდენობა, რომელსაც ასხივებს სხეულის ზედაპირის ერთეული დროის ერთეულზე ერთეული ტალღის სიგრძის ინტერვალში (განხილული ტალღის სიგრძის მახლობლად ). იმათ. ეს რაოდენობა რიცხობრივად უდრის ენერგიის თანაფარდობას dWგამოსხივებული ფართობის ერთეულზე დროის ერთეულზე ტალღის სიგრძის ვიწრო დიაპაზონში  ადრე  +დ , ამ ინტერვალის სიგანეზე. ეს დამოკიდებულია სხეულის ტემპერატურაზე, ტალღის სიგრძეზე და ასევე რადიაციული სხეულის ზედაპირის ბუნებასა და მდგომარეობაზე. SI სისტემაში რ( , თ) აქვს განზომილება [W/m 3].

ენერგიის სიკაშკაშე რ(თ) დაკავშირებული ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრულ სიმკვრივესთან რ( , თ) შემდეგი გზით:

(1) [ვ/მ2]

3. ყველა სხეული არა მხოლოდ ასხივებს, არამედ შთანთქავს მათ ზედაპირზე მოხვედრილ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს. გარკვეული ტალღის სიგრძის ელექტრომაგნიტურ ტალღებთან მიმართებაში სხეულების შთანთქმის უნარის დასადგენად, შემოღებულია კონცეფცია მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი-სხეულის ზედაპირის მიერ შთანთქმული მონოქრომატული ტალღის ენერგიის თანაფარდობა შემხვედრი მონოქრომატული ტალღის ენერგიასთან:

მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი არის განზომილებიანი სიდიდე, რომელიც დამოკიდებულია ტემპერატურასა და ტალღის სიგრძეზე. ის გვიჩვენებს, თუ რა წილი შეიწოვება მონოქრომატული ტალღის ენერგიის რა ნაწილს შთანთქავს სხეულის ზედაპირს. ღირებულება  ( , თ) შეუძლია მიიღოს მნიშვნელობები 0-დან 1-მდე.

რადიაციას ადიაბატურად დახურულ სისტემაში (გარემოსთან სითბოს არ ცვლის) წონასწორობა ეწოდება.. თუ ღრუს კედელში მცირე ხვრელი შეიქმნა, წონასწორობის მდგომარეობა ოდნავ შეიცვლება და ღრუდან გამომავალი გამოსხივება შეესაბამება წონასწორობის გამოსხივებას.

თუ სხივი მიმართულია ასეთ ხვრელში, მაშინ ღრუს კედლებზე განმეორებითი არეკვლისა და შთანთქმის შემდეგ ის უკან ვეღარ გაბრუნდება. ეს ნიშნავს, რომ ასეთი ხვრელისთვის არის შთანთქმის კოეფიციენტი ( , თ) = 1.

განხილული დახურული ღრუ პატარა ხვრელით ემსახურება ერთ-ერთ მოდელს აბსოლუტურად შავი სხეული.

მთლიანად შავი სხეულისხეული ეწოდება სხეულს, რომელიც შთანთქავს მასზე მოხვედრილ მთელ გამოსხივებას, განურჩევლად ინციდენტის გამოსხივების მიმართულებისა, მისი სპექტრული შემადგენლობისა და პოლარიზაციისა (არაფრის ასახვის ან გადაცემის გარეშე).

შავი სხეულისთვის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე არის ტალღის სიგრძისა და ტემპერატურის უნივერსალური ფუნქცია. ვ( , თ) და არ არის დამოკიდებული მის ბუნებაზე.

ბუნებაში არსებული ყველა სხეული ნაწილობრივ ასახავს რადიაციის ინციდენტს თავის ზედაპირზე და ამიტომ არ მიეკუთვნება აბსოლუტურად შავ სხეულებს. თუ სხეულის მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი იგივეა ყველა ტალღის სიგრძე და ნაკლებიერთეულები(( , თ) = Т = კონსტ<1),მაშინ ასეთ სხეულს უწოდებენ ნაცრისფერი. ნაცრისფერი სხეულის მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი დამოკიდებულია მხოლოდ სხეულის ტემპერატურაზე, მის ბუნებასა და ზედაპირის მდგომარეობაზე.

კირხჰოფმა აჩვენა, რომ ყველა სხეულისთვის, მიუხედავად მათი ბუნებისა, ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის თანაფარდობა მონოქრომატულ შთანთქმის კოეფიციენტთან არის ტალღის სიგრძისა და ტემპერატურის იგივე უნივერსალური ფუნქცია. ვ( , თ) , რომელიც არის შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე :

განტოლება (3) კირხჰოფის კანონია.

კირჩჰოფის კანონიშეიძლება ჩამოყალიბდეს ასე: სისტემის ყველა სხეულისთვის, რომელიც იმყოფება თერმოდინამიკურ წონასწორობაში, ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის თანაფარდობა კოეფიციენტთან მონოქრომატული შეწოვა არ არის დამოკიდებული სხეულის ბუნებაზე, არის იგივე ფუნქცია ყველა სხეულისთვის, ტალღის სიგრძის მიხედვით და ტემპერატურა T.

ზემოაღნიშნულიდან და ფორმულიდან (3) ცხადია, რომ მოცემულ ტემპერატურაზე, ის ნაცრისფერი სხეულები, რომლებსაც აქვთ დიდი შთანთქმის კოეფიციენტი, უფრო ძლიერად ასხივებენ, ხოლო აბსოლუტურად შავი სხეულები ყველაზე ძლიერად. რადგან სრულიად შავი სხეულისთვის(  , თ)=1, მაშინ ფორმულა (3) გულისხმობს, რომ უნივერსალური ფუნქცია ვ( , თ) არის შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე

სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე- - ფიზიკური სიდიდე, რომელიც არის ტემპერატურის ფუნქცია და რიცხობრივად უდრის სხეულის მიერ გამოსხივებულ ენერგიას დროის ერთეულზე ზედაპირის ერთეულზე ყველა მიმართულებით და მთელი სიხშირის სპექტრში. J/s m²=W/m²

ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე- სიხშირისა და ტემპერატურის ფუნქცია, რომელიც ახასიათებს რადიაციული ენერგიის განაწილებას სიხშირეების მთელ სპექტრზე (ან ტალღის სიგრძეზე). , მსგავსი ფუნქცია ასევე შეიძლება დაიწეროს ტალღის სიგრძის მიხედვით

შეიძლება დადასტურდეს, რომ ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე, გამოხატული სიხშირითა და ტალღის სიგრძით, დაკავშირებულია მიმართებით:

მთლიანად შავი სხეული- ფიზიკური იდეალიზება, რომელიც გამოიყენება თერმოდინამიკაში, სხეული, რომელიც შთანთქავს მასზე დაცემულ ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებას ყველა დიაპაზონში და არაფერს ასახავს. სახელის მიუხედავად, თავად შავ სხეულს შეუძლია ნებისმიერი სიხშირის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება და ვიზუალურად ჰქონდეს ფერი. შავი სხეულის რადიაციის სპექტრი განისაზღვრება მხოლოდ მისი ტემპერატურით.

შავი სხეულის მნიშვნელობა ზოგადად ნებისმიერი (ნაცრისფერი და ფერადი) სხეულების თერმული გამოსხივების სპექტრის საკითხში, გარდა იმისა, რომ უმარტივესი არატრივიალური შემთხვევაა, ასევე იმაში მდგომარეობს, რომ წონასწორობის სპექტრის საკითხი. ნებისმიერი ფერის სხეულების თერმული გამოსხივება და ასახვის კოეფიციენტი კლასიკური თერმოდინამიკის მეთოდებით მცირდება აბსოლუტურად შავი სხეულიდან გამოსხივების საკითხამდე (და ისტორიულად ეს უკვე გაკეთდა მე-19 საუკუნის ბოლოს, როდესაც გამოსხივების პრობლემა წინა პლანზე გამოვიდა აბსოლუტურად შავი სხეული).

აბსოლუტურად შავი სხეულები ბუნებაში არ არსებობს, ამიტომ ფიზიკაში ექსპერიმენტებისთვის გამოიყენება მოდელი. ეს არის დახურული ღრუ პატარა ღიობით. ამ ხვრელში შესული სინათლე მთლიანად შეიწოვება განმეორებითი არეკვლის შემდეგ და ხვრელი გარედან სრულიად შავი გამოიყურება. მაგრამ როდესაც ეს ღრუ გაცხელდება, მას ექნება საკუთარი ხილული გამოსხივება. ვინაიდან ღრუს შიდა კედლების მიერ გამოსხივებული გამოსხივება, სანამ ის გამოდის (ბოლოს და ბოლოს, ხვრელი ძალიან მცირეა), უმეტეს შემთხვევაში, ის გაივლის უამრავ ახალ შთანთქმას და გამოსხივებას, შეიძლება ითქვას დარწმუნებულია, რომ ღრუს შიგნით გამოსხივება კედლებთან თერმოდინამიკურ წონასწორობაშია. (სინამდვილეში, ამ მოდელისთვის ხვრელი საერთოდ არ არის მნიშვნელოვანი, საჭიროა მხოლოდ ხაზგასმით აღვნიშნოთ რადიაციის ფუნდამენტური დაკვირვება; მაგალითად, ხვრელი შეიძლება მთლიანად დაიხუროს და სწრაფად გაიხსნას მხოლოდ მაშინ, როდესაც წონასწორობა უკვე დასრულებულია. დადგენილია და გაზომვა ხდება).

2. კირჩჰოფის რადიაციული კანონიარის ფიზიკური კანონი, რომელიც დაარსდა გერმანელი ფიზიკოსის კირხჰოფის მიერ 1859 წელს. თანამედროვე ფორმულირებაში კანონი ასე იკითხება: ნებისმიერი სხეულის ემისიურობის თანაფარდობა მის შთანთქმის შესაძლებლობებთან არის ყველა სხეულისთვის მოცემულ ტემპერატურაზე მოცემული სიხშირისთვის და არ არის დამოკიდებული მათ ფორმაზე, ქიმიურ შემადგენლობაზე და ა.შ.

ცნობილია, რომ როდესაც ელექტრომაგნიტური გამოსხივება ეცემა გარკვეულ სხეულზე, მისი ნაწილი აირეკლება, ნაწილი შეიწოვება, ნაწილი კი შეიძლება გადაიცეს. აბსორბირებული გამოსხივების წილადს მოცემულ სიხშირეზე ეწოდება შთანთქმის უნარისხეული . მეორეს მხრივ, თითოეული გაცხელებული სხეული ასხივებს ენერგიას გარკვეული კანონის მიხედვით, ე.წ სხეულის ემისიურობა.

მნიშვნელობები და შეიძლება მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდეს ერთი სხეულიდან მეორეზე გადასვლისას, თუმცა კირჩჰოფის რადიაციული კანონის თანახმად, გამოსხივების და შთანთქმის უნარის თანაფარდობა არ არის დამოკიდებული სხეულის ბუნებაზე და არის სიხშირის უნივერსალური ფუნქცია ( ტალღის სიგრძე) და ტემპერატურა:

განმარტებით, სრულიად შავი სხეული შთანთქავს მასზე დაცემულ მთელ გამოსხივებას, ანუ მისთვის. მაშასადამე, ფუნქცია ემთხვევა შტეფან-ბოლცმანის კანონით აღწერილ შტეფან-ბოლცმანის კანონით აღწერილ შტეფან-ბოლცმანის ემისიურობას, რის შედეგადაც ნებისმიერი სხეულის ემისიურობა შეიძლება მოიძებნოს მხოლოდ მისი შთანთქმის უნარის საფუძველზე.

შტეფან-ბოლცმანის კანონი- სრულიად შავი სხეულის გამოსხივების კანონი. განსაზღვრავს აბსოლუტურად შავი სხეულის რადიაციული სიმძლავრის დამოკიდებულებას მის ტემპერატურაზე. კანონის ფორმულირება: აბსოლუტურად შავი სხეულის რადიაციული ძალა პირდაპირპროპორციულია ზედაპირის ფართობისა და სხეულის ტემპერატურის მეოთხე ხარისხზე: პ = სεσ თ 4, სადაც ε არის ემისიის ხარისხი (ყველა ნივთიერებისთვის ε< 1, для абсолютно черного тела ε = 1).

რადიაციისთვის პლანკის კანონის გამოყენებით, მუდმივი σ შეიძლება განისაზღვროს, როგორც სად არის პლანკის მუდმივი, კარის ბოლცმანის მუდმივი, გარის სინათლის სიჩქარე.

რიცხვითი მნიშვნელობა J s −1 m −2 K −4 .

გერმანელმა ფიზიკოსმა W. Wien-მა (1864-1928), ეყრდნობოდა თერმო- და ელექტროდინამიკის კანონებს, დაადგინა ტალღის სიგრძის დამოკიდებულება l max, რომელიც შეესაბამება ფუნქციის მაქსიმუმს. რ ლ , ტ ,ტემპერატურა თ.Მიხედვით ვიენის გადაადგილების კანონი,l max \u003d b / T

ანუ ტალღის სიგრძე l max, რომელიც შეესაბამება ენერგიის სინათლის სპექტრული სიმკვრივის მაქსიმალურ მნიშვნელობას რ ლ, ტშავი სხეული მისი თერმოდინამიკური ტემპერატურის უკუპროპორციულია, ბ-ვიენის მუდმივი: მისი ექსპერიმენტული მნიშვნელობა არის 2.9 10 -3 მ K. გამოთქმას (199.2) ამიტომ კანონი ეწოდება. მიკერძოებაბრალია ის, რომ ის აჩვენებს ფუნქციის მაქსიმუმის პოზიციის გადაადგილებას რ ლ, ტროგორც ტემპერატურა იზრდება მოკლე ტალღის სიგრძის რეგიონამდე. ვიენის კანონი განმარტავს, თუ რატომ მცირდება გახურებული სხეულების ტემპერატურა, მათ სპექტრში ჭარბობს გრძელი ტალღის გამოსხივება (მაგალითად, თეთრი სითბოს წითელზე გადასვლა, როდესაც მეტალი გაცივდება).

იმისდა მიუხედავად, რომ შტეფან - ბოლცმანისა და ვიენის კანონები მნიშვნელოვან როლს ასრულებენ თერმული გამოსხივების თეორიაში, ისინი განსაკუთრებული კანონებია, რადგან ისინი არ აძლევენ ენერგიის განაწილების ზოგად სურათს სიხშირეებზე სხვადასხვა ტემპერატურაზე.

3. დაე, ამ ღრუს კედლებმა სრულად აირეკლოს მათზე დაცემული შუქი. მოვათავსოთ ღრუში რაღაც სხეული, რომელიც გამოყოფს სინათლის ენერგიას. ღრუს შიგნით წარმოიქმნება ელექტრომაგნიტური ველი და, საბოლოოდ, ის ივსება გამოსხივებით, რომელიც სხეულთან თერმული წონასწორობის მდგომარეობაშია. წონასწორობა დადგება იმ შემთხვევაშიც, როდესაც რაიმე სახით, გამოკვლეული სხეულის სითბოს გაცვლა მის გარემოსთან მთლიანად აღმოიფხვრება (მაგალითად, ამ გონებრივ ექსპერიმენტს ვაკუუმში ჩავატარებთ, როდესაც არ არის სითბოს გამტარობის ფენომენი და კონვექცია). მხოლოდ სინათლის ემისიისა და შთანთქმის პროცესების გამო, აუცილებლად მოვა წონასწორობა: გამოსხივებულ სხეულს ექნება ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ტემპერატურის ტოლი ტემპერატურა, რომელიც იზოტროპულად ავსებს ღრუს სივრცეს და სხეულის ზედაპირის თითოეული არჩეული ნაწილი გამოსცემს როგორც. ბევრი ენერგია ერთეულ დროში, როგორც ის შთანთქავს. ამ შემთხვევაში, წონასწორობა უნდა მოხდეს დახურულ ღრუში მოთავსებული სხეულის თვისებების მიუხედავად, რაც, თუმცა, გავლენას ახდენს წონასწორობის დამყარების დროზე. ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიის სიმკვრივე ღრუში, როგორც ქვემოთ იქნება ნაჩვენები, წონასწორობის მდგომარეობაში განისაზღვრება მხოლოდ ტემპერატურით.

წონასწორული თერმული გამოსხივების დასახასიათებლად მნიშვნელოვანია არა მხოლოდ მოცულობითი ენერგიის სიმკვრივე, არამედ ამ ენერგიის განაწილება სპექტრზე. მაშასადამე, ჩვენ დავახასიათებთ წონასწორობის გამოსხივებას, რომელიც იზოტროპულად ავსებს ღრუს შიგნით არსებულ სივრცეს ფუნქციის გამოყენებით u ω - რადიაციის სპექტრული სიმკვრივე,ანუ ელექტრომაგნიტური ველის მოცულობის საშუალო ენერგია, განაწილებული სიხშირის დიაპაზონში ω-დან ω + δω-მდე და დაკავშირებულია ამ ინტერვალის მნიშვნელობასთან. ცხადია ღირებულება uω მნიშვნელოვნად უნდა იყოს დამოკიდებული ტემპერატურაზე, ამიტომ აღვნიშნავთ მას u(ω, T).ენერგიის მთლიანი სიმკვრივე U(თ) დაკავშირებული u(ω, თ) ფორმულა.

მკაცრად რომ ვთქვათ, ტემპერატურის კონცეფცია გამოიყენება მხოლოდ წონასწორული თერმული გამოსხივებისთვის. წონასწორობის დროს ტემპერატურა მუდმივი უნდა დარჩეს. თუმცა, ხშირად ტემპერატურის კონცეფცია ასევე გამოიყენება ინკანდესენტური სხეულების დასახასიათებლად, რომლებიც არ არიან წონასწორობაში რადიაციასთან. უფრო მეტიც, სისტემის პარამეტრების ნელი ცვლილებით, ყოველ მოცემულ პერიოდში შესაძლებელია მისი ტემპერატურის დახასიათება, რომელიც ნელ-ნელა შეიცვლება. ასე რომ, მაგალითად, თუ არ არის სითბოს შემოდინება და რადიაცია გამოწვეულია მანათობელი სხეულის ენერგიის შემცირებით, მაშინ მისი ტემპერატურაც შემცირდება.

დავამყაროთ კავშირი შავი სხეულის ემისიურობასა და წონასწორული გამოსხივების სპექტრულ სიმკვრივეს შორის. ამისათვის ჩვენ ვიანგარიშებთ ენერგიის ნაკადის ინციდენტს ერთ უბანზე, რომელიც მდებარეობს საშუალო სიმკვრივის ელექტრომაგნიტური ენერგიით სავსე დახურულ ღრუში. U ω.დაე, გამოსხივება დაეცეს ერთეულ ფართობზე θ და ϕ კუთხეებით განსაზღვრული მიმართულებით (ნახ. 6a) მყარი კუთხის dΩ:

ვინაიდან წონასწორული გამოსხივება იზოტროპულია, ფრაქცია, რომელიც ტოლია ღრუს მთლიანი ენერგიისა, ვრცელდება მოცემულ მყარ კუთხით. ელექტრომაგნიტური ენერგიის ნაკადი, რომელიც გადის ერთეულ ფართობზე დროის ერთეულზე

ჩანაცვლება dΩგამოხატვა და ინტეგრირება ϕ-ზე (0, 2π) და θ-ზე (0, π/2) ფარგლებში, მივიღებთ მთლიანი ენერგიის ნაკადის ინციდენტს ერთეულ ფართობზე:

აშკარაა, რომ წონასწორობის პირობებში აუცილებელია სრულიად შავი სხეულის ემისიურობის გამოხატულების (13) გათანაბრება. რω, რომელიც ახასიათებს უბნის მიერ გამოსხივებულ ენერგიის ნაკადს ω-სთან ახლოს სიხშირის ერთეულის ინტერვალში:

ამრიგად, ნაჩვენებია, რომ აბსოლუტურად შავი სხეულის ემისიურობა, c/4 ფაქტორამდე, ემთხვევა წონასწორული გამოსხივების სპექტრულ სიმკვრივეს. ტოლობა (14) უნდა დაკმაყოფილდეს რადიაციის თითოეული სპექტრული კომპონენტისთვის, ამიტომ აქედან გამომდინარეობს, რომ ვ(ω, თ)= u(ω, თ) (15)

დასასრულს აღვნიშნავთ, რომ აბსოლუტური შავი სხეულის გამოსხივება (მაგალითად, ღრუში არსებული პატარა ხვრელის გამოსხივება) აღარ იქნება წონასწორობაში. კერძოდ, ეს გამოსხივება არ არის იზოტროპული, რადგან ის არ ვრცელდება ყველა მიმართულებით. მაგრამ ენერგიის განაწილება სპექტრზე ასეთი გამოსხივებისთვის დაემთხვევა წონასწორული გამოსხივების სპექტრულ სიმკვრივეს, რომელიც იზოტროპულად ავსებს ღრუს სივრცეს. ეს შესაძლებელს ხდის მიმართების (14) გამოყენებას, რომელიც მოქმედებს ნებისმიერ ტემპერატურაზე. არცერთ სხვა სინათლის წყაროს არ აქვს ენერგიის მსგავსი განაწილება მთელ სპექტრში. ასე, მაგალითად, აირებში ელექტრული გამონადენი ან ქიმიური რეაქციების გავლენის ქვეშ მყოფი სიკაშკაშე აქვს სპექტრები, რომლებიც მნიშვნელოვნად განსხვავდება აბსოლუტურად შავი სხეულის ბზინვარებისგან. ენერგიის განაწილება ცხელი სხეულების სპექტრზე ასევე მკვეთრად განსხვავდება შავი სხეულის სიკაშკაშისგან, რომელიც უფრო მაღალი იყო საერთო სინათლის წყაროს (ინკანდესენტური ნათურა ვოლფრამის ძაფით) და შავი სხეულის სპექტრების შედარებით.

4. ეფუძნება ენერგიის თანაბარი დანაწილების კანონს თავისუფლების ხარისხებზე: ყოველი ელექტრომაგნიტური რხევისთვის არის საშუალო ენერგია, რომელიც ემატება kT ორი ნაწილისგან. ერთი ნახევარი შემოდის ტალღის ელექტრული კომპონენტით, ხოლო მეორე ნახევარი მაგნიტური კომპონენტით. თავისთავად, ღრუში წონასწორული გამოსხივება შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მუდმივი ტალღების სისტემა. სამგანზომილებიან სივრცეში მდგარი ტალღების რაოდენობა მოცემულია შემდეგით:

ჩვენს შემთხვევაში, სიჩქარე ვტოლი უნდა იყოს გუფრო მეტიც, ორი ელექტრომაგნიტური ტალღა ერთი და იგივე სიხშირით, მაგრამ ორმხრივი პერპენდიკულარული პოლარიზაციებით, შეიძლება მოძრაობდეს იმავე მიმართულებით, შემდეგ (1) დამატებით უნდა გამრავლდეს ორზე:

ასე რომ, რეილი და ჯინსი, ენერგია მიენიჭა თითოეულ რხევას. გამრავლებით (2)-ზე მივიღებთ ენერგიის სიმკვრივეს, რომელიც მოდის სიხშირის ინტერვალზე dω:

სრულიად შავი სხეულის ემისიურობის ურთიერთობის ცოდნა ვ(ω, თ) თერმული გამოსხივების წონასწორული ენერგიის სიმკვრივით, ამისთვის ვ(ω, თ) ვპოულობთ: გამონათქვამები (3) და (4), ე.წ რეილი-ჯინსის ფორმულა.

ფორმულები (3) და (4) დამაკმაყოფილებლად ეთანხმება ექსპერიმენტულ მონაცემებს მხოლოდ გრძელი ტალღის სიგრძისთვის; მოკლე ტალღის სიგრძეზე ექსპერიმენტთან შეთანხმება მკვეთრად განსხვავდება. უფრო მეტიც, ინტეგრაცია (3) ω-ზე 0-დან წონასწორული ენერგიის სიმკვრივის დიაპაზონში u(თ) იძლევა უსასრულოდ დიდ მნიშვნელობას. ეს შედეგი, ე.წ ულტრაიისფერი კატასტროფაცხადია, ეწინააღმდეგება ექსპერიმენტს: წონასწორობა გამოსხივებასა და გამოსხივებულ სხეულს შორის უნდა იყოს დამყარებული სასრულ მნიშვნელობებზე. u(თ).

ულტრაიისფერი კატასტროფა- ფიზიკური ტერმინი, რომელიც აღწერს კლასიკური ფიზიკის პარადოქსს, რომელიც მდგომარეობს იმაში, რომ ნებისმიერი გაცხელებული სხეულის თერმული გამოსხივების მთლიანი სიმძლავრე უნდა იყოს უსასრულო. პარადოქსის სახელწოდება განპირობებული იყო იმით, რომ რადიაციის სპექტრული სიმძლავრის სიმკვრივე ტალღის სიგრძის შემცირებისას განუსაზღვრელი ვადით უნდა გაიზარდოს. სინამდვილეში, ამ პარადოქსმა აჩვენა, თუ არა კლასიკური ფიზიკის შინაგანი შეუსაბამობა, მაშინ მაინც უკიდურესად მკვეთრი (აბსურდული) შეუსაბამობა ელემენტარულ დაკვირვებებთან და ექსპერიმენტებთან.

5. პლანკის ჰიპოთეზა- ჰიპოთეზა, რომელიც წამოაყენა მაქს პლანკმა 1900 წლის 14 დეკემბერს და შედგება იმაში, რომ თერმული გამოსხივების დროს ენერგია გამოიყოფა და შეიწოვება არა განუწყვეტლივ, არამედ ცალკეულ კვანტებში (ნაწილებად). თითოეულ ასეთ ნაწილს-კვანტს აქვს ენერგია სიხშირის პროპორციული ν რადიაცია:

სადაც თან - პროპორციულობის კოეფიციენტი, რომელსაც მოგვიანებით პლანკის მუდმივი ეწოდა. ამ ჰიპოთეზაზე დაყრდნობით მან შემოგვთავაზა სხეულის ტემპერატურისა და ამ სხეულის მიერ გამოსხივებული გამოსხივების ურთიერთკავშირის თეორიული წარმოშობა - პლანკის ფორმულა.

პლანკის ფორმულა- შავი სხეულის რადიაციის სპექტრული სიმჭიდროვის გამოხატულება, რომელიც მიიღო მაქს პლანკმა. გამოსხივების ენერგიის სიმკვრივისთვის u(ω, თ):

პლანკის ფორმულა მიიღეს მას შემდეგ, რაც გაირკვა, რომ რეილი-ჯინსის ფორმულა დამაკმაყოფილებლად აღწერს რადიაციას მხოლოდ გრძელი ტალღების რეგიონში. ფორმულის გამოსატანად პლანკმა 1900 წელს გამოთქვა ვარაუდი, რომ ელექტრომაგნიტური გამოსხივება გამოიყოფა ენერგიის ცალკეული ნაწილის (კვანტების) სახით, რომელთა სიდიდე დაკავშირებულია გამოსხივების სიხშირესთან გამოთქმით:

პროპორციულობის კოეფიციენტს შემდგომში ეწოდა პლანკის მუდმივი, = 1,054 10 −27 erg s.

თერმული გამოსხივების თვისებების ასახსნელად საჭირო იყო ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ნაწილებად (კვანტების) ემისიის კონცეფციის დანერგვა. გამოსხივების კვანტურ ბუნებას ასევე ადასტურებს ბრემსტრაჰლუნგის სპექტრის მოკლე ტალღის საზღვრის არსებობა.

რენტგენის გამოსხივება წარმოიქმნება მყარი სამიზნეების დაბომბვისას სწრაფი ელექტრონებით, აქ ანოდი მზადდება W, Mo, Cu, Pt - მძიმე ცეცხლგამძლე ან მაღალი თბოგამტარობის ლითონებისგან. ელექტრონის ენერგიის მხოლოდ 1–3% მიდის რადიაციაზე, დანარჩენი ანოდზე გამოიყოფა სითბოს სახით, ამიტომ ანოდები გაცივდება წყლით. ანოდის მასალაში მოხვედრის შემდეგ ელექტრონები განიცდიან ძლიერ შენელებას და ხდება ელექტრომაგნიტური ტალღების (რენტგენის სხივების) წყარო.

ელექტრონის საწყისი სიჩქარე ანოდზე მოხვედრისას განისაზღვრება ფორმულით:

სადაც Uარის აჩქარების ძაბვა.

> შესამჩნევი გამოსხივება შეინიშნება მხოლოდ სწრაფი ელექტრონების მკვეთრი შენელების დროს დაწყებული U~ 50 კვ, ხოლო ( თანარის სინათლის სიჩქარე). ინდუქციური ელექტრონების ამაჩქარებლებში - ბეტატრონები, ელექტრონები იძენენ ენერგიას 50 მევ-მდე, = 0,99995. თან. ასეთი ელექტრონების მყარ სამიზნეზე მიმართვით ჩვენ ვიღებთ რენტგენის გამოსხივებას მცირე ტალღის სიგრძით. ამ გამოსხივებას აქვს მაღალი შეღწევადობის ძალა. კლასიკური ელექტროდინამიკის მიხედვით, როდესაც ელექტრონი შენელდება, უნდა გამოჩნდეს ყველა ტალღის სიგრძის გამოსხივება ნულიდან უსასრულობამდე. ტალღის სიგრძე, რომელზეც ეცემა გამოსხივების მაქსიმალური სიმძლავრე, უნდა შემცირდეს ელექტრონის სიჩქარის მატებასთან ერთად. თუმცა, არსებობს ფუნდამენტური განსხვავება კლასიკური თეორიისგან: ნულოვანი სიმძლავრის განაწილება არ მიდის საწყისამდე, არამედ იშლება სასრულ მნიშვნელობებზე - ეს არის რენტგენის სპექტრის მოკლე ტალღის კიდეები.

ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ

მოკლე ტალღის სიგრძის საზღვრის არსებობა პირდაპირ გამომდინარეობს რადიაციის კვანტური ბუნებიდან. მართლაც, თუ გამოსხივება წარმოიქმნება შენელების დროს ელექტრონის მიერ დაკარგული ენერგიის გამო, მაშინ კვანტის ენერგია არ შეიძლება აღემატებოდეს ელექტრონის ენერგიას. ევროპა, ე.ი. , აქედან ან .

ამ ექსპერიმენტში შეგიძლიათ განსაზღვროთ პლანკის მუდმივი თ. პლანკის მუდმივის განსაზღვრის ყველა მეთოდს შორის ყველაზე ზუსტი მეთოდია, რომელიც დაფუძნებულია ბრემსტრაჰლუნგის სპექტრის მოკლე ტალღის კიდეების გაზომვაზე.

7. ფოტო ეფექტი- ეს არის ნივთიერების ელექტრონების გამოსხივება სინათლის გავლენის ქვეშ (და, ზოგადად, ნებისმიერი ელექტრომაგნიტური გამოსხივება). შედედებულ ნივთიერებებში (მყარი და თხევადი) გამოირჩევა გარე და შიდა ფოტოელექტრული ეფექტები.

ფოტოელექტრული ეფექტის კანონები:

ფორმულირება ფოტოელექტრული ეფექტის 1 კანონი: ლითონის ზედაპირიდან სინათლის მიერ გამოდევნილი ელექტრონების რაოდენობა დროის ერთეულზე მოცემულ სიხშირეზე პირდაპირპროპორციულია სინათლის ნაკადის, რომელიც ანათებს ლითონს..

Მიხედვით ფოტოელექტრული ეფექტის მე-2 კანონი, სინათლის მიერ გამოდევნილი ელექტრონების მაქსიმალური კინეტიკური ენერგია წრფივად იზრდება სინათლის სიხშირით და არ არის დამოკიდებული მის ინტენსივობაზე.

ფოტოელექტრული ეფექტის მე-3 კანონი: თითოეული ნივთიერებისთვის არის ფოტოელექტრული ეფექტის წითელი საზღვარი, ანუ სინათლის მინიმალური სიხშირე ν 0 (ან მაქსიმალური ტალღის სიგრძე λ 0), რომელზედაც შესაძლებელია ფოტოელექტრული ეფექტი, და თუ ν 0, მაშინ ფოტოელექტრული ეფექტი. აღარ ხდება.

ამ კანონების თეორიული ახსნა აინშტაინმა 1905 წელს მისცა. მისი თქმით, ელექტრომაგნიტური გამოსხივება არის ინდივიდუალური კვანტების (ფოტონების) ნაკადი hν ენერგიით თითოეული, სადაც h არის პლანკის მუდმივი. ფოტოელექტრული ეფექტით მოხვედრილი ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ნაწილი აირეკლება ლითონის ზედაპირიდან, ნაწილი კი ლითონის ზედაპირულ ფენაში აღწევს და იქ შეიწოვება. ფოტონის შთანთქმის შემდეგ ელექტრონი იღებს მისგან ენერგიას და სამუშაო ფუნქციის შესრულებისას ტოვებს ლითონს: თν = A გარეთ + ჩვენ, სად ჩვენ- მაქსიმალური კინეტიკური ენერგია, რომელიც ელექტრონს შეიძლება ჰქონდეს ლითონისგან გაფრენისას.

ენერგიის შენარჩუნების კანონიდან, როდესაც სინათლე წარმოდგენილია ნაწილაკების (ფოტონების) სახით, აინშტაინის ფოტოელექტრული ეფექტის ფორმულა შემდეგია: თν = A გარეთ + ეკ

სადაც A გარეთ- ე. წ. სამუშაო ფუნქცია (მინიმალური ენერგია, რომელიც საჭიროა ნივთიერებიდან ელექტრონის ამოსაღებად), Ek არის გამოსხივებული ელექტრონის კინეტიკური ენერგია (სიჩქარიდან გამომდინარე, რელატივისტური ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია შეიძლება გამოითვალოს თუ არა), ν არის სიხშირე. ინციდენტის ფოტონის ენერგია თν, თარის პლანკის მუდმივი.

სამუშაო ფუნქცია- განსხვავება მინიმალურ ენერგიას (ჩვეულებრივ, იზომება ელექტრონ ვოლტებში), რომელიც უნდა გადაეცეს ელექტრონს მყარის მოცულობიდან მისი „პირდაპირი“ მოცილებისთვის და ფერმის ენერგიას შორის.

ფოტოელექტრული ეფექტის "წითელი" საზღვარი- მინიმალური სიხშირე ან მაქსიმალური ტალღის სიგრძე λ მაქსსინათლე, რომელზეც გარე ფოტოელექტრული ეფექტი ჯერ კიდევ შესაძლებელია, ანუ ფოტოელექტრონების საწყისი კინეტიკური ენერგია ნულზე მეტია. სიხშირე დამოკიდებულია მხოლოდ გამომავალი სამუშაო ფუნქციაზე. A გარეთელექტრონი: , სადაც A გარეთარის სამუშაო ფუნქცია კონკრეტული ფოტოკათოდისთვის, თარის პლანკის მუდმივი და თანარის სინათლის სიჩქარე. სამუშაო ფუნქცია A გარეთდამოკიდებულია ფოტოკათოდის მასალაზე და მისი ზედაპირის მდგომარეობაზე. ფოტოელექტრონების ემისია იწყება მაშინვე, როგორც კი შუქი დაეცემა ფოტოკათოდზე სიხშირით ან ტალღის სიგრძით.

რა არის თერმული გამოსხივება?

თერმული გამოსხივება არის ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც წარმოიქმნება ნივთიერების შემადგენლობაში ატომებისა და მოლეკულების ბრუნვისა და ვიბრაციული მოძრაობის ენერგიის გამო. თერმული გამოსხივება დამახასიათებელია ყველა სხეულისთვის, რომლის ტემპერატურა აღემატება აბსოლუტური ნულის ტემპერატურას.

ადამიანის სხეულის თერმული გამოსხივება მიეკუთვნება ელექტრომაგნიტური ტალღების ინფრაწითელ დიაპაზონს. პირველად ასეთი გამოსხივება აღმოაჩინა ინგლისელმა ასტრონომმა უილიამ ჰერშელმა. 1865 წელს ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯ.მაქსველმა დაამტკიცა, რომ ინფრაწითელ გამოსხივებას აქვს ელექტრომაგნიტური ბუნება და ტალღის სიგრძე 760 ნმ 1-2-მდე მმ. ყველაზე ხშირად, IR გამოსხივების მთელი დიაპაზონი იყოფა ზონებად: ახლოს (750 ნმ-2.500ნმ), საშუალო (2.500 ნმ - 50.000ნმ) და შორეული (50000 ნმ-2.000.000ნმ).

განვიხილოთ შემთხვევა, როდესაც სხეული A მდებარეობს B ღრუში, რომელიც შემოიფარგლება იდეალური ამრეკლავი (რადიაციული გაუმტარი) გარსით C (ნახ. 1). გარსის შიდა ზედაპირიდან მრავალჯერადი არეკვლის შედეგად გამოსხივება დარჩება სარკის ღრუში და ნაწილობრივ შეიწოვება სხეულის A-ს მიერ. ასეთ პირობებში სისტემის ღრუ B - სხეული A არ კარგავს ენერგიას, არამედ მხოლოდ უწყვეტს. ენერგიის გაცვლა მოხდება A სხეულსა და გამოსხივებას შორის, რომელიც ავსებს B ღრუს.

ნახ.1. თერმული ტალღების მრავალჯერადი ანარეკლი B ღრუს სარკის კედლებიდან

თუ ენერგიის განაწილება უცვლელი რჩება თითოეული ტალღის სიგრძისთვის, მაშინ ასეთი სისტემის მდგომარეობა წონასწორობაში იქნება და გამოსხივებაც წონასწორობაში იქნება. წონასწორული გამოსხივების ერთადერთი ტიპი თერმულია. თუ რაიმე მიზეზით ბალანსი რადიაციასა და სხეულს შორის გადაინაცვლებს, მაშინ ისეთი თერმოდინამიკური პროცესები იწყება, რომლებიც სისტემას წონასწორობის მდგომარეობაში დააბრუნებს. თუ სხეული A იწყებს იმაზე მეტ გამოსხივებას, ვიდრე შთანთქავს, მაშინ სხეული იწყებს შინაგანი ენერგიის დაკარგვას და სხეულის ტემპერატურა (როგორც შინაგანი ენერგიის საზომი) დაიწყებს დაცემას, რაც შეამცირებს გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობას. სხეულის ტემპერატურა დაეცემა მანამ, სანამ გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობა არ გახდება სხეულის მიერ შთანთქმული ენერგიის რაოდენობის ტოლი. ამრიგად, დადგება წონასწორული მდგომარეობა.

წონასწორულ თერმული გამოსხივებას აქვს შემდეგი თვისებები: ერთგვაროვანი (ენერგეტიკული ნაკადის სიმკვრივე ღრუს ყველა წერტილში), იზოტროპული (გავრცელების შესაძლო მიმართულებები თანაბრად სავარაუდოა), არაპოლარიზებული (ელექტრული და მაგნიტური ვექტორების მიმართულებები და მნიშვნელობები. ველები ღრუს ყველა წერტილში შემთხვევით იცვლება).

თერმული გამოსხივების ძირითადი რაოდენობრივი მახასიათებლებია:

- ენერგიის სიკაშკაშე - ეს არის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ენერგიის რაოდენობა თერმული გამოსხივების მთელ ტალღის სიგრძის დიაპაზონში, რომელსაც სხეული ასხივებს ყველა მიმართულებით ერთეული ზედაპირის ფართობიდან დროის ერთეულზე: R \u003d E / (S t), [J / (მ 2 წმ)] \u003d [W / მ 2] ენერგიის სიკაშკაშე დამოკიდებულია სხეულის ბუნებაზე, სხეულის ტემპერატურაზე, სხეულის ზედაპირის მდგომარეობაზე და გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე.

- ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე - სხეულის ენერგიის სიკაშკაშე მოცემული ტალღის სიგრძეებისთვის (λ + dλ) მოცემულ ტემპერატურაზე (T + dT): R λ,T = f(λ, T).

სხეულის სიკაშკაშე გარკვეული ტალღის სიგრძეებში გამოითვლება R λ,T = f(λ, T) ინტეგრირებით T = const-ისთვის:

- შთანთქმის კოეფიციენტი - სხეულის მიერ შთანთქმული ენერგიის თანაფარდობა ინციდენტის ენერგიასთან. ასე რომ, თუ dФ ნაკადის გამოსხივება ეცემა სხეულზე, მაშინ მისი ერთი ნაწილი აირეკლება სხეულის ზედაპირიდან - dФ neg, მეორე ნაწილი გადადის სხეულში და ნაწილობრივ გარდაიქმნება dF შთანთქმის სითბოში, და მესამე ნაწილი, რამდენიმე შიდა არეკვლის შემდეგ, გადის სხეულში გარედან dФ pr : α = dF შთანთქავს / dФ დაცემა.

შთანთქმის კოეფიციენტი α დამოკიდებულია შთამნთქმელი სხეულის ბუნებაზე, შთანთქმის გამოსხივების ტალღის სიგრძეზე, ტემპერატურასა და სხეულის ზედაპირის მდგომარეობაზე.

- მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი- მოცემული ტალღის სიგრძის თერმული გამოსხივების შთანთქმის კოეფიციენტი მოცემულ ტემპერატურაზე: α λ,T = f(λ,T)

სხეულებს შორის არის ისეთი სხეულები, რომლებსაც შეუძლიათ შთანთქას მათზე მოხვედრილი ნებისმიერი სიგრძის თერმული გამოსხივება. ასეთ მშვენივრად შთამნთქმელ სხეულებს ე.წ სრულიად შავი სხეულები. მათთვის α =1.

ასევე არსებობს ნაცრისფერი სხეულები, რომლებისთვისაც α<1, но одинаковый для всех длин волн инфракрасного диапазона.

შავი სხეულის მოდელი არის ღრუს პატარა გახსნა სითბოს გამტარი გარსით. ხვრელის დიამეტრი არ არის ღრუს დიამეტრის 0.1-ზე მეტი. მუდმივ ტემპერატურაზე, გარკვეული ენერგია გამოიყოფა ხვრელიდან, რაც შეესაბამება მთლიანად შავი სხეულის ენერგეტიკულ სიკაშკაშეს. მაგრამ ABB არის იდეალიზაცია. მაგრამ შავი სხეულის თერმული გამოსხივების კანონები ხელს უწყობს რეალურ ნიმუშებთან მიახლოებას.

2. თერმული გამოსხივების კანონები

1. კირჩჰოფის კანონი. თერმული გამოსხივება არის წონასწორობა - რამდენ ენერგიას გამოყოფს სხეული, იმდენს შთანთქავს მას. სამი სხეულისთვის დახურულ ღრუში შეგვიძლია დავწეროთ:

მითითებული თანაფარდობა იქნება ჭეშმარიტი მაშინაც კი, როდესაც ერთ-ერთი სხეული არის AF:

იმიტომ რომ შავი სხეულის α λT .
ეს არის კირხჰოფის კანონი: სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის შეფარდება მის მონოქრომატულ შთანთქმის კოეფიციენტთან (გარკვეულ ტემპერატურაზე და ტალღის სიგრძისთვის) არ არის დამოკიდებული სხეულის ბუნებაზე და ტოლია სხეულის ყველა სხეულზე. ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე იმავე ტემპერატურასა და ტალღის სიგრძეზე.

კირჩჰოფის კანონის შედეგები:
1. შავი სხეულის სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშე არის ტალღის სიგრძისა და სხეულის ტემპერატურის უნივერსალური ფუნქცია.
2. შავი სხეულის სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშე ყველაზე დიდია.
3. თვითნებური სხეულის სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშე უდრის მისი შთანთქმის კოეფიციენტისა და სრულიად შავი სხეულის სპექტრული ენერგიის სიკაშკაშეს.
4. მოცემულ ტემპერატურაზე ნებისმიერი სხეული ასხივებს იმავე ტალღის სიგრძის ტალღებს, რასაც გამოსცემს მოცემულ ტემპერატურაზე.

რიგი ელემენტების სპექტრის სისტემატურმა შესწავლამ კირხჰოფსა და ბუნსენს საშუალება მისცა დაედგინათ ცალსახა კავშირი აირების შთანთქმისა და გამოსხივების სპექტრებსა და შესაბამისი ატომების ინდივიდუალობას შორის. ასე იყო შემოთავაზებული სპექტრალური ანალიზი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ნივთიერებების გამოსავლენად, რომელთა კონცენტრაცია არის 0,1 ნმ.

ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის განაწილება შავი სხეულისთვის, ნაცრისფერი სხეულისთვის, თვითნებური სხეულისთვის. ბოლო მრუდს აქვს რამდენიმე მაქსიმუმი და მინიმუმი, რაც მიუთითებს ასეთი სხეულების გამოსხივების და შთანთქმის სელექციურობაზე.

2. შტეფან-ბოლცმანის კანონი.
1879 წელს ავსტრიელმა მეცნიერებმა იოზეფ სტეფანმა (ექსპერიმენტულად თვითნებური სხეულისთვის) და ლუდვიგ ბოლცმანმა (თეორიულად შავი სხეულისთვის) დაადგინეს, რომ მთლიანი ენერგიის სიკაშკაშე მთელ ტალღის სიგრძის დიაპაზონში პროპორციულია სხეულის აბსოლუტური ტემპერატურის მეოთხე ხარისხთან:

3. ღვინის კანონი.
გერმანელმა ფიზიკოსმა ვილჰელმ ვიენმა 1893 წელს ჩამოაყალიბა კანონი, რომელიც განსაზღვრავს სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივის პოზიციას შავი სხეულის რადიაციის სპექტრში, ტემპერატურის მიხედვით. კანონის თანახმად, ტალღის სიგრძე λ max, რომელიც ითვალისწინებს შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს, უკუპროპორციულია მისი აბსოლუტური ტემპერატურის T: λ max \u003d w / t, სადაც w \u003d 2.9 * 10 - 3 მ K არის ვენის მუდმივი.

ამრიგად, ტემპერატურის მატებასთან ერთად იცვლება არა მხოლოდ გამოსხივების მთლიანი ენერგია, არამედ ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის განაწილების მრუდის ფორმაც. სპექტრული სიმკვრივის მაქსიმალური ტემპერატურის მატებასთან ერთად გადადის უფრო მოკლე ტალღის სიგრძეზე. ამიტომ, ვინის კანონს ეწოდება გადაადგილების კანონი.

ვიენის კანონი მოქმედებს ოპტიკურ პირომეტრიაში- დამკვირვებლისგან შორს მძლავრად გაცხელებული სხეულების ემისიის სპექტრიდან ტემპერატურის განსაზღვრის მეთოდი. სწორედ ამ მეთოდით განისაზღვრა მზის ტემპერატურა პირველად (470 ნმ T = 6160K).

წარმოდგენილმა კანონებმა ვერ იძლეოდა თეორიულად მოძიებული განტოლებები ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის ტალღის სიგრძეებზე განაწილებისთვის. რეილისა და ჯინსის ნაშრომებმა, რომლებშიც მეცნიერებმა შეისწავლეს შავი სხეულის გამოსხივების სპექტრული შემადგენლობა კლასიკური ფიზიკის კანონების საფუძველზე, გამოიწვია ფუნდამენტური სირთულეები, რომელსაც ულტრაიისფერი კატასტროფა ეწოდება. ულტრაიისფერი ტალღების დიაპაზონში შავი სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე უნდა მიაღწიოს უსასრულობას, თუმცა ექსპერიმენტებში ის ნულამდე შემცირდა. ეს შედეგები ეწინააღმდეგებოდა ენერგიის შენარჩუნების კანონს.

4. პლანკის თეორია. გერმანელმა მეცნიერმა 1900 წელს წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ სხეულები არ ასხივებენ მუდმივად, არამედ ცალკეულ ნაწილებს - კვანტებს. კვანტური ენერგია გამოსხივების სიხშირის პროპორციულია: E = hν = h·c/λ, სადაც h = 6,63*10 -34 J·s არის პლანკის მუდმივი.

შავი სხეულის კვანტური გამოსხივების ცნებებით ხელმძღვანელობით, მან მიიღო განტოლება შავი სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივისთვის:

ეს ფორმულა ეთანხმება ექსპერიმენტულ მონაცემებს ტალღის სიგრძის მთელ დიაპაზონში ყველა ტემპერატურაზე.

მზე ბუნებაში თერმული გამოსხივების მთავარი წყაროა. მზის გამოსხივება ტალღების სიგრძის ფართო დიაპაზონს იკავებს: 0,1 ნმ-დან 10 მ ან მეტამდე. მზის ენერგიის 99% 280-დან 6000-მდეა ნმ. მთებში 800-დან 1000 ვტ/მ 2-მდე მოდის დედამიწის ზედაპირის ერთეულზე. სითბოს ერთი ორმილიარდედი აღწევს დედამიწის ზედაპირს - 9,23 ჯ / სმ 2. თერმული გამოსხივების დიაპაზონისთვის 6000-დან 500000-მდე ნმმზის ენერგიის 0,4%-ს შეადგენს. დედამიწის ატმოსფეროში ინფრაწითელი გამოსხივების უმეტესი ნაწილი შეიწოვება წყლის, ჟანგბადის, აზოტის, ნახშირორჟანგის მოლეკულებით. რადიოს დიაპაზონი ასევე ძირითადად შთანთქავს ატმოსფეროს.

ენერგიის რაოდენობას, რომელსაც მზის სხივები მოაქვს 1 წამში 1 კვ.მ ფართობზე, რომელიც მდებარეობს დედამიწის ატმოსფეროს გარეთ, მზის სხივების პერპენდიკულარულად 82 კმ სიმაღლეზე, მზის მუდმივი ეწოდება. ის უდრის 1,4 * 10 3 ვტ / მ 2.

მზის გამოსხივების ნორმალური ნაკადის სიმკვრივის სპექტრული განაწილება ემთხვევა შავ სხეულს 6000 გრადუს ტემპერატურაზე. ამრიგად, მზე თერმული გამოსხივების მიმართ არის შავი სხეული.

3. რეალური სხეულების და ადამიანის სხეულის გამოსხივება

ადამიანის სხეულის ზედაპირიდან თერმული გამოსხივება მნიშვნელოვან როლს ასრულებს სითბოს გადაცემაში. არსებობს სითბოს გადაცემის ასეთი მეთოდები: თბოგამტარობა (გამტარობა), კონვექცია, გამოსხივება, აორთქლება. იმის მიხედვით, თუ რა პირობებში იმყოფება ადამიანი, თითოეული ეს მეთოდი შეიძლება იყოს დომინანტური (მაგალითად, ძალიან მაღალ გარემო ტემპერატურაზე, წამყვანი როლი ეკუთვნის აორთქლებას, ხოლო ცივ წყალში - გამტარობას, ხოლო წყლის ტემპერატურა 15 გრადუსია. მომაკვდინებელი გარემო შიშველი ადამიანისთვის, ხოლო 2-4 საათის შემდეგ ხდება გულისცემა და სიკვდილი თავის ტვინის ჰიპოთერმიის გამო). რადიაციის წილი მთლიან სითბოს გადაცემაში შეიძლება იყოს 75-დან 25%-მდე. ნორმალურ პირობებში, დაახლოებით 50% ფიზიოლოგიურ დასვენებაზე.

თერმული გამოსხივება, რომელიც როლს ასრულებს ცოცხალი ორგანიზმების ცხოვრებაში, იყოფა მოკლე ტალღად (0.3-დან 3-მდე). μm)და გრძელი ტალღა (5-დან 100-მდე მიკრონი). მოკლე ტალღის გამოსხივების წყაროა მზე და ღია ცეცხლი და ცოცხალი ორგანიზმები ექსკლუზიურად ასეთი გამოსხივების მიმღებები არიან. გრძელი ტალღის გამოსხივება გამოიყოფა და შეიწოვება ცოცხალი ორგანიზმების მიერ.

შთანთქმის კოეფიციენტის მნიშვნელობა დამოკიდებულია საშუალო და სხეულის ტემპერატურის თანაფარდობაზე, მათი ურთიერთქმედების ფართობზე, ამ უბნების ორიენტაციაზე, ხოლო მოკლე ტალღის გამოსხივებისთვის - ზედაპირის ფერზე. ასე რომ, შავკანიანებში მოკლე ტალღის გამოსხივების მხოლოდ 18% აისახება, ხოლო თეთრი რასის ადამიანებში დაახლოებით 40% (სავარაუდოდ, ევოლუციის დროს შავკანიანების კანის ფერი არ იყო დაკავშირებული სითბოს გადაცემასთან). გრძელი ტალღის სიგრძის გამოსხივებისთვის შთანთქმის კოეფიციენტი უახლოვდება 1-ს.

რადიაციის საშუალებით სითბოს გადაცემის გამოთვლა ძალიან რთული ამოცანაა. რეალური სხეულებისთვის შტეფან-ბოლცმანის კანონის გამოყენება შეუძლებელია, რადგან მათ აქვთ ენერგიის სიკაშკაშის უფრო რთული დამოკიდებულება ტემპერატურაზე. გამოდის, რომ ეს დამოკიდებულია ტემპერატურაზე, სხეულის ბუნებაზე, სხეულის ფორმაზე და მისი ზედაპირის მდგომარეობაზე. ტემპერატურის ცვლილებით იცვლება კოეფიციენტი σ და ტემპერატურის მაჩვენებელი. ადამიანის სხეულის ზედაპირს აქვს რთული კონფიგურაცია, ადამიანი ატარებს ტანსაცმელს, რომელიც ცვლის გამოსხივებას, პროცესზე გავლენას ახდენს ის პოზა, რომელშიც ადამიანი იმყოფება.

რუხი სხეულისთვის რადიაციის სიმძლავრე მთელ დიაპაზონში განისაზღვრება ფორმულით: P = α s.t. σ T 4 S იმის გათვალისწინებით, რომ რეალური სხეულები (ადამიანის კანი, ტანსაცმლის ქსოვილები) ახლოს არიან ნაცრისფერ სხეულებთან გარკვეული მიახლოებით, ჩვენ შეგვიძლია ვიპოვოთ ფორმულა რეალური სხეულების გამოსხივების სიმძლავრის გამოსათვლელად გარკვეულ ტემპერატურაზე: P = α σ T 4 S ტემპერატურა. რადიაციული სხეულისა და გარემოს: P = α σ (T 1 4 - T 2 4) S
არსებობს რეალური სხეულების ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის მახასიათებლები: 310-ზე რომ, რომელიც შეესაბამება ადამიანის სხეულის საშუალო ტემპერატურას, მაქსიმალური თერმული გამოსხივება მოდის 9700-ზე. ნმ. სხეულის ტემპერატურის ნებისმიერი ცვლილება იწვევს სხეულის ზედაპირიდან თერმული გამოსხივების სიმძლავრის ცვლილებას (საკმარისია 0,1 გრადუსი). ამიტომ, ცენტრალური ნერვული სისტემის მეშვეობით გარკვეულ ორგანოებთან დაკავშირებული კანის უბნების შესწავლა ხელს უწყობს დაავადებების იდენტიფიცირებას, რის შედეგადაც ტემპერატურა საკმაოდ მნიშვნელოვნად იცვლება ( ზახარინ-გედის ზონების თერმოგრაფია).

უკონტაქტო მასაჟის საინტერესო მეთოდი ადამიანის ბიოფილდთან (ჯუნა დავითაშვილი). პალმის თერმული გამოსხივების სიმძლავრე 0.1 სამ, ხოლო კანის თერმული მგრძნობელობა არის 0,0001 ვ/სმ 2. თუ ზემოხსენებულ ზონებზე იმოქმედებთ, შეგიძლიათ ამ ორგანოების მუშაობის რეფლექსურად სტიმულირება.

4. სიცხისა და სიცივის ბიოლოგიური და თერაპიული ეფექტი

ადამიანის სხეული მუდმივად ასხივებს და შთანთქავს სითბოს გამოსხივებას. ეს პროცესი დამოკიდებულია ადამიანის სხეულის ტემპერატურაზე და გარემოზე. ადამიანის სხეულის მაქსიმალური IR გამოსხივება მოდის 9300 ნმ.

ინფრაწითელი სხივებით დასხივების დაბალი და საშუალო დოზებით, მეტაბოლური პროცესები ძლიერდება და ფერმენტული რეაქციები, რეგენერაცია და აღდგენითი პროცესები დაჩქარებულია.

ინფრაწითელი სხივების და ხილული გამოსხივების მოქმედების შედეგად ქსოვილებში წარმოიქმნება ბიოლოგიურად აქტიური ნივთიერებები (ბრადიკინინი, კალიდინი, ჰისტამინი, აცეტილქოლინი, ძირითადად ვაზომოტორული ნივთიერებები, რომლებიც როლს ასრულებენ ადგილობრივი სისხლის ნაკადის განხორციელებასა და რეგულირებაში).

IR სხივების მოქმედების შედეგად კანში აქტიურდება თერმორეცეპტორები, საიდანაც ინფორმაცია შედის ჰიპოთალამუსში, რის შედეგადაც კანის ჭურჭელი ფართოვდება, იზრდება მათში მოცირკულირე სისხლის მოცულობა და მატულობს ოფლიანობა.

ინფრაწითელი სხივების შეღწევის სიღრმე დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე, კანის ტენიანობაზე, პიგმენტაციის ხარისხზე და ა.შ.

წითელი ერითემა ჩნდება ადამიანის კანზე ინფრაწითელი სხივების ზემოქმედებით.

იგი გამოიყენება კლინიკურ პრაქტიკაში ადგილობრივ და ზოგად ჰემოდინამიკაზე ზემოქმედების, ოფლიანობის გაზრდის, კუნთების მოდუნების, ტკივილის შესამცირებლად, ჰემატომების, ინფილტრატების რეზორბციის დასაჩქარებლად და ა.შ.

ჰიპერთერმიის პირობებში ძლიერდება სხივური თერაპიის - თერმორადიოთერაპიის ანტისიმსივნური ეფექტი.

ინფრაწითელი თერაპიის გამოყენების ძირითადი ჩვენებები: მწვავე არაჩირქოვანი ანთებითი პროცესები, დამწვრობა და მოყინვა, ქრონიკული ანთებითი პროცესები, წყლულები, კონტრაქტურები, ადჰეზიები, სახსრების, ლიგატების და კუნთების დაზიანებები, მიოზიტი, მიალგია, ნევრალგია. ძირითადი უკუჩვენებები: სიმსივნეები, ჩირქოვანი ანთება, სისხლდენა, სისხლის მიმოქცევის უკმარისობა.

სიცივე გამოიყენება სისხლდენის შესაჩერებლად, ტკივილის შესამსუბუქებლად და კანის ზოგიერთი დაავადების სამკურნალოდ. გამკვრივება იწვევს ხანგრძლივობას.

სიცივის ზემოქმედებით იკლებს გულისცემა და არტერიული წნევა, ითრგუნება რეფლექსური რეაქციები.

გარკვეული დოზებით სიცივე ასტიმულირებს დამწვრობის, ჩირქოვანი ჭრილობების, ტროფიკული წყლულების, ეროზიების და კონიუნქტივიტის შეხორცებას.

კრიობიოლოგია- სწავლობს პროცესებს, რომლებიც ხდება უჯრედებში, ქსოვილებში, ორგანოებსა და სხეულში დაბალი, არაფიზიოლოგიური ტემპერატურის გავლენის ქვეშ.

გამოიყენება მედიცინაში კრიოთერაპიადა ჰიპერთერმია. კრიოთერაპია მოიცავს მეთოდებს, რომლებიც დაფუძნებულია ქსოვილებისა და ორგანოების დოზირებულ გაგრილებაზე. კრიოქირურგია (კრიოთერაპიის ნაწილი) იყენებს ქსოვილების ლოკალურ გაყინვას მათ მოსაშორებლად (ტონზილის ნაწილი. თუ ყველა - კრიოტონზილექტომია. სიმსივნეები შეიძლება მოიხსნას, მაგალითად, კანის, საშვილოსნოს ყელის და ა.შ.) კრიოექსტრაქცია კრიოადჰეზიის საფუძველზე სხეულები გაყინულ სკალპელამდე) - გამოყოფა ნაწილის ორგანოდან.

ჰიპერთერმიით შესაძლებელია გარკვეული დროის განმავლობაში ორგანოების ფუნქციების შენარჩუნება in vivo. ანესთეზიის დახმარებით ჰიპოთერმია გამოიყენება ორგანოების ფუნქციის შესანარჩუნებლად სისხლის მიწოდების არარსებობის შემთხვევაში, ვინაიდან ქსოვილებში მეტაბოლიზმი შენელდება. ქსოვილები რეზისტენტული ხდება ჰიპოქსიის მიმართ. გამოიყენეთ ცივი ანესთეზია.

სითბოს მოქმედება ხორციელდება ინკანდესენტური ნათურების გამოყენებით (მინინის ნათურა, სოლუქსი, შუქ-თერმული აბაზანა, IR-სხივური ნათურა) ფიზიკური მედიის გამოყენებით მაღალი სითბოს ტევადობით, ცუდი თბოგამტარობით და კარგი სითბოს შეკავების უნარით: ტალახი, პარაფინი, ოზოცერიტი, ნაფტალინი და ა.შ.

5. თერმოგრაფიის ფიზიკური საფუძვლები თერმოგამოსახულებები

თერმოგრაფია ან თერმოგრაფია არის ფუნქციური დიაგნოსტიკური მეთოდი, რომელიც დაფუძნებულია ადამიანის სხეულის ინფრაწითელი გამოსხივების რეგისტრაციაზე.

არსებობს თერმოგრაფიის 2 ტიპი:

- კონტაქტური ქოლესტერინის თერმოგრაფია: მეთოდი იყენებს ქოლესტერინის თხევადი კრისტალების ოპტიკურ თვისებებს (ესტერების მრავალკომპონენტიანი ნარევები და ქოლესტერინის სხვა წარმოებულები). ასეთი ნივთიერებები შერჩევით ასახავს სხვადასხვა ტალღის სიგრძეს, რაც შესაძლებელს ხდის ადამიანის სხეულის ზედაპირის თერმული ველის გამოსახულების მიღებას ამ ნივთიერებების ფილმებზე. თეთრი სინათლის ნაკადი მიმართულია ფილმზე. ტალღის სხვადასხვა სიგრძე განსხვავებულად აისახება ფირისგან, დამოკიდებულია ზედაპირის ტემპერატურაზე, რომელზეც ქოლესტერინი დეპონირებულია.

ტემპერატურის გავლენის ქვეშ ქოლესტერიკებს შეუძლიათ შეცვალონ ფერი წითელიდან მეწამულამდე. შედეგად, იქმნება ადამიანის სხეულის თერმული ველის ფერადი გამოსახულება, რომლის გაშიფვრა ადვილია, იცის ტემპერატურა-ფერზე დამოკიდებულება. არსებობს ქოლესტერინები, რომლებიც საშუალებას გაძლევთ დააფიქსიროთ ტემპერატურის სხვაობა 0,1 გრადუსი. ასე რომ, შესაძლებელია განისაზღვროს ანთებითი პროცესის საზღვრები, ანთებითი ინფილტრაციის კერები მისი განვითარების სხვადასხვა ეტაპზე.

ონკოლოგიაში თერმოგრაფია შესაძლებელს ხდის 1,5-2 დიამეტრის მქონე მეტასტაზური კვანძების აღმოჩენას. მმსარძევე ჯირკვალში, კანში, ფარისებრ ჯირკვალში; ორთოპედიასა და ტრავმატოლოგიაში შეაფასეთ კიდურის თითოეული სეგმენტის სისხლით მომარაგება, მაგალითად, ამპუტაციამდე, წინასწარ განსაზღვრეთ დამწვრობის სიღრმე და ა.შ. კარდიოლოგიასა და ანგიოლოგიაში გულ-სისხლძარღვთა სისტემის ნორმალური ფუნქციონირების დარღვევების გამოვლენა, სისხლის მიმოქცევის დარღვევა ვიბრაციული დაავადების, ანთების და სისხლძარღვების ბლოკირების დროს; ვარიკოზული ვენები და სხვ.; ნეიროქირურგიაში განსაზღვრეთ ნერვის გამტარობის დაზიანების კერების მდებარეობა, დაადასტურეთ აპოპლექსიით გამოწვეული ნეიროპარალიზის მდებარეობა; მეანობა-გინეკოლოგიაში ორსულობის განსაზღვრა, ბავშვის ადგილის ლოკალიზაცია; ანთებითი პროცესების ფართო სპექტრის დიაგნოსტიკა.

- ტელეთერმოგრაფია - ეფუძნება ადამიანის სხეულის ინფრაწითელი გამოსხივების გარდაქმნას ელექტრულ სიგნალებად, რომლებიც ჩაწერილია თერმოგამოსახულების ან სხვა ჩამწერი მოწყობილობის ეკრანზე. მეთოდი არის უკონტაქტო.

IR გამოსხივება აღიქმება სარკეების სისტემით, რის შემდეგაც IR სხივები მიმართულია IR ტალღის მიმღებზე, რომლის ძირითადი ნაწილია დეტექტორი (ფოტორეზისტენტობა, ლითონის ან ნახევარგამტარული ბოლომეტრი, თერმოელემენტი, ფოტოქიმიური მაჩვენებელი, ელექტრონულ-ოპტიკური გადამყვანი, პიეზოელექტრიკი. დეტექტორები და ა.შ.) .

მიმღებიდან ელექტრული სიგნალები გადაეცემა გამაძლიერებელს, შემდეგ კი საკონტროლო მოწყობილობას, რომელიც ემსახურება სარკეების გადაადგილებას (ობიექტის სკანირება), TIS წერტილის სინათლის წყაროს გაცხელებას (თერმული გამოსხივების პროპორციულად) და ფილმის გადაადგილებას. ყოველ ჯერზე, როდესაც ფილმი ნათდება TIS-ით, სხეულის ტემპერატურის მიხედვით კვლევის ადგილზე.

საკონტროლო მოწყობილობის შემდეგ, სიგნალი შეიძლება გადაეცეს კომპიუტერულ სისტემას დისპლეით. ეს საშუალებას გაძლევთ დაიმახსოვროთ თერმოგრამები და დაამუშავოთ ისინი ანალიტიკური პროგრამების დახმარებით. დამატებით შესაძლებლობებს იძლევა ფერადი თერმული გამოსახულების საშუალებით (ტემპერატურით ახლოს ფერები უნდა იყოს მონიშნული კონტრასტული ფერებით) და შესაძლებელია იზოთერმების დახატვა.

ბევრმა კომპანიამ ახლახან აღიარა ის ფაქტი, რომ ზოგჯერ საკმაოდ რთულია პოტენციურ კლიენტთან „დაახლოება“, მისი საინფორმაციო ველი იმდენად დატვირთულია სხვადასხვა სახის სარეკლამო შეტყობინებებით, რომ ისინი უბრალოდ წყვეტენ აღქმას.
ტელეფონების აქტიური გაყიდვები ხდება გაყიდვების გაზრდის ერთ-ერთი ყველაზე ეფექტური გზა მოკლე დროში. ცივი ზარები მიზნად ისახავს მომხმარებლების მოზიდვას, რომლებსაც ადრე არ მიუმართავთ რაიმე პროდუქტის ან სერვისის შესაძენად, მაგრამ მრავალი ფაქტორის გამო არიან პოტენციური მომხმარებლები. ტელეფონის ნომრის აკრეფის შემდეგ, გაყიდვების აქტიურ მენეჯერს ნათლად უნდა ესმოდეს ცივი ზარის მიზანი. სატელეფონო საუბრები ხომ გაყიდვების მენეჯერისგან განსაკუთრებულ უნარს და მოთმინებას მოითხოვს, ასევე მოლაპარაკების ტექნიკისა და მეთოდოლოგიის ცოდნას.

.

ენერგიის ემისია და შთანთქმა

ატომები და მოლეკულები

კითხვები გაკვეთილისთვის თემაზე:

1. თერმული გამოსხივება. მისი ძირითადი მახასიათებლები: გამოსხივების ნაკადი Ф, ენერგიის სიკაშკაშე (ინტენსივობა) R, ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე r λ ; შთანთქმის კოეფიციენტი α, მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტი α λ. მთლიანად შავი სხეული. კირჩჰოფის კანონი.

2. ACh.T-ის თერმული გამოსხივების სპექტრები. (განრიგი). თერმული გამოსხივების კვანტური ბუნება (პლანკის ჰიპოთეზა; არ არის საჭირო ε λ-ის ფორმულის დამახსოვრება). A.Ch.T-ის სპექტრის დამოკიდებულება. ტემპერატურაზე (გრაფიკი). ღვინის კანონი. შტეფან-ბოლცმანის კანონი ა.ჩ.ტ. (გამოსვლის გარეშე) და სხვა ორგანოებისთვის.

3. ატომების ელექტრონული გარსების აგებულება. ენერგიის დონეები. ენერგიის გამოყოფა ენერგიის დონეებს შორის გადასვლის დროს. ბორის ფორმულა ( სიხშირისთვის და ტალღის სიგრძისთვის). ატომების სპექტრები. წყალბადის ატომის სპექტრი. სპექტრული სერია. მოლეკულების და შედედებული მედიის (თხევადი, მყარი) სპექტრების ზოგადი კონცეფცია. სპექტრალური ანალიზის კონცეფცია და მისი გამოყენება მედიცინაში.

4. ლუმინესცენცია. ლუმინესცენციის სახეები. ფლუორესცენცია და ფოსფორესცენცია. მეტასტაბილური დონეების როლი. ლუმინესცენციის სპექტრები. სტოქსის წესი. ლუმინესცენტური ანალიზი და მისი გამოყენება მედიცინაში.

5. სინათლის შთანთქმის კანონი (ბუგეს კანონი; დასკვნა). ტრანსმისია τ და ოპტიკური სიმკვრივედ. ხსნარების კონცენტრაციის განსაზღვრა სინათლის შთანთქმით.

ლაბორატორიული სამუშაო: „შთანთქმის სპექტრის გადაღება და ხსნარის კონცენტრაციის დადგენა ფოტოელექტროკოლორიმეტრით“.

ლიტერატურა:

სავალდებულოა: A.N. Remizov. „სამედიცინო და ბიოლოგიური ფიზიკა“, მ., „უმაღლესი სკოლა“, 1996 წ. 27, §§ 1–3; ch.29, §§ 1,2

• დამატებითი: ატომებისა და მოლეკულების მიერ ენერგიის ემისია და შთანთქმა, ლექცია, რიზოგრაფი, რედ. დეპარტამენტები, 2002 წ

ძირითადი განმარტებები და ფორმულები

1. თერმული გამოსხივება

ყველა სხეული, თუნდაც ყოველგვარი გარეგანი გავლენის გარეშე, ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს. ამ გამოსხივების ენერგიის წყაროა სხეულის შემადგენელი ნაწილაკების თერმული მოძრაობა, ამიტომ მას ე.წ. თერმული გამოსხივება.მაღალ ტემპერატურებზე (1000 K-ს ან მეტის) ეს გამოსხივება ნაწილობრივ ხვდება ხილული სინათლის დიაპაზონში, დაბალ ტემპერატურაზე გამოიყოფა ინფრაწითელი სხივები და ძალიან დაბალ ტემპერატურაზე რადიოტალღები.

გამოსხივების ნაკადი Ф - ეს არის წყაროს მიერ გამოსხივებული გამოსხივების ძალა, ან გამოსხივებული რადიაციული ენერგია დროის ერთეულზე: F \u003d P \u003d;ნაკადის ერთეული - ვატი.

ენერგიის სიკაშკაშე რ - ეს არის რადიაციული ნაკადი, რომელიც გამოიყოფა სხეულის ერთეული ზედაპირიდან: ;ენერგიის სიკაშკაშის ერთეული - ვ.მ –2 .

ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივე რ λ - ეს არის სხეულის ენერგიის სიკაშკაშის თანაფარდობა ტალღის სიგრძის მცირე ინტერვალში (Δრ λ ) ამ ინტერვალის Δ მნიშვნელობამდე λ:

ზომა r λ – ვ.მ - 3

აბსოლუტურად შავი სხეული (a.ch.t.) ე.წ ხე რომსრულად შთანთქავს ინციდენტურ გამოსხივებას.ბუნებაში ასეთი სხეულები არ არსებობს, მაგრამ კარგი მოდელი A.Ch.T. არის პატარა ხვრელი დახურულ ღრუში.

ახასიათებს სხეულების უნარი შთანთქას ინციდენტური გამოსხივება შთანთქმის კოეფიციენტი α , ანუ შთანთქმის რადიაციული ნაკადის შეფარდება მოხვედრილ ერთთან: .

მონოქრომატული შთანთქმის კოეფიციენტიარის შთანთქმის კოეფიციენტის მნიშვნელობა, რომელიც იზომება ვიწრო სპექტრულ ინტერვალში λ-ის გარკვეული მნიშვნელობის გარშემო.

კირჩჰოფის კანონი: მუდმივ ტემპერატურაზე, ენერგიის სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის თანაფარდობა გარკვეულ ტალღის სიგრძეზე მონოქრომატულ შთანთქმის კოეფიციენტთან იმავე ტალღის სიგრძეზე იგივეა ყველა სხეულისთვის და უდრის A.Ch.T-ის ენერგეტიკული სიკაშკაშის სპექტრული სიმკვრივის. ამ ტალღის სიგრძეზე:

(ზოგჯერ r λ A.Ch.T აღნიშნავს ε λ)

შავი სხეული შთანთქავს და გამოყოფს რადიაციას ყველა ტალღის სიგრძე,ამიტომაც A.Ch.T სპექტრი ყოველთვის მყარი.ამ სპექტრის ტიპი დამოკიდებულია სხეულის ტემპერატურაზე. ტემპერატურის მატებასთან ერთადპირველ რიგში, ენერგიის სიკაშკაშე მნიშვნელოვნად იზრდება; Მეორეც, ტალღის სიგრძე, რომელიც შეესაბამება მაქსიმალურ ემისიას(λ მაქს ) , გადაინაცვლებს მოკლე ტალღის სიგრძეზე :, სადაც b ≈ 29090 μm.K -1 ( ვიენის კანონი).

შტეფან-ბოლცმანის კანონი: ენერგეტიკული სიკაშკაშე a.ch.t. სხეულის ტემპერატურის მეოთხე ხარისხის პროპორციულიაკელვინის მასშტაბით: რ = σT 4

2. ენერგიის ემისია ატომებისა და მოლეკულების მიერ

როგორც ცნობილია, ატომის ელექტრონულ გარსში ელექტრონის ენერგიას შეუძლია მიიღოს მხოლოდ მკაცრად განსაზღვრული, მოცემული ატომისთვის დამახასიათებელი მნიშვნელობები. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ისინი ამბობენ ელექტრონი შეიძლება იყოს მხოლოდ გარკვეულზეენერგიის დონეები. როდესაც ელექტრონი იმყოფება მოცემულ ენერგეტიკულ დონეზე, ის არ ცვლის თავის ენერგიას, ანუ არ შთანთქავს და არ ასხივებს სინათლეს. ერთი დონიდან მეორეზე გადასვლისასიცვლება ელექტრონის ენერგია და ამავე დროს შეიწოვება ან გამოიყოფასინათლის კვანტური (ფოტონი).კვანტური ენერგია უდრის ენერგიის სხვაობას იმ დონეებს შორის, რომელთა შორისაც ხდება გადასვლა: E QUANTUM = hν = E n – E m სადაც n და m არის დონის რიცხვები (ბორის ფორმულა).

ელექტრონი გადადის სხვადასხვა დონეებს შორისხდება სხვადასხვა ალბათობით. ზოგიერთ შემთხვევაში გადასვლის ალბათობა ძალიან ახლოს არის ნულთან; შესაბამისი სპექტრული ხაზები ნორმალურ პირობებში არ შეინიშნება. ასეთ გადასვლებს ე.წ აკრძალული.

ხშირ შემთხვევაში, ელექტრონის ენერგია შეიძლება არ გარდაიქმნას კვანტის ენერგიად, მაგრამ შეიძლება გარდაიქმნას ატომების ან მოლეკულების თერმული მოძრაობის ენერგიად. ასეთ გადასვლებს ე.წ არარადიაციული.

გარდა გარდამავალი ალბათობის გარდა, სპექტრული ხაზების სიკაშკაშე პირდაპირპროპორციულია გამოსხივებული ნივთიერების ატომების რაოდენობასთან. ეს დამოკიდებულება საფუძვლად უდევს რაოდენობრივი სპექტრული ანალიზი.
3. ლუმინესცენცია

ლუმინესცენცია დაურეკეთ ნებისმიერს არა თერმული გამოსხივება.ამ გამოსხივების ენერგიის წყაროები შეიძლება იყოს განსხვავებული, შესაბამისად, ისინი საუბრობენ სხვადასხვა სახის ლუმინესცენცია.მათგან ყველაზე მნიშვნელოვანია: ქიმილუმინესცენცია- ბზინვარება, რომელიც წარმოიქმნება გარკვეული ქიმიური რეაქციების დროს; ბიოლუმინესცენციაარის ქიმილუმინესცენცია ცოცხალ ორგანიზმებში; კათოდოლუმინესცენცია -ანათებს ელექტრონის ნაკადის მოქმედებით, რომელიც გამოიყენება სატელევიზიო კინესკოპებში, კათოდური მილებში, გაზის ნათურებში და ა.შ. ელექტროლუმინესცენცია- სიკაშკაშე, რომელიც ჩნდება ელექტრულ ველში (ყველაზე ხშირად ნახევარგამტარებში). ლუმინესცენციის ყველაზე საინტერესო ტიპია ფოტოლუმინესცენცია.ეს არის პროცესი, რომლის დროსაც ატომები ან მოლეკულები შთანთქავენ სინათლეს (ან UV გამოსხივებას) ერთი ტალღის სიგრძის დიაპაზონში და ასხივებენ მეორეში (მაგალითად, ისინი შთანთქავენ ლურჯ სხივებს და ასხივებენ ყვითელს). ამ შემთხვევაში ნივთიერება შთანთქავს კვანტებს შედარებით მაღალი ენერგიით hν 0 (პატარა ტალღის სიგრძით). გარდა ამისა, ელექტრონი შეიძლება დაუყოვნებლივ არ დაბრუნდეს მიწის დონეზე, მაგრამ ჯერ გადავიდეს შუალედურ დონეზე, შემდეგ კი მიწის დონეზე (შეიძლება იყოს რამდენიმე შუალედური დონე). უმეტეს შემთხვევაში, ზოგიერთი გადასვლა არარადიაციულია, ანუ ელექტრონის ენერგია გარდაიქმნება თერმული მოძრაობის ენერგიად. მაშასადამე, ლუმინესცენციის დროს გამოსხივებული ფოტონების ენერგია აბსორბირებული ფოტონის ენერგიაზე ნაკლები იქნება. გამოსხივებული სინათლის ტალღის სიგრძე უნდა აღემატებოდეს შთანთქმის სინათლის ტალღის სიგრძეს. თუ ნათქვამს ზოგადი ფორმით ჩამოვაყალიბებთ, მივიღებთ კანონი სტოკსი : ლუმინესცენციის სპექტრი გადაინაცვლებს უფრო გრძელი ტალღების სიგრძისკენ, რადიაციის სპექტრთან შედარებით, რომელიც იწვევს ლუმინესცენციას.

მანათობელი ნივთიერებები ორი ტიპისაა. ზოგიერთში ბზინვარება თითქმის მყისიერად ჩერდება ამაღელვებელი შუქის გამორთვის შემდეგ. ასეთი მოკლე ვადაბზინვარებას ჰქვია ფლუორესცენცია.

სხვა ტიპის ნივთიერებებში, აგზნების შუქის გამორთვის შემდეგ, ბზინვარება ქრება თანდათანობით(ექსპონენციალური კანონის მიხედვით). ასეთი გახანგრძლივებულიბზინვარებას ჰქვია ფოსფორესცენცია.ხანგრძლივი ბზინვის მიზეზი ის არის, რომ ასეთი ნივთიერებების ატომები ან მოლეკულები შეიცავს მეტასტაბილური დონეები.მეტასტაბილური ენერგიის ამ დონეს ე.წ სადაც ელექტრონები შეიძლება დარჩეს ბევრად უფრო დიდხანს ვიდრე ჩვეულებრივ დონეზე.ამიტომ, ფოსფორესცენციის ხანგრძლივობა შეიძლება იყოს წუთები, საათები და დღეებიც კი.
4. სინათლის შთანთქმის კანონი (ბუგეს კანონი)

როდესაც რადიაციული ნაკადი გადის ნივთიერებაში, ის კარგავს ენერგიის ნაწილს (შეწოვილი ენერგია გარდაიქმნება სითბოდ). სინათლის შთანთქმის კანონი ეწოდება ბუგერის კანონი: F = F 0 ∙ ე – κ λ · ლ ,

სადაც Ф 0 არის შემთხვევის ნაკადი, Ф არის ნაკადი, რომელმაც გაიარა მატერიის ფენაში L სისქით; კოეფიციენტი κ λ ეწოდება ბუნებრივი შთანთქმის სიჩქარე (მისი მნიშვნელობა დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე) . პრაქტიკული გამოთვლებისთვის მათ ურჩევნიათ გამოიყენონ ათობითი ლოგარითმები ბუნებრივი ლოგარითმების ნაცვლად. მაშინ ბუგერის კანონი იღებს ფორმას: Ф = Ф 0 ∙ 10 – k λ ∙ L ,

სადაც k λ – ათობითი შთანთქმის მაჩვენებელი.

გადაცემა დარეკეთ რაოდენობაზე

ოპტიკური სიმკვრივე D - არის განტოლებით განსაზღვრული მნიშვნელობა: . შეიძლება ითქვას სხვაგვარად: ოპტიკური სიმკვრივე D არის მაჩვენებლის მნიშვნელობა ბუგერის კანონის ფორმულაში: D = k λ ∙ L.

უმეტესი ნივთიერებების ხსნარებისთვის ოპტიკური სიმკვრივე პირდაპირპროპორციულია ხსნარის კონცენტრაციის:დ = χ λ ∙ C∙ ლ ;

კოეფიციენტი χ λ ჰქვია მოლური შთანთქმის სიჩქარე(თუ კონცენტრაცია მოლშია) ან სპეციფიკური შთანთქმის სიჩქარე(თუ კონცენტრაცია გრამებშია). ბოლო ფორმულიდან ვიღებთ: Ф = Ф 0 ∙10 - χ λ ∙ C ∙ ლ(კანონი ბუგერა - ბერა)

ეს ფორმულები ქმნიან კლინიკურ და ბიოქიმიურ ლაბორატორიებში ყველაზე გავრცელებული ფორმულების საფუძველს სინათლის შთანთქმით გახსნილი ნივთიერებების კონცენტრაციის განსაზღვრის მეთოდი.

სწავლის ტიპის პრობლემა გადაწყვეტილებებით

(შემდგომში, მოკლედ, ჩვენ უბრალოდ ვწერთ "სავარჯიშო ამოცანებს")

სასწავლო დავალება #1

ელექტრო გამათბობელი (რადიატორი) ასხივებს ინფრაწითელი სხივების ნაკადს 500 ვტ. რადიატორის ზედაპირის ფართობი 3300 სმ 2. იპოვეთ რადიატორის მიერ 1 საათში გამოსხივებული ენერგია და რადიატორის ენერგიის სიკაშკაშე.

მოცემული: იპოვე

Ф = 500 W W და R

t = 1 საათი = 3600 წმ

S \u003d 3300 სმ 2 \u003d 0,33 მ 2

გამოსავალი:

რადიაციული ნაკადი Ф არის გამოსხივების სიმძლავრე ან ენერგია, რომელიც გამოიყოფა დროის ერთეულზე: . აქედან

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

სასწავლო დავალება #2

რა ტალღის სიგრძეზეა ადამიანის კანის თერმული გამოსხივება მაქსიმალური (ანუ r λ = max)? სხეულის დაუცველ ნაწილებზე (სახე, ხელები) კანის ტემპერატურა დაახლოებით 30 o C-ია.

მოცემული: იპოვე:

T \u003d 30 ° C \u003d 303 K λ მაქს

გამოსავალი:

ჩვენ ვცვლით მონაცემებს Win ფორმულაში:,

ანუ თითქმის მთელი გამოსხივება სპექტრის IR დიაპაზონშია.

სასწავლო დავალება #3

ელექტრონი ენერგეტიკულ დონეზეა ენერგიით 4.7.10 -19 ჯ

600 ნმ ტალღის სიგრძის სინათლით დასხივებისას ის გადავიდა უფრო მაღალი ენერგიის დონემდე. იპოვნეთ ამ დონის ენერგია.

გამოსავალი:

სასწავლო დავალება #4

მზის შუქისთვის წყლის შთანთქმის ათობითი მნიშვნელობა არის 0,09 მ -1. რადიაციის რომელი ნაწილი მიაღწევს L = 100 მ სიღრმეს?

მოცემული იპოვე:

k \u003d 0,09 მ - 1

გამოსავალი:

დავწეროთ ბუგერის კანონი: . რადიაციის ფრაქცია, რომელიც აღწევს L სიღრმეზე, ცხადია,

ანუ მზის შუქის მემილიარდედი მიაღწევს 100 მ სიღრმეს.
სასწავლო დავალება #5

სინათლე გადის ორ ფილტრში ზედიზედ. პირველი ოპტიკური სიმკვრივე D 1 = 0.6; მეორე D 2 = 0.4. რადიაციული ნაკადის რამდენი პროცენტი გაივლის ამ სისტემას?

მოცემული: იპოვე:

D 1 \u003d 0.6 (%)

გამოსავალი:

ამოხსნას ვიწყებთ ამ სისტემის ნახატით

SF-1 SF-2

ჩვენ ვპოულობთ F 1: F 1 \u003d F 0 10 - D 1

ანალოგიურად, მეორე სინათლის ფილტრში გამავალი ნაკადი არის:

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)

მიღებულ შედეგს აქვს ზოგადი მნიშვნელობა: თუ სინათლე თანმიმდევრულად გადის რამდენიმე ობიექტის სისტემაში,მთლიანი ოპტიკური სიმკვრივე იქნება ამ ობიექტების ოპტიკური სიმკვრივის ჯამის ტოლი .

ჩვენი დავალების პირობებში, ნაკადი Ф 2 = 100% ∙ 10 - (0.6 + 0.4) = 100% ∙ 10 - 1 = 10% გაივლის ორი სინათლის ფილტრის სისტემას.

სასწავლო დავალება #6

ბუგე-ლუდის კანონის მიხედვით, შეიძლება, კერძოდ, განისაზღვროს დნმ-ის კონცენტრაცია. ხილულ რეგიონში ნუკლეინის მჟავას ხსნარები გამჭვირვალეა, მაგრამ ისინი ძლიერად შთანთქავენ სპექტრის UV ნაწილში; შთანთქმის მაქსიმუმი არის დაახლოებით 260 ნმ. ცხადია, რადიაციის შთანთქმა უნდა გაიზომოს სპექტრის ამ რეგიონში; ხოლო მგრძნობელობა და გაზომვის სიზუსტე საუკეთესო იქნება.

პრობლემის პირობებიდნმ-ის ხსნარით 260 ნმ ტალღის სიგრძის ულტრაიისფერი სხივების შთანთქმის გაზომვისას, გადაცემული გამოსხივების ნაკადი შესუსტდა 15%-ით. სხივის ბილიკის სიგრძე კუვეტში "x" ხსნარით არის 2 სმ. დნმ-ის მოლური შთანთქმის ინდექსი (ათწილადი) ტალღის სიგრძეზე 260 ნმ არის 1.3.10 5 მოლი - 1.სმ 2 იპოვეთ დნმ-ის კონცენტრაცია. ხსნარში.

მოცემული:

Ф 0 = 100%; F = 100% - 15% = 85% იპოვე:დნმ-ით

x = 2 სმ; λ = 260 ნმ

χ 260 \u003d 1.3.10 5 მოლი -1.სმ 2

გამოსავალი:

(ნეგატიური მაჩვენებლის მოსაშორებლად წილადი „შევბრუნდით“). . ახლა ჩვენ ლოგარითმი: , და ; შემცვლელი:

0.07 და C \u003d 2.7.10 - 7 მოლ / სმ 3

ყურადღება მიაქციეთ მეთოდის მაღალ მგრძნობელობას!

ამოცანები დამოუკიდებელი გადაწყვეტისთვის
პრობლემების გადაჭრისას აიღეთ მუდმივების მნიშვნელობები:

b = 2900 μm.K; σ \u003d 5.7.10 - 8 W.K 4; სთ \u003d 6.6.10 - 34 ჯ.ს; c = 3.10 8 ms –1

1. როგორია ადამიანის სხეულის ზედაპირის ენერგეტიკული სიკაშკაშე, თუ მაქსიმალური გამოსხივება მოდის 9,67 მიკრონი ტალღის სიგრძეზე? კანი შეიძლება ჩაითვალოს სრულიად შავ სხეულად.

2. ორი ნათურა ზუსტად ერთნაირი დიზაინისაა, გარდა იმისა, რომ ერთში ძაფი სუფთა ვოლფრამისაა (α = 0,3), მეორეში კი დაფარულია პლატინის შავით (α = 0,93). რომელ ნათურას აქვს ყველაზე მაღალი გასხივოსნებული ნაკადი? Რამდენჯერ?

3. სპექტრის რომელ რაიონებშია ტალღის სიგრძეები, რომლებიც შეესაბამება ენერგიის სიკაშკაშის მაქსიმალურ სპექტრულ სიმკვრივეს, თუ გამოსხივების წყაროა: ა) ელექტრული ნათურის სპირალი (T = 2,300 K); ბ) მზის ზედაპირი (T = 5800 K); გ) ბირთვული აფეთქების ცეცხლოვანი ბურთის ზედაპირი იმ მომენტში, როდესაც მისი ტემპერატურა დაახლოებით 30000 K-ია? განსხვავება ამ გამოსხივების წყაროების თვისებებში A.Ch.T. უგულებელყოფა.

4. ცხელი ლითონის სხეული, რომლის ზედაპირი 2,10 - 3 მ 2, ზედაპირის ტემპერატურაზე 1000 K, ასხივებს 45,6 ნაკადს. სამ რა არის ამ სხეულის ზედაპირის შთანთქმის კოეფიციენტი?

5. ნათურა აქვს 100W სიმძლავრე. ძაფის ზედაპირის ფართობია 0.5.10 - 4 მ 2. ძაფის ტემპერატურაა 2400 კ. რა არის ძაფის ზედაპირის შთანთქმის კოეფიციენტი?

6. კანის 27 0 C ტემპერატურაზე სხეულის ზედაპირის ყოველი კვადრატული სანტიმეტრიდან გამოიყოფა 0,454 ვატი. შესაძლებელია თუ არა (2%-ზე უარესი სიზუსტით) კანის აბსოლუტურად შავ სხეულად მიჩნევა?

7. ლურჯი ვარსკვლავის სპექტრში მაქსიმალური გამოსხივება შეესაბამება ტალღის სიგრძეს 0,3 მიკრონი. როგორია ამ ვარსკვლავის ზედაპირის ტემპერატურა?

8. რა ენერგიას ასხივებს 4000 სმ 2 ზედაპირის მქონე სხეული ერთ საათში

400 K ტემპერატურაზე, თუ სხეულის შთანთქმის კოეფიციენტი არის 0,6?

9. ფირფიტა (A) აქვს 400 სმ 2 ზედაპირის ფართობი; მისი შთანთქმის კოეფიციენტია 0,4. კიდევ ერთი ფირფიტა (B), რომლის ფართობია 200 სმ 2, აქვს შთანთქმის კოეფიციენტი 0.2. ფირფიტების ტემპერატურა იგივეა. რომელი ფირფიტა ასხივებს მეტ ენერგიას და რამდენად?

10 – 16. ხარისხობრივი სპექტრული ანალიზი.ერთ-ერთი ორგანული ნაერთის შთანთქმის სპექტრის საფუძველზე, რომლის სპექტრი

ნაჩვენებია ნახატზე, დაადგინეთ რომელი ფუნქციური ჯგუფებია მოცემული ნივთიერების ნაწილი, გამოიყენეთ ცხრილის მონაცემები:

ჯგუფი; კავშირის ტიპი	აბსორბირებული ტალღის სიგრძე, μm	ჯგუფი, კავშირის ტიპი	შთამნთქმელი ტალღის სიგრძე, μm
-ის	2,66 – 2,98	-NH4	7,0 – 7,4
-NH	2,94 – 3,0	-შ	7,76
 CH	3,3	-CF	8,3
-N  N	4,67	-NH2	8,9
-C=N	5,94	-არა	12,3
-N=N	6,35	-SO2	19,2
-CN 2	6,77	-C=O	23,9

10 - გრაფიკი ა); 11 - გრაფიკი ბ); 12 - გრაფიკი გ); 13 - გრაფიკი დ);

14 - გრაფიკი ე); 15 - გრაფიკი ე); 16 - გრაფიკი გ).

ყურადღება მიაქციეთ, რა მნიშვნელობა აქვს თქვენს დიაგრამაზე ვერტიკალური ღერძის გასწვრივ!

17. სინათლე ზედიზედ გადის ორ სინათლის ფილტრში 0,2 და 0,5 გამტარიანობით. რადიაციის რამდენი პროცენტი გამოვა ასეთი სისტემიდან?

18. სინათლე ზედიზედ გადის ორ ფილტრში 0,7 და 0,4 ოპტიკური სიმკვრივით. რადიაციის რამდენი პროცენტი გაივლის ასეთ სისტემას?

19. ბირთვული აფეთქების სინათლის გამოსხივებისგან დასაცავად საჭიროა სათვალეები, რომლებიც ასუსტებენ სინათლეს მინიმუმ მილიონჯერ. მინა, საიდანაც უნდათ ასეთი სათვალეების დამზადება 1მმ სისქით, აქვს ოპტიკური სიმკვრივე 3. რა სისქის უნდა ავიღოთ მინა სასურველი შედეგის მისაღწევად?

20 ლაზერთან მუშაობისას თვალების დასაცავად საჭიროა თვალში შევიდეს რადიაციის ნაკადი, რომელიც არ აღემატება ლაზერის მიერ შექმნილი ნაკადის 0,0001%-ს. რა ოპტიკური სიმკვრივე უნდა ჰქონდეს სათვალეებს უსაფრთხოების უზრუნველსაყოფად?

ზოგადი დავალება 21-28 დავალებისთვის (რაოდენობრივი ანალიზი):

ნახატზე ნაჩვენებია ზოგიერთი ნივთიერების ფერადი ხსნარების შთანთქმის სპექტრები. გარდა ამისა, ამოცანებში მითითებულია მნიშვნელობები D (ხსნარის ოპტიკური სიმკვრივე ტალღის სიგრძეზე, რომელიც შეესაბამება სინათლის მაქსიმალურ შთანთქმას) და X(უჯრედის სისქე). იპოვეთ ხსნარის კონცენტრაცია.

ყურადღება მიაქციეთ ერთეულებს, რომლებშიც შთანთქმის მნიშვნელობა მითითებულია თქვენს გრაფიკზე.

21. გრაფიკი ა). D = 0,8 x = 2 სმ

22. გრაფიკი ბ). D = 1,2 x = 1 სმ

... 23. განრიგი გ). D = 0,5 x = 4 სმ

24. გრაფიკი დ). D = 0,25 x = 2 სმ

25 გრაფიკი ე). D = 0,4 x = 3 სმ

26. გრაფიკი ე) D = 0,9 x = 1 სმ

27. გრაფიკი გ). D = 0,2 x = 2 სმ