ბუნებაში დიდი ხანია ცნობილია რადიაცია, რომელიც ბუნებით განსხვავდება ყველა ცნობილი სახის გამოსხივებისგან (თერმული გამოსხივება, არეკვლა, სინათლის გაფანტვა და ა.შ.). ეს გამოსხივება არის ლუმინესცენტური გამოსხივება, რომლის მაგალითებია სხეულების სიკაშკაშე, როდესაც ისინი დასხივებულია ხილული, ულტრაიისფერი და რენტგენი, -გამოსხივება და ა.შ. სხვადასხვა სახის აგზნების მოქმედების ქვეშ მყოფი ნივთიერებები, რომლებსაც შეუძლიათ ბრწყინავდნენ ე.წ. ფოსფორები.
ლუმინესცენცია- არათანაბარი გამოსხივება, ჭარბი მოცემულ ტემპერატურაზე სხეულის თერმული გამოსხივებაზე და აქვს სინათლის რხევების პერიოდზე მეტი ხანგრძლივობა. ამ განმარტების პირველ ნაწილს მივყავართ დასკვნამდე, რომ ლუმინესცენცია არ არის თერმული გამოსხივება (იხ. § 197), ვინაიდან ნებისმიერი სხეული 0 K-ზე მაღალ ტემპერატურაზე ასხივებს ელექტრომაგნიტურ ტალღებს და ასეთი გამოსხივება თერმულია. მეორე ნაწილი გვიჩვენებს, რომ ლუმინესცენცია არ არის ისეთი ტიპის სიკაშკაშე, როგორიცაა სინათლის არეკვლა და გაფანტვა, დამუხტული ნაწილაკების დაშლა და სხვა. ლუმინესცენცია უფრო გრძელია - დაახლოებით 10 -10 წმ. ნიშანი
ბზინვის ხანგრძლივობა შესაძლებელს ხდის განასხვავოს ლუმინესცენცია სხვა არათანაბარი პროცესებისგან. ამრიგად, ამ მახასიათებლის საფუძველზე, შესაძლებელი გახდა იმის დადგენა, რომ ვავილოვ-ჩერენკოვის გამოსხივება (იხ. §189) არ შეიძლება მიეკუთვნებოდეს ლუმინესცენციას.
აგზნების მეთოდებიდან გამომდინარე, არსებობს: ფოტოლუმინესცენცია(შუქის გავლენის ქვეშ), რენტგენის ლუმინესცენცია(რენტგენის გავლენის ქვეშ), კათოდოლუმინესცენცია(ელექტრონების გავლენის ქვეშ), ელექტროლუმინესცენცია(ელექტრული ველის მოქმედების ქვეშ), რადიოლუმინესცენცია(როდესაც აღგზნებულია ბირთვული გამოსხივებით, მაგალითად, რადიაცია, ნეიტრონები, პროტონები), ქიმილუმინესცენცია(ქიმიური გარდაქმნების დროს), ტრიბოლუმინესცენცია(ზოგიერთი კრისტალის, მაგალითად, შაქრის) გახეხვის და გაყოფისას. ნათების ხანგრძლივობის მიხედვით პირობითად განასხვავებენ: ფლუორესცენცია(t10 -8 წმ) და ფოსფორესცენცია- სიკაშკაშე, რომელიც გრძელდება შესამჩნევი პერიოდის განმავლობაში აგზნების შეწყვეტის შემდეგ.
ლუმინესცენციის პირველი რაოდენობრივი კვლევა ჩატარდა ასზე მეტი წლის წინ. ჯ.სტოკსი, რომელმაც ჩამოაყალიბა შემდეგი წესი 1852 წელს: ლუმინესცენტური გამოსხივების ტალღის სიგრძე ყოველთვის აღემატება სინათლის ტალღის სიგრძეს, რომელიც ამაღელვებს მას (სურ. 326). კვანტური თვალსაზრისით სტოქსის წესი ნიშნავს რომ ენერგია ჰვშემთხვევის ფოტონი ნაწილობრივ იხარჯება ზოგიერთ არაოპტიკურ პროცესზე, ე.ი.
hv=hv lum +E,
საიდანაც v lum
ლუმინესცენციის მთავარი ენერგეტიკული მახასიათებელია ენერგიის გასასვლელი,ვავილოვმა შემოიღო 1924 წელს - ფოსფორის მიერ სრული განათების დროს გამოსხივებული ენერგიის თანაფარდობა მის მიერ შთანთქმულ ენერგიასთან. ტიპიური ორგანული ლუმინოფორებისთვის (ფლუორესცეინის ხსნარის მაგალითზე) ენერგიის გამომუშავების დამოკიდებულება ამაღელვებელი სინათლის ტალღის სიგრძეზე ნაჩვენებია ნახ. 327. ნახატიდან გამომდინარეობს, რომ თავდაპირველად იზრდება -ის პროპორციულად, შემდეგ კი, მაქსიმალურ მნიშვნელობამდე მიღწევის შემდეგ, შემდგომი ზრდით სწრაფად ეცემა ნულამდე. რომ(ვავილოვის კანონი).ენერგეტიკული გამოსავალი სხვადასხვა ფოსფორისთვის მერყეობს საკმაოდ ფართო საზღვრებში, მისი მაქსიმალური ღირებულება შეიძლება მიაღწიოს დაახლოებით 80%-ს.
მყარი ნივთიერებები, რომლებიც წარმოადგენენ ეფექტურ ლუმინესცენტურ ხელოვნურად მომზადებულ კრისტალებს უცხო მინარევებით, ე.წ კრისტალური ფოსფორები.კრისტალური ფოსფორის მაგალითის გამოყენებით, მოდით განვიხილოთ ლუმინესცენციის გარეგნობის მექანიზმები თვალსაზრისით ზონის თეორიამყარი სხეულები. ვალენტურობის ზოლსა და კრისტალური ფოსფორის გამტარ ზოლს შორის არის აქტივატორის მინარევების დონეები (ნახ. 328). ზე
როდესაც hv ენერგიის მქონე ფოტონი შთანთქავს აქტივატორის ატომს, მინარევების დონიდან ელექტრონი გადადის გამტარ ზოლში, თავისუფლად მოძრაობს კრისტალში, სანამ არ შეხვდება აქტივატორ იონს და არ შეუერთდება მას, კვლავ გადადის მინარევების დონეზე. რეკომბინაციას თან ახლავს ლუმინესცენტური ლუმინესცენციის კვანტის გამოსხივება. ფოსფორის ბზინვის დრო განისაზღვრება აქტივატორის ატომების აღგზნებული მდგომარეობის სიცოცხლის ხანგრძლივობით, რომელიც ჩვეულებრივ არ აღემატება წამის მემილიარდედს. ამიტომ, სიკაშკაშე ხანმოკლეა და ქრება დასხივების შეწყვეტისთანავე.
გრძელვადიანი ბზინვის (ფოსფორესცენციის) მისაღებად, კრისტალური ფოსფორი ასევე უნდა შეიცავდეს დაჭერის ცენტრები, ან ხაფანგებიელექტრონებისთვის, რომლებიც შეუვსებელი ლოკალური დონეებია (მაგალითად, Jl 1 და L 2), რომლებიც დევს გამტარობის ზოლის ძირთან ახლოს (ნახ. 329). ისინი შეიძლება წარმოიქმნას მინარევის ატომებით, ატომებით შუალედებში და ა.შ. სინათლის მოქმედებით აქტივატორი ატომები აღგზნებულია, ანუ მინარევის დონიდან ელექტრონები გადადიან გამტარ ზოლში და თავისუფლდებიან. თუმცა, ისინი იჭერენ ხაფანგებს, რის შედეგადაც კარგავენ მობილურობას და, შესაბამისად, აქტივატორ იონთან რეკომბინაციის უნარს. ხაფანგიდან ელექტრონის გათავისუფლება მოითხოვს გარკვეული ენერგიის ხარჯვას, რომელიც ელექტრონებს შეუძლიათ მიიღონ, მაგალითად, გისოსის თერმული ვიბრაციებიდან. ხაფანგიდან გამოთავისუფლებული ელექტრონი შედის გამტარობის ზოლში და მოძრაობს კრისტალში მანამ, სანამ არ დაიკავებს ხაფანგს ან არ შეუთავსდება აქტივატორ იონს.
ამ უკანასკნელ შემთხვევაში ჩნდება ლუმინესცენტური გამოსხივების კვანტი. ამ პროცესის ხანგრძლივობა განისაზღვრება ხაფანგებში ელექტრონების ყოფნის დროით.
ლუმინესცენციის ფენომენი ფართოდ გამოიყენება პრაქტიკაში, მაგალითად ლუმინესცენტური ანალიზი -ნივთიერების შემადგენლობის განსაზღვრის მეთოდი დამახასიათებელი ბზინვარებით. ეს მეთოდი, როგორც ძალიან მგრძნობიარე (დაახლოებით 10 -10 გ / სმ 3), შესაძლებელს ხდის აღმოაჩინოს უმნიშვნელო მინარევებისაგან და გამოიყენება საუკეთესო კვლევებში ბიოლოგიაში, მედიცინაში, კვების მრეწველობაში და ა.შ. ფლუორესცენტური ხარვეზის გამოვლენასაშუალებას გაძლევთ გამოავლინოთ უწვრილესი ბზარები მანქანების ნაწილებისა და სხვა პროდუქტების ზედაპირზე (ამისთვის შესასწავლი ზედაპირი დაფარულია ლუმინესცენტური ხსნარით, რომელიც მოხსნის შემდეგ ბზარებში რჩება).
ფოსფორები გამოიყენება ფლუორესცენტურ ნათურებში, არის ოპტიკური კვანტური გენერატორების აქტიური საშუალება (იხ. § 233) და სკინტილატორები (ქვემოთ განხილული), გამოიყენება ელექტრონულ-ოპტიკურ გადამყვანებში (იხ. § 169), გამოიყენება საგანგებო და შენიღბული განათების შესაქმნელად. და სხვადასხვა მოწყობილობების მანათობელი ინდიკატორების დასამზადებლად.
ელექტრომაგნიტური რადიაცია. განაცხადის მეთოდები სპექტრალური ანალიზი.
რადიაციული ენერგია.
სინათლის წყარომ უნდა მოიხმაროს ენერგია. სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ტალღები, რომელთა ტალღის სიგრძეა 4 10-7 - 8 10-7 მ. ელექტრომაგნიტური ტალღებიგამოსხივებული ზე სწრაფი მოძრაობადამუხტული ნაწილაკები. ეს დამუხტული ნაწილაკები ატომების ნაწილია. მაგრამ, იმის ცოდნის გარეშე, როგორ არის მოწყობილი ატომი, ვერაფერს ვიტყვით სანდო გამოსხივების მექანიზმზე. მხოლოდ ნათელია, რომ ატომის შიგნით არ არის სინათლე, ისევე როგორც არ არის ხმა ფორტეპიანოს სიმებში. სიმის მსგავსად, რომელიც ხმას იწყებს მხოლოდ ჩაქუჩის დარტყმის შემდეგ, ატომები იბადებიან სინათლეზე მხოლოდ აღგზნების შემდეგ.
იმისათვის, რომ ატომმა გამოასხივოს, მას სჭირდება ენერგიის გადაცემა. გამოსხივებისას ატომი კარგავს მიღებულ ენერგიას, ხოლო ნივთიერების უწყვეტი ბზინვისთვის აუცილებელია მის ატომებში ენერგიის შემოდინება გარედან.
თერმული გამოსხივება. გამოსხივების უმარტივესი და ყველაზე გავრცელებული ტიპია თერმული გამოსხივება, რომლის დროსაც ატომების მიერ ენერგიის დაკარგვა სინათლის გამოსხივებისთვის კომპენსირდება ენერგიით. თერმული მოძრაობაატომები ან (მოლეკულები) გასხივოსნებული სხეული.
AT XIX დასაწყისში in. აღმოჩნდა, რომ ზემოთ (ტალღის სიგრძეში) სპექტრის წითელი ნაწილი ხილული სინათლესპექტრის ინფრაწითელი ნაწილი თვალისთვის უხილავია, ხოლო ხილული სინათლის სპექტრის იისფერი ნაწილის ქვემოთ არის სპექტრის უხილავი ულტრაიისფერი ნაწილი.
ტალღის სიგრძე ინფრაწითელი გამოსხივებაშემოსაზღვრულია 3 10-4-დან 7.6-მდე 10-7 მ-ის ფარგლებში. დამახასიათებელი თვისებაეს გამოსხივება არის მისი თერმული ეფექტი. ინფრაწითელი სხივების წყარო ნებისმიერი სხეულია. ამ გამოსხივების ინტენსივობა რაც უფრო მაღალია, მით უფრო მაღალია სხეულის ტემპერატურა. რაც უფრო მაღალია სხეულის ტემპერატურა, მით უფრო სწრაფად მოძრაობენ ატომები. როდესაც სწრაფი ატომები (მოლეკულები) ერთმანეთს ეჯახებიან, ზოგიერთი მათგანი კინეტიკური ენერგიაიქცევა ატომების აგზნების ენერგიად, რომლებიც შემდეგ ასხივებენ სინათლეს.
ინფრაწითელი გამოსხივება გამოკვლეულია თერმოწყვილებისა და ბოლომეტრების გამოყენებით. ღამის ხედვის მოწყობილობების მუშაობის პრინციპი ემყარება ინფრაწითელი გამოსხივების გამოყენებას.
გამოსხივების სითბოს წყაროა მზე, ისევე როგორც ჩვეულებრივი ინკანდესენტური ნათურა. ნათურა არის ძალიან მოსახერხებელი, მაგრამ არაეკონომიური წყარო. ნათურაში გამოთავისუფლებული მთლიანი ენერგიის მხოლოდ დაახლოებით 12%. ელექტრო შოკი, გარდაიქმნება სინათლის ენერგიად. სინათლის სითბოს წყარო არის ალი. ჭვარტლის მარცვალი თბება საწვავის წვის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიით და გამოყოფს სინათლეს.
ელექტროლუმინესცენცია. ატომებისთვის საჭირო ენერგია სინათლის გამოსაცემად შეიძლება ასევე იყოს ნასესხები არათერმული წყაროებიდან. აირებში განმუხტვისას ელექტრული ველი ელექტრონებს დიდ კინეტიკურ ენერგიას ანიჭებს. სწრაფი ელექტრონები განიცდიან შეჯახებას ატომებთან. ელექტრონების კინეტიკური ენერგიის ნაწილი მიდის ატომების აგზნებაზე. აღგზნებული ატომები გამოყოფენ ენერგიას სინათლის ტალღების სახით. ამის გამო გაზში გამონადენს თან ახლავს ბზინვარება. ეს არის ელექტროლუმინესცენცია.
კათოდოლუმინესცენცია. ბზინვარება მყარიმათი ელექტრონებით დაბომბვით გამოწვეულს კათოდოლუმინესცენცია ეწოდება. კათოდური სხივების მილების ეკრანები ანათებს კათოდოლუმინესცენციის გამო.
ქიმილუმინესცენცია. Ზოგიერთი ქიმიური რეაქციები, ენერგიის გამოყოფასთან ერთად, ამ ენერგიის ნაწილი პირდაპირ იხარჯება სინათლის გამოყოფაზე. სინათლის წყარო რჩება ცივი (მას აქვს ტემპერატურა გარემო). ამ ფენომენს ქიმილუმინესცენცია ეწოდება.
ფოტოლუმინესცენცია. ნივთიერებაზე დაცემული სინათლე ნაწილობრივ აირეკლება და ნაწილობრივ შეიწოვება. შთანთქმის სინათლის ენერგია უმეტეს შემთხვევაში იწვევს მხოლოდ სხეულების გათბობას. თუმცა, ზოგიერთი სხეული თავად იწყებს ბრწყინავს პირდაპირ მასზე რადიაციული ინციდენტის გავლენის ქვეშ. ეს არის ფოტოლუმინესცენცია.
სინათლე აღაგზნებს მატერიის ატომებს (ადიდებს მათ შინაგანი ენერგია), რის შემდეგაც ისინი თავად ხაზს უსვამენ. მაგალითად, მანათობელი საღებავები, რომლებიც ფარავს ბევრ საშობაო დეკორაციას, ასხივებენ შუქს მათი დასხივების შემდეგ. მყარი ნივთიერებების ფოტოლუმინესცენცია, ასევე სპეციალური დანიშნულება- (განზოგადებული) ფოსფორები შეიძლება იყოს არა მხოლოდ ხილულ, არამედ ულტრაიისფერ და ინფრაწითელ დიაპაზონშიც. ფოტოლუმინესცენციის დროს გამოსხივებულ შუქს, როგორც წესი, აქვს უფრო გრძელი ტალღის სიგრძე, ვიდრე სინათლე, რომელიც ამაღელვებს ბზინვარებას. ამის დაკვირვება შესაძლებელია ექსპერიმენტულად. თუ იისფერი სინათლის ფილტრში გავლილი სინათლის სხივი მიმართულია ფლუორესცენტური (ორგანული საღებავი) მქონე ჭურჭელში, მაშინ ეს სითხე იწყებს ნათებას მწვანე-ყვითელი შუქით, ანუ უფრო გრძელი ტალღის სიგრძის შუქი, ვიდრე იისფერი სინათლისა.
ფოტოლუმინესცენციის ფენომენი ფართოდ გამოიყენება ფლუორესცენტურ ნათურებში. საბჭოთა ფიზიკოსი S. I. ვავილოვმა შესთავაზა დაფარვა შიდა ზედაპირიგამონადენის მილი ნივთიერებებით, რომლებსაც შეუძლიათ მოკლე ტალღის გამოსხივების ზემოქმედების ქვეშ ნათლად ანათებენ გაზის გამონადენი.
ენერგიის განაწილება სპექტრში.
არცერთი წყარო არ იძლევა მონოქრომატულ სინათლეს, ანუ მკაცრად განსაზღვრული ტალღის სიგრძის შუქს. ამაში ჩვენ ვრწმუნდებით პრიზმის დახმარებით სინათლის სპექტრად დაშლის ექსპერიმენტებით, ასევე ჩარევისა და დიფრაქციის ექსპერიმენტებით.
ენერგია, რომელსაც წყაროდან შუქი ატარებს, გარკვეული გზით ნაწილდება ყველა ტალღის სიგრძის ტალღებზე, რომლებიც ქმნიან სინათლის სხივს. ასევე შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ენერგია ნაწილდება სიხშირეებზე, ვინაიდან ტალღის სიგრძესა და სიხშირეს შორის მარტივი კავშირია: ђv = c.
ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ნაკადის სიმკვრივე ან ინტენსივობა განისაზღვრება ენერგიით, რომელიც მიეკუთვნება ყველა სიხშირეს. სიხშირეებზე გამოსხივების განაწილების დასახასიათებლად, თქვენ უნდა შემოიტანოთ ახალი მნიშვნელობა: ინტენსივობა სიხშირის ერთეულზე. ამ მნიშვნელობას ეწოდება გამოსხივების ინტენსივობის სპექტრული სიმკვრივე.
თქვენ არ შეგიძლიათ დაეყრდნოთ თვალს ენერგიის განაწილების შეფასებისას. თვალს აქვს შერჩევითი მგრძნობელობა სინათლის მიმართ: მისი მგრძნობელობის მაქსიმუმი სპექტრის ყვითელ-მწვანე რეგიონშია. უმჯობესია ისარგებლოთ შავი სხეულის თვისებით, რომ თითქმის მთლიანად შთანთქოს ყველა ტალღის სიგრძის სინათლე. ამ შემთხვევაში, გამოსხივების ენერგია (ანუ სინათლის) იწვევს სხეულის გათბობას. აქედან გამომდინარე, საკმარისია სხეულის ტემპერატურის გაზომვა და მისი გამოყენება დროის ერთეულზე შთანთქმული ენერგიის ოდენობის შესაფასებლად.
ჩვეულებრივი თერმომეტრი ზედმეტად მგრძნობიარეა ასეთ ექსპერიმენტებში წარმატებით გამოსაყენებლად. საჭიროა უფრო მგრძნობიარე ტემპერატურის საზომი ინსტრუმენტები. შეგიძლიათ აიღოთ ელექტრო თერმომეტრი, რომელშიც სენსორული ელემენტიდამზადებულია თხელი ლითონის ფირფიტის სახით. ეს ფირფიტა უნდა იყოს დაფარული ჭვარტლის თხელი ფენით, რომელიც თითქმის მთლიანად შთანთქავს ნებისმიერი ტალღის სიგრძის სინათლეს.
ინსტრუმენტის სითბოსმგრძნობიარე ფირფიტა უნდა განთავსდეს სპექტრის ამა თუ იმ ადგილას. ყველაფერი ხილული სპექტრისიგრძე l წითელი სხივებიდან იისფერამდე შეესაბამება სიხშირის დიაპაზონს IR-დან UV-მდე. სიგანე შეესაბამება მცირე ინტერვალს Av. მოწყობილობის შავი ფირფიტის გაცხელებით შეიძლება ვიმსჯელოთ რადიაციის ნაკადის სიმკვრივეზე სიხშირის ინტერვალზე Av. ფირფიტის სპექტრის გასწვრივ გადაადგილებით, ჩვენ ამას ვხვდებით უმეტესობაენერგია სპექტრის წითელ ნაწილზე მოდის და არა ყვითელ-მწვანეზე, როგორც ეს თვალს სდევს.
ამ ექსპერიმენტების შედეგებზე დაყრდნობით, შესაძლებელია გამოვსახოთ რადიაციის ინტენსივობის სპექტრული სიმკვრივის დამოკიდებულება სიხშირეზე. რადიაციის ინტენსივობის სპექტრული სიმკვრივე განისაზღვრება ფირფიტის ტემპერატურით და სიხშირის პოვნა რთული არ არის, თუ მოწყობილობა, რომელიც გამოიყენება სინათლის დასაშლელად, დაკალიბრებულია, ანუ თუ ცნობილია, რა სიხშირეს შეესაბამება სპექტრის მოცემული მონაკვეთი. რომ.
აბსცისის ღერძის გასწვრივ Av ინტერვალების შუა წერტილების შესაბამისი სიხშირეების მნიშვნელობების გამოსახვით და გამოსხივების ინტენსივობის სპექტრული სიმკვრივის ორდინატთა ღერძის გასწვრივ, მივიღებთ წერტილების სერიას, რომლის მეშვეობითაც შესაძლებელია გლუვი მრუდის დახატვა. ეს მრუდი იძლევა ენერგიის განაწილების ვიზუალურ წარმოდგენას და ელექტრული რკალის სპექტრის ხილულ ნაწილს.
სპექტრის ტიპები.
რადიაციის სპექტრული შემადგენლობა სხვადასხვა ნივთიერებებიძალიან მრავალფეროვანი. მაგრამ, ამის მიუხედავად, ყველა სპექტრი, როგორც გამოცდილება გვიჩვენებს, შეიძლება დაიყოს სამ ტიპად, რომლებიც განსხვავდება ერთმანეთისგან.
უწყვეტი სპექტრები.
მზის სპექტრი ან რკალის სინათლის სპექტრი უწყვეტია. ეს ნიშნავს, რომ ყველა ტალღის სიგრძე წარმოდგენილია სპექტრში. სპექტრში არ არის უწყვეტობა და სპექტროგრაფის ეკრანზე ჩანს უწყვეტი მრავალფეროვანი ზოლი.
ენერგიის განაწილება სიხშირეებზე, ანუ რადიაციის ინტენსივობის სპექტრული სიმკვრივე, სხვადასხვა ორგანოებიგანსხვავებული. მაგალითად, ძალიან შავი ზედაპირის მქონე სხეული ასხივებს ყველა სიხშირის ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, მაგრამ რადიაციის ინტენსივობის სპექტრული სიმკვრივე სიხშირის მრუდის მიმართ აქვს მაქსიმუმი გარკვეულ სიხშირეზე. რადიაციული ენერგია, რომელიც მიეკუთვნება ძალიან მცირე და ძალიან მაღალ სიხშირეებს, უმნიშვნელოა. ტემპერატურის მატებასთან ერთად, რადიაციის მაქსიმალური სპექტრული სიმკვრივე გადადის მოკლე ტალღებისკენ.
უწყვეტი (ან უწყვეტი) სპექტრები, როგორც გამოცდილება გვიჩვენებს, იძლევა სხეულებს, რომლებიც მყარ ან თხევადი მდგომარეობადა ძლიერ შეკუმშული აირები. უწყვეტი სპექტრის მისაღებად, თქვენ უნდა გაათბოთ სხეული მაღალ ტემპერატურაზე.
უწყვეტი სპექტრის ბუნება და მისი არსებობის ფაქტი განისაზღვრება არა მხოლოდ ცალკეული გამოსხივების ატომების თვისებებით, არამედ ძლიერი ხარისხიდამოკიდებულია ატომების ერთმანეთთან ურთიერთქმედებაზე.
უწყვეტი სპექტრი ასევე წარმოიქმნება მაღალი ტემპერატურის პლაზმით. ელექტრომაგნიტური ტალღები გამოიყოფა პლაზმისგან, ძირითადად, როდესაც ელექტრონები იონებს ეჯახებიან.
ხაზის სპექტრები.
მოდით შევიყვანოთ გაზის სანთურის ფერმკრთალ ცეცხლში აზბესტის ნაჭერი, რომელიც დასველებულია ჩვეულებრივი ხსნარით. სუფრის მარილი. სპექტროსკოპის საშუალებით ალიზე დაკვირვებისას, კაშკაშა ყვითელი ხაზი ციმციმებს ალის ძლივს გამორჩეული უწყვეტი სპექტრის ფონზე. ეს ყვითელი ხაზი მოცემულია ნატრიუმის ორთქლით, რომელიც წარმოიქმნება ნატრიუმის ქლორიდის მოლეკულების ცეცხლში გაყოფის დროს. სპექტროსკოპზე ასევე შეგიძლიათ იხილოთ სხვადასხვა სიკაშკაშის ფერადი ხაზების პალიზადა, რომლებიც გამოყოფილია ფართო მუქი ზოლებით. ასეთ სპექტრებს ხაზოვანი სპექტრები ეწოდება. ხელმისაწვდომობა ხაზის სპექტრინიშნავს, რომ ნივთიერება ასხივებს სინათლეს მხოლოდ კარგად განსაზღვრულ ტალღის სიგრძეებში (უფრო ზუსტად, გარკვეულ ძალიან ვიწრო სპექტრულ ინტერვალებში). თითოეულ ხაზს აქვს სასრული სიგანე.
ხაზის სპექტრები გვხვდება მხოლოდ ატომურ მდგომარეობაში მყოფ ნივთიერებებში (მაგრამ არა მოლეკულურებში). ამ შემთხვევაში სინათლე გამოიყოფა ატომებით, რომლებიც პრაქტიკულად არ ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. ეს არის ყველაზე ფუნდამენტური, ძირითადი ტიპის სპექტრები. ხაზის სპექტრის მთავარი თვისებაა ის, რომ მოცემული ქიმიური ელემენტის იზოლირებული ატომები ასხივებენ ტალღის სიგრძის მკაცრად განსაზღვრულ, განუმეორებელ თანმიმდევრობას. ორი სხვადასხვა ელემენტებიარ არსებობს ტალღის სიგრძის ერთი თანმიმდევრობა. სპექტრული ზოლები ჩნდება სპექტრული მოწყობილობის გამოსავალზე იმ ტალღის სიგრძის ადგილას, რომელიც გამოიცემა წყაროდან. ჩვეულებრივ, ხაზის სპექტრების დასაკვირვებლად გამოიყენება ნივთიერების ორთქლის სიკაშკაშე ცეცხლში ან გაზის გამონადენის სიკაშკაშე შესწავლილი გაზით სავსე მილში.
ატომური გაზის სიმკვრივის ზრდით, ინდივიდუალური სპექტრული ხაზები ფართოვდება და, საბოლოოდ, ძალიან მაღალი სიმკვრივისგაზი, როდესაც ატომების ურთიერთქმედება ხდება მნიშვნელოვანი, ეს ხაზები ერთმანეთს გადაფარავს და ქმნის უწყვეტ სპექტრს.
ზოლიანი სპექტრები.
ზოლიანი სპექტრი შედგება ცალკეული ზოლებისაგან, რომლებიც გამოყოფილია მუქი უფსკრულით. ძალიან კარგი სპექტრული აპარატის დახმარებით შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ თითოეული ზოლი არის კოლექცია დიდი რიცხვიძალიან მჭიდროდ დაშორებული ხაზები. ხაზის სპექტრისგან განსხვავებით, ზოლიანი სპექტრები იქმნება არა ატომებით, არამედ მოლეკულებით, რომლებიც არ არის შეკრული ან სუსტად შეკრული. შეკრული მეგობარიმეგობართან.
მოლეკულური სპექტრების დასაკვირვებლად, ისევე როგორც ხაზოვანი სპექტრების დასაკვირვებლად, ჩვეულებრივ გამოიყენება ორთქლის სიკაშკაშე ცეცხლში ან გაზის გამონადენის სიკაშკაშე.
ემისიის და შთანთქმის სპექტრები.
ყველა ნივთიერება, რომლის ატომებიც არის აღელვებული მდგომარეობა, ასხივებენ მსუბუქი ტალღები, რომლის ენერგიაც ტალღის სიგრძეზე გარკვეული გზით ნაწილდება. ნივთიერების მიერ სინათლის შთანთქმა ასევე დამოკიდებულია ტალღის სიგრძეზე. ამრიგად, წითელი მინა გადასცემს წითელ სინათლის შესაბამის ტალღებს (l»8 10-5 სმ) და შთანთქავს ყველა დანარჩენს.
თუ გამოტოვებთ თეთრი ნათებაცივი, არაგამოსხივებული გაზის მეშვეობით, მუქი ხაზები ჩნდება წყაროს უწყვეტი სპექტრის ფონზე. გაზი ყველაზე ინტენსიურად შთანთქავს ზუსტად იმ ტალღის სიგრძის შუქს, რომელსაც ის ასხივებს, როცა ძალიან ცხელა. უწყვეტი სპექტრის ფონზე მუქი ხაზები არის შთანთქმის ხაზები, რომლებიც ერთად ქმნიან შთანთქმის სპექტრს.
არსებობს უწყვეტი, ხაზოვანი და ზოლიანი ემისიის სპექტრები და იგივე რაოდენობის შთანთქმის სპექტრები.
სპექტრული ანალიზი და მისი გამოყენება.
მნიშვნელოვანია ვიცოდეთ, რისგან შედგება ჩვენს ირგვლივ არსებული სხეულები. მრავალი მეთოდი იქნა შემუშავებული მათი შემადგენლობის დასადგენად. მაგრამ ვარსკვლავებისა და გალაქტიკების შემადგენლობის დადგენა შესაძლებელია მხოლოდ სპექტრული ანალიზის დახმარებით.
ნივთიერების ხარისხობრივი და რაოდენობრივი შედგენილობის განსაზღვრის მეთოდს მისი სპექტრით ეწოდება სპექტრული ანალიზი. სპექტრული ანალიზი ფართოდ გამოიყენება მინერალების ძიებაში, რათა დადგინდეს ქიმიური შემადგენლობამადნის ნიმუშები. ინდუსტრიაში სპექტრული ანალიზი შესაძლებელს ხდის ლითონებში შეყვანილი შენადნობებისა და მინარევების შემადგენლობის კონტროლს სასურველი თვისებების მქონე მასალების მისაღებად. ხაზოვანი სპექტრები თამაშობენ განსაკუთრებით მნიშვნელოვანი როლი, რადგან მათი აგებულება პირდაპირ კავშირშია ატომის აგებულებასთან. ყოველივე ამის შემდეგ, ეს სპექტრები იქმნება ატომების მიერ, რომლებიც არ განიცდიან გარე გავლენას. მაშასადამე, ხაზის სპექტრების გაცნობით, ამით ჩვენ ვდგამთ პირველ ნაბიჯს ატომების სტრუქტურის შესასწავლად. ამ სპექტრებზე დაკვირვებით მეცნიერებმა შეძლეს ატომის შიგნით „შეხედვა“. აქ ოპტიკა მჭიდრო კავშირშია ატომურ ფიზიკასთან.
ხაზის სპექტრის მთავარი თვისება ის არის, რომ ნივთიერების ხაზის სპექტრის ტალღის სიგრძე (ან სიხშირეები) დამოკიდებულია მხოლოდ ამ ნივთიერების ატომების თვისებებზე, მაგრამ სრულიად დამოუკიდებელია ატომების ლუმინესცენციის აგზნების მეთოდისგან. ნებისმიერი ქიმიური ელემენტის ატომები ასხივებენ სპექტრს ყველა სხვა ელემენტის სპექტრისგან განსხვავებით: მათ შეუძლიათ ასხივონ ტალღის სიგრძის მკაცრად განსაზღვრული ნაკრები.
სპექტრული ანალიზი ეფუძნება ამას - ნივთიერების ქიმიური შემადგენლობის განსაზღვრის მეთოდი მისი სპექტრიდან.
ადამიანის თითის ანაბეჭდების მსგავსად, ხაზის სპექტრებს უნიკალური პიროვნება აქვთ. თითის კანზე ნიმუშების უნიკალურობა ხშირად კრიმინალის პოვნაში ეხმარება. ანალოგიურად, სპექტრების ინდივიდუალურობიდან გამომდინარე, შესაძლებელია სხეულის ქიმიური შემადგენლობის დადგენა. სპექტრალური ანალიზის გამოყენებით, თქვენ შეგიძლიათ ამოიცნოთ ეს ელემენტი კომპოზიციაში რთული ნივთიერება, თუნდაც მისი მასა არ აღემატებოდეს 10-10-ს. ეს ძალიან მგრძნობიარე მეთოდია.
ნივთიერების ხაზის სპექტრის შესწავლა შესაძლებელს ხდის განვსაზღვროთ საიდანაც ქიმიური ელემენტებიიგი შედგება და რა რაოდენობით შეიცავს თითოეულ ელემენტს ამ ნივთიერებაში.
შესწავლილ ნიმუშში ელემენტის რაოდენობრივი შემცველობა განისაზღვრება ამ ელემენტის სპექტრის ცალკეული ხაზების ინტენსივობის შედარებით სხვა ქიმიური ელემენტის ხაზების ინტენსივობით, რომლის რაოდენობრივი შემცველობა ნიმუშში ცნობილია.
ნივთიერების შემადგენლობის რაოდენობრივი ანალიზი მისი სპექტრით რთულია, რადგან სიკაშკაშე სპექტრალური ხაზებიდამოკიდებულია არა მხოლოდ ნივთიერების მასაზე, არამედ ბზინვარების აგზნების მეთოდზეც. დიახ, ზე დაბალი ტემპერატურაბევრი სპექტრული ხაზი საერთოდ არ ჩანს. თუმცა, ლუმინესცენციის აგზნების სტანდარტულ პირობებში, რაოდენობრივი სპექტრალური ანალიზიც შეიძლება ჩატარდეს.
სპექტრული ანალიზის უპირატესობებია მაღალი მგრძნობელობადა შედეგების სიჩქარე. სპექტრული ანალიზის საშუალებით შესაძლებელია ოქროს არსებობის გამოვლენა 6 10-7 გ მასის ნიმუშში, ხოლო მასა მხოლოდ 10-8 გ. სპექტრული ანალიზით ფოლადის ხარისხის განსაზღვრა შესაძლებელია რამდენიმე ათეულში. წამების.
სპექტრული ანალიზი საშუალებას გაძლევთ განსაზღვროთ ქიმიური შემადგენლობა ციური სხეულებიმილიარდობით სინათლის წლის მანძილზე დედამიწიდან. პლანეტებისა და ვარსკვლავების ატმოსფეროს ქიმიური შემადგენლობა, ვარსკვლავთშორის სივრცეში ცივი გაზი განისაზღვრება შთანთქმის სპექტრებით.
სპექტრების შესწავლით მეცნიერებმა შეძლეს ციური სხეულების არა მხოლოდ ქიმიური შემადგენლობის, არამედ მათი ტემპერატურის დადგენა. სპექტრული ხაზების ცვლა შეიძლება გამოყენებულ იქნას ციური სხეულის სიჩქარის დასადგენად.
ამჟამად დადგენილია ყველა ატომის სპექტრი და შედგენილია სპექტრების ცხრილები. სპექტრული ანალიზის დახმარებით აღმოაჩინეს მრავალი ახალი ელემენტი: რუბიდიუმი, ცეზიუმი და ა.შ. ელემენტებს ხშირად ასახელებდნენ სპექტრის ყველაზე ინტენსიური ხაზების ფერის მიხედვით. რუბიდიუმი იძლევა მუქ წითელ, ლალისფერ ხაზებს. სიტყვა ცეზიუმი ნიშნავს "ცის ლურჯი". ეს არის ცეზიუმის სპექტრის ძირითადი ხაზების ფერი.
სწორედ სპექტრული ანალიზის დახმარებით შეიტყვეს მზისა და ვარსკვლავების ქიმიური შემადგენლობა. ანალიზის სხვა მეთოდები აქ საერთოდ შეუძლებელია. აღმოჩნდა, რომ ვარსკვლავები შედგება იგივე ქიმიური ელემენტებისაგან, რომლებიც დედამიწაზეა. საინტერესოა, რომ ჰელიუმი თავდაპირველად მზეში აღმოაჩინეს და მხოლოდ ამის შემდეგ იქნა ნაპოვნი დედამიწის ატმოსფეროში. ამ ელემენტის სახელი იხსენებს მისი აღმოჩენის ისტორიას: სიტყვა ჰელიუმი თარგმანში ნიშნავს "მზიან".
შედარებითი სიმარტივისა და მრავალფეროვნების გამო, სპექტრალური ანალიზი წარმოადგენს ნივთიერების შემადგენლობის მონიტორინგის ძირითად მეთოდს მეტალურგიაში, მექანიკურ ინჟინერიასა და ბირთვულ მრეწველობაში. სპექტრული ანალიზის დახმარებით დგინდება მადნებისა და მინერალების ქიმიური შემადგენლობა.
რთული, ძირითადად ორგანული ნარევების შემადგენლობა გაანალიზებულია მათი მოლეკულური სპექტრით.
სპექტრული ანალიზი შეიძლება ჩატარდეს არა მხოლოდ ემისიის სპექტრებიდან, არამედ შთანთქმის სპექტრებიდანაც. სწორედ მზისა და ვარსკვლავების სპექტრის შთანთქმის ხაზები იძლევა ამ ციური სხეულების ქიმიური შემადგენლობის შესწავლას. მზის კაშკაშა ზედაპირი - ფოტოსფერო - იძლევა უწყვეტ სპექტრს. მზის ატმოსფეროშერჩევით შთანთქავს შუქს ფოტოსფეროდან, რაც იწვევს შთანთქმის ხაზების გაჩენას ფოტოსფეროს უწყვეტი სპექტრის ფონზე.
მაგრამ მზის ატმოსფერო ასხივებს სინათლეს. დროს მზის დაბნელებები, როდესაც მზის დისკიდახურულია მთვარის მიერ, სპექტრის ხაზები შებრუნებულია. მზის სპექტრში შთანთქმის ხაზების ნაცვლად, ემისიის ხაზები ანათებს.
ასტროფიზიკაში სპექტრული ანალიზი ესმით არა მხოლოდ ვარსკვლავების, გაზის ღრუბლების და ა.შ. ქიმიური შემადგენლობის დასადგენად, არამედ მრავალი სხვა. ფიზიკური მახასიათებლებიეს ობიექტები: ტემპერატურა, წნევა, სიჩქარე, მაგნიტური ინდუქცია.
ასტროფიზიკის გარდა, სპექტრული ანალიზი ფართოდ გამოიყენება კრიმინალისტიკაში, დანაშაულის ადგილზე აღმოჩენილი მტკიცებულებების გამოსაძიებლად. ასევე, სპექტრული ანალიზი სასამართლო ექსპერტიზაში ხელს უწყობს მკვლელობის იარაღის დადგენას და, ზოგადად, დანაშაულის ზოგიერთი დეტალის გამოვლენას.
სპექტრული ანალიზი კიდევ უფრო ფართოდ გამოიყენება მედიცინაში. აქ მისი გამოყენება ძალიან ფართოა. მისი გამოყენება შესაძლებელია როგორც დიაგნოსტიკისთვის, ასევე ადამიანის ორგანიზმში უცხო ნივთიერებების დასადგენად.
სპექტრული ანალიზი საჭიროებს სპეციალურ სპექტრალურ ინსტრუმენტებს, რომლებსაც შემდგომ განვიხილავთ.
სპექტრული მოწყობილობები.
სპექტრების ზუსტი შესწავლისთვის ისეთი მარტივი მოწყობილობები, როგორიცაა სინათლის სხივის შემზღუდველი ვიწრო ჭრილი და პრიზმა აღარ არის საკმარისი. საჭიროა ინსტრუმენტები, რომლებიც იძლევა მკაფიო სპექტრს, ანუ ინსტრუმენტები, რომლებიც კარგად გამოყოფს ტალღებს სხვადასხვა სიგრძისდა არა გადახურვა ცალკეული სექციებისპექტრი. ასეთ მოწყობილობებს სპექტრულ მოწყობილობებს უწოდებენ. ყველაზე ხშირად, სპექტრული აპარატის ძირითადი ნაწილი არის პრიზმა ან დიფრაქციული ბადე.
განვიხილოთ პრიზმის სპექტრული აპარატის მოწყობილობის სქემა. შესწავლილი გამოსხივება პირველად შედის მოწყობილობის იმ ნაწილში, რომელსაც ეწოდება კოლიმატორი. კოლიმატორი არის მილი, რომლის ერთ ბოლოში არის ეკრანი ვიწრო ჭრილით, ხოლო მეორეზე - კონვერგირებადი ლინზა. უფსკრული არის ფოკუსური მანძილილინზიდან. მაშასადამე, დივერგენციული სინათლის სხივი, რომელიც ლინზში შედის ჭრილიდან, გამოდის მისგან პარალელური სხივით და ეცემა პრიზმაზე.
როგორც სხვადასხვა სიხშირეზეშეესაბამება სხვადასხვა რეფრაქციულ მაჩვენებლებს, შემდეგ პრიზმიდან გამოდის პარალელური სხივები, რომლებიც არ ემთხვევა მიმართულებით. ლინზაზე ეცემა. ამ ლინზის ფოკუსურ მანძილზე არის ეკრანი - ყინვაგამძლე მინა ან ფოტოგრაფიული ფირფიტა. ლინზა ფოკუსირებს სხივების პარალელურ სხივებს ეკრანზე და ჭრილის ერთი გამოსახულების ნაცვლად, მთელი ხაზისურათები. თითოეულ სიხშირეს (ვიწრო სპექტრული ინტერვალი) აქვს საკუთარი გამოსახულება. ყველა ეს სურათი ერთად ქმნის სპექტრს.
აღწერილ ინსტრუმენტს ეწოდება სპექტროგრაფი. თუ მეორე ლინზისა და ეკრანის ნაცვლად, ტელესკოპი გამოიყენება სპექტრების ვიზუალური დაკვირვებისთვის, მაშინ მოწყობილობას ეწოდება სპექტროსკოპი. პრიზები და სპექტრული მოწყობილობების სხვა დეტალები სულაც არ არის დამზადებული მინისგან. შუშის ნაცვლად ასევე გამოიყენება გამჭვირვალე მასალები, როგორიცაა კვარცი, ქვის მარილი და ა.შ.
თერმული გამოსხივება და ლუმინესცენცია.
მოხმარებული ენერგია მანათობელი სხეულირადიაციისთვის, შეიძლება შევსება სხვადასხვა წყაროები. ჰაერში დაჟანგული ფოსფორი ანათებს დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის გამო ქიმიური ტრანსფორმაცია. ამ სახის შუქს ქიმილუმინესცენცია ეწოდება. ბზინვარება, რომელიც მოდის სხვადასხვა სახისგაზის დამოუკიდებელ გამონადენს ელექტროლუმინესცენცია ეწოდება. ელექტრონებით მათი დაბომბვით გამოწვეული მყარი სხეულების სიკაშკაშეს კათოდოლუმინესცენცია ეწოდება. მისთვის დამახასიათებელი გარკვეული ტალღის სიგრძის სხეულის მიერ გამოსხივების გამოსხივება λ 1 შეიძლება გამოწვეული იყოს ამ სხეულის დასხივებით (ან ადრე დასხივებით) ტალღის სიგრძის გამოსხივებით λ 1-ით ნაკლები λ 2. ასეთი პროცესები გაერთიანებულია ფოტოლუმინესცენციის სახელით (ლუმინესცენციას ეწოდება გამოსხივება, სხეულის თერმული გამოსხივების გადაჭარბება მოცემულ ტემპერატურაზე და აქვს ხანგრძლივობა, რომელიც მნიშვნელოვნად აღემატება გამოსხივებული ტალღების პერიოდს. მანათობელ ნივთიერებებს ფოსფორი ეწოდება. ).
სურათი 8. 1 ქიმილუმინესცენცია
სურათი 8. 2 ფოტოლუმინესცენცია
სურათი 8. 3 ელექტროლუმინესცენცია.
ყველაზე გავრცელებულია სხეულების სიკაშკაშე მათი გახურების გამო. ამ ტიპის ნათებას თერმული (ან ტემპერატურული) გამოსხივება ეწოდება. თერმული გამოსხივება ხდება ნებისმიერ ტემპერატურაზე, მაგრამ დაბალ ტემპერატურაზე პრაქტიკულად მხოლოდ გრძელი (ინფრაწითელი) ელექტრომაგნიტური ტალღები გამოიყოფა.
მოდი, გამოსხივებული სხეული შემოვუაროთ სრულყოფილად ამრეკლი ზედაპირით შეუღწევადი გარსით (ნახ.).
სხეულზე დაცემული გამოსხივება შეიწოვება მასში (ნაწილობრივ ან მთლიანად). შესაბამისად, იქნება ენერგიის უწყვეტი გაცვლა სხეულსა და გარსის შემავსებელ რადიაციას შორის. თუ ენერგიის განაწილება სხეულსა და გამოსხივებას შორის უცვლელი რჩება თითოეული ტალღის სიგრძისთვის, სხეული-რადიაციული სისტემის მდგომარეობა წონასწორობაში იქნება. გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ გამოსხივების ერთადერთი ტიპი, რომელიც შეიძლება იყოს წონასწორობაში გამოსხივებულ სხეულებთან, არის თერმული გამოსხივება. ყველა სხვა სახის გამოსხივება არ არის წონასწორობა.
თერმული გამოსხივების უნარი, იყოს წონასწორობაში გამოსხივებულ სხეულებთან, განპირობებულია იმით, რომ მისი ინტენსივობა იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. დავუშვათ, რომ წონასწორობა სხეულსა და გამოსხივებას შორის (იხ. ნახ.) ირღვევა და ორგანიზმი გამოყოფს უფრო მეტ ენერგიას, ვიდრე შთანთქავს.
შემდეგ სხეულის შინაგანი ენერგია შემცირდება, რაც გამოიწვევს ტემპერატურის შემცირებას. ეს, თავის მხრივ, გამოიწვევს სხეულის მიერ გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობის შემცირებას. სხეულის ტემპერატურა დაიკლებს მანამ, სანამ სხეულის მიერ გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობა არ გახდება რიცხვის ტოლიშთანთქმული ენერგია. თუ წონასწორობა ირღვევა სხვა მიმართულებით, ანუ გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობა შეიწოვებაზე ნაკლებია, სხეულის ტემპერატურა გაიზრდება მანამ, სანამ წონასწორობა კვლავ არ დამყარდება. ამრიგად, სხეულის რადიაციული სისტემის დისბალანსი იწვევს პროცესების წარმოქმნას, რომლებიც აღადგენს წონასწორობას.
სიტუაცია განსხვავებულია ნებისმიერი სახის ლუმინესცენციის შემთხვევაში. მოდით ვაჩვენოთ ეს ქიმილუმინესცენციის მაგალითზე. სანამ ქიმიური რეაქცია, რომელიც იწვევს რადიაციას, გრძელდება, გამოსხივებული სხეული სულ უფრო და უფრო შორდება თავდაპირველ მდგომარეობას. ორგანიზმის მიერ რადიაციის შეწოვა არ შეცვლის რეაქციის მიმართულებას, პირიქით, გამოიწვევს უფრო სწრაფ (გახურების გამო) რეაქციას თავდაპირველი მიმართულებით. წონასწორობა დამყარდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც რეაქტიული ნივთიერებებისა და ლუმინესცენციის მთელი მარაგი იქნება გამოყენებული.
განპირობებული ქიმიური პროცესები, ჩანაცვლდება თერმული გამოსხივებით.
ასე რომ, ყველა სახის გამოსხივებიდან წონასწორობაში შეიძლება იყოს მხოლოდ თერმული გამოსხივება. თერმოდინამიკის კანონები ვრცელდება წონასწორობის მდგომარეობებზე და პროცესებზე. შესაბამისად, თერმული გამოსხივებაც გარკვეულწილად უნდა დაემორჩილოს ზოგადი ნიმუშებითერმოდინამიკის პრინციპებიდან გამომდინარე. სწორედ ამ კანონზომიერებების გათვალისწინებას მივმართავთ.
8.2 კირჩჰოფის კანონი.
წარმოგიდგენთ თერმული გამოსხივების რამდენიმე მახასიათებელს.
ენერგიის ნაკადი (ნებისმიერი სიხშირე), გამოსხივებული სხეულის ერთეული ზედაპირის მიერ დროის ერთეულზე ყველა მიმართულებით(მყარი კუთხით 4π), დაურეკა სხეულის ენერგეტიკული სიკაშკაშე (რ) [რ] = ვ/მ2 .
გამოსხივება შედგება სხვადასხვა სიხშირის ტალღებისგან (ν). ავღნიშნოთ სხეულის ერთეული ზედაპირის მიერ გამოსხივებული ენერგიის ნაკადი ν-დან ν-მდე სიხშირის დიაპაზონში. + dv, d-ის მეშვეობით რვ. შემდეგ ამ ტემპერატურაზე.
სად - სპექტრული სიმკვრივე ენერგიის სიკაშკაშე, ან სხეულის ემისიურობა .
გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ სხეულის ემისიურობა დამოკიდებულია სხეულის ტემპერატურაზე (თითოეული ტემპერატურისთვის მაქსიმალური გამოსხივება დევს მის სიხშირის დიაპაზონში). განზომილება 
.
თუ ვიცით ემისიურობა, შეგვიძლია გამოვთვალოთ ენერგიის სიკაშკაშე:
დაე, dF გასხივოსნებული ენერგიის ნაკადი დაეცეს სხეულის ზედაპირის ელემენტარულ უბანზე, ელექტრომაგნიტური ტალღების გამო, რომელთა სიხშირეები შეიცავს dν ინტერვალს. ამ ნაკადის ნაწილი შეიწოვება ორგანიზმის მიერ. განზომილებიანი
დაურეკა სხეულის შთანთქმის უნარი . ის ასევე ძლიერ დამოკიდებულია ტემპერატურაზე.
განმარტებით, ის არ შეიძლება იყოს ერთზე მეტი. სხეულისთვის, რომელიც მთლიანად შთანთქავს ყველა სიხშირის გამოსხივებას,. ასეთ სხეულს ე.წ აბსოლუტურად შავი (ეს იდეალიზაციაა).
სხეული, რომლისთვისაც და ერთზე ნაკლებიყველა სიხშირეზე,დაურეკა ნაცრისფერი სხეული (ესეც იდეალიზაციაა).
არსებობს გარკვეული კავშირი სხეულის გამოსხივებასა და შთანთქმის უნარს შორის. მოდი გონებრივად ჩავატაროთ შემდეგი ექსპერიმენტი.
დაე, იყოს სამი სხეული დახურულ გარსში. სხეულები ვაკუუმში არიან, ამიტომ ენერგიის გაცვლა შეიძლება მოხდეს მხოლოდ რადიაციის გამო. გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ გარკვეული დროის შემდეგ ასეთი სისტემა მივა თერმული წონასწორობის მდგომარეობაში (ყველა სხეულს და გარსს ექნება იგივე ტემპერატურა).
ამ მდგომარეობაში სხეული, რომელსაც აქვს მეტი რადიაციის უნარი, კარგავს დროის ერთეულში და მეტი ენერგია, მაგრამ, მაშასადამე, ამ სხეულს ასევე უნდა ჰქონდეს უფრო დიდი შთანთქმის უნარი:
გუსტავ კირხჰოფმა 1856 წელს ჩამოაყალიბა კანონი და შესთავაზა შავი სხეულის მოდელი .
ემისიურობის და შთანთქმის თანაფარდობა არ არის დამოკიდებული სხეულის ბუნებაზე, ის ყველა სხეულისთვის ერთნაირია.(უნივერსალური)სიხშირისა და ტემპერატურის ფუნქცია.
სადაც f(- ზოგადი ფუნქციაკირჩჰოფი.
ამ ფუნქციას აქვს უნივერსალური, ანუ აბსოლუტური ხასიათი.
რაოდენობები და, ცალკე აღებული, შეიძლება ძალიან მკვეთრად შეიცვალოს ერთი სხეულიდან მეორეზე გადასვლისას, მაგრამ მათი თანაფარდობა მუდმივადყველა სხეულისთვის (მიცემულ სიხშირეზე და ტემპერატურაზე).
აბსოლუტურად შავი სხეულისთვის =1, შესაბამისად, მისთვის f(, ე.ი. კირჩჰოფის უნივერსალური ფუნქცია სხვა არაფერია, თუ არა სრულიად შავი სხეულის ბზინვარება.
აბსოლუტურად შავი სხეულები ბუნებაში არ არსებობს. ჭვარტლს ან პლატინის შავს აქვს შთამნთქმელი ძალა, 1, მაგრამ მხოლოდ შეზღუდული სიხშირის დიაპაზონში. თუმცა, პატარა ხვრელის მქონე ღრუ თავისი თვისებებით ძალიან ახლოს არის სრულიად შავ სხეულთან. სხივი, რომელიც შევიდა შიგნით, მრავალჯერადი არეკვლის შემდეგ, აუცილებლად შეიწოვება და ნებისმიერი სიხშირის სხივი.
ასეთი ხელსაწყოს (ღრუელის) ემისიურობა ძალიან ახლოსაა ვ(ν , ტ). ამრიგად, თუ ღრუს კედლები შენარჩუნებულია ტემპერატურაზე თ, მაშინ ხვრელიდან გამოსხივებული გამოსხივება ძალიან ახლოს არის სპექტრული შემადგენლობაშავი სხეულის გამოსხივება იმავე ტემპერატურაზე.
ამ გამოსხივების გაფართოების სპექტრში, შეგიძლიათ იპოვოთ ექსპერიმენტული ხედიფუნქციები ვ(ν , ტ)(ნახ. 1.3), თან სხვადასხვა ტემპერატურა თ 3 > თ 2 > თ 1 .
მრუდით დაფარული ფართობი იძლევა შავი სხეულის ენერგეტიკულ სიკაშკაშეს შესაბამის ტემპერატურაზე.
ეს მრუდები ყველა სხეულისთვის ერთნაირია.
მრუდები მოლეკულების სიჩქარის განაწილების ფუნქციის მსგავსია. მაგრამ იქ მოსახვევებით დაფარული არეები მუდმივია, აქ კი ტემპერატურის მატებასთან ერთად ფართობი საგრძნობლად იზრდება. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ ენერგიის თავსებადობა დიდად არის დამოკიდებული ტემპერატურაზე. მაქსიმალური გამოსხივება (ემისიურობა) ტემპერატურის მატებასთან ერთად იცვლისუფრო მაღალი სიხშირეებისკენ.
მანათობელი სხეულის მიერ რადიაციისთვის დახარჯული ენერგია შეიძლება შეივსოს სხვადასხვა წყაროდან. ჰაერში დაჟანგული ფოსფორი ანათებს ქიმიური ტრანსფორმაციის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიის გამო. ამ სახის შუქს ქიმილუმინესცენცია ეწოდება.
ბზინვარებას, რომელიც წარმოიქმნება სხვადასხვა ტიპის დამოუკიდებელი აირის გამონადენის დროს, ელექტროლუმინესცენციას უწოდებენ. ელექტრონების მიერ მათი დაბომბვით გამოწვეულ მყარი სხეულების ნათებას კათოდური-ლუმინუმი და არასცენა ეწოდება. მისთვის დამახასიათებელი გარკვეული ტალღის სიგრძის λ 1 სხეულის მიერ გამოსხივება შეიძლება გამოწვეული იყოს ამ სხეულის დასხივებით (ან მანამდე დასხივებით) λ 2 ტალღის სიგრძის გამოსხივებით, რომელიც ნაკლებია λ 1-ზე. ასეთი პროცესები გაერთიანებულია ფოტოლუმინესცენციის სახელით.
ყველაზე გავრცელებულია სხეულების სიკაშკაშე მათი გახურების გამო. ამ ტიპის ნათებას თერმული (ან ტემპერატურული) გამოსხივება ეწოდება. თერმული გამოსხივება ხდება ნებისმიერ ტემპერატურაზე, მაგრამ დაბალ ტემპერატურაზე პრაქტიკულად მხოლოდ გრძელი (ინფრაწითელი) ელექტრომაგნიტური ტალღები გამოიყოფა.
მოდი გარს შემოვუვლოთ გასხივოსნებულ სხეულს სრულყოფილად ამრეკლი ზედაპირით შეუღწევადი გარსი (სურ. 154). ამოიღეთ ჰაერი ჭურვიდან. ჭურვის მიერ არეკლილი გამოსხივება, რომელიც სხეულზე ეცემა, შეიწოვება მასში (ნაწილობრივ ან მთლიანად). შესაბამისად, იქნება ენერგიის უწყვეტი გაცვლა სხეულსა და გარსის შემავსებელ რადიაციას შორის. თუ ენერგიის განაწილება სხეულსა და გამოსხივებას შორის უცვლელი რჩება თითოეული ტალღის სიგრძისთვის, სხეული-რადიაციული სისტემის მდგომარეობა წონასწორობაში იქნება. გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ გამოსხივების ერთადერთი ტიპი, რომელიც შეიძლება იყოს წონასწორობაში გამოსხივებულ სხეულებთან, არის თერმული გამოსხივება. ყველა სხვა სახის გამოსხივება არ არის წონასწორობა.
თერმული გამოსხივების უნარი, იყოს წონასწორობაში გამოსხივებულ სხეულებთან, განპირობებულია იმით, რომ მისი ინტენსივობა იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად. დავუშვათ, რომ წონასწორობა სხეულსა და გამოსხივებას შორის (იხ. სურ. 1) დარღვეულია და ორგანიზმი გამოყოფს უფრო მეტ ენერგიას, ვიდრე შთანთქავს. შემდეგ სხეულის შინაგანი ენერგია შემცირდება, რაც გამოიწვევს ტემპერატურის შემცირებას. ეს, თავის მხრივ, გამოიწვევს სხეულის მიერ გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობის შემცირებას. სხეულის ტემპერატურა შემცირდება მანამ, სანამ სხეულის მიერ გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობა არ გახდება შეწოვილი ენერგიის რაოდენობის ტოლი. თუ წონასწორობა ირღვევა სხვა მიმართულებით, ანუ გამოსხივებული ენერგიის რაოდენობა შეიწოვებაზე ნაკლებია, სხეულის ტემპერატურა გაიზრდება მანამ, სანამ წონასწორობა კვლავ არ დამყარდება. ამრიგად, სხეულის რადიაციული სისტემის დისბალანსი იწვევს პროცესების წარმოქმნას, რომლებიც აღადგენს წონასწორობას.
სიტუაცია განსხვავებულია ნებისმიერი სახის ლუმინესცენციის შემთხვევაში. მოდით ვაჩვენოთ ეს ქიმილუმინესცენციის მაგალითზე. სანამ ქიმიური რეაქცია, რომელიც იწვევს რადიაციას, გრძელდება, გამოსხივებული სხეული სულ უფრო და უფრო შორდება თავდაპირველ მდგომარეობას. ორგანიზმის მიერ რადიაციის შეწოვა არ შეცვლის რეაქციის მიმართულებას, პირიქით, გამოიწვევს უფრო სწრაფ (გახურების გამო) რეაქციას თავდაპირველი მიმართულებით. წონასწორობა დამყარდება მხოლოდ მაშინ, როდესაც რეაქტიული ნივთიერებების მთელი მარაგი იქნება გამოყენებული და ქიმიური პროცესების გამო ლუმინესცენცია ჩანაცვლდება თერმული გამოსხივებით.
ასე რომ, ყველა სახის გამოსხივებიდან წონასწორობაში შეიძლება იყოს მხოლოდ თერმული გამოსხივება. თერმოდინამიკის კანონები ვრცელდება წონასწორობის მდგომარეობებზე და პროცესებზე. შესაბამისად, თერმო გამოსხივებაც უნდა ემორჩილებოდეს თერმოდინამიკის პრინციპებიდან გამომდინარე ზოგიერთ ზოგად კანონს. სწორედ ამ კანონზომიერებების გათვალისწინებას მივმართავთ.
ასევე შეგიძლიათ იპოვოთ საინტერესო ინფორმაცია სამეცნიერო საძიებო სისტემაში Otvety.Online. გამოიყენეთ საძიებო ფორმა:
>> რადიაციის სახეები. სინათლის წყაროები
§ 80 გამოსხივების სახეები. სინათლის წყაროები
სინათლე არის ელექტრომაგნიტური ტალღების ნაკადი, რომლის ტალღის სიგრძეა 4 10 -7 -8 10 -7 მ. ელექტრომაგნიტური ტალღები გამოიყოფა დამუხტული ნაწილაკების აჩქარებული მოძრაობის დროს. ეს დამუხტული ნაწილაკები მატერიის შემადგენელი ატომების ნაწილია. მაგრამ, იმის ცოდნის გარეშე, როგორ არის მოწყობილი ატომი, ვერაფერს ვიტყვით სანდო გამოსხივების მექანიზმზე. მხოლოდ ნათელია, რომ ატომის შიგნით არ არის სინათლე, ისევე როგორც არ არის ხმა ფორტეპიანოს სიმებში. სიმის მსგავსად, რომელიც მხოლოდ ჩაქუჩის დარტყმის შემდეგ იწყებს ჟღერადობას, ატომებს შეუძლიათ სინათლის „დაბადება“ მხოლოდ აღგზნების შემდეგ.
იმისათვის, რომ ატომმა დაიწყოს გამოსხივება, მას სჭირდება გარკვეული რაოდენობის ენერგიის გადაცემა. გამოსხივებით ატომი კარგავს მიღებულ ენერგიას და ნივთიერების უწყვეტი ბზინვისთვის აუცილებელია მის ატომებში ენერგიის შემოდინება გარედან.
თერმული გამოსხივება.გამოსხივების უმარტივესი და ყველაზე გავრცელებული ტიპია თერმული გამოსხივება, რომლის დროსაც ატომების ენერგიის დანაკარგები სინათლის გამოსხივებისთვის კომპენსირდება გამოსხივების სხეულის ატომის (ან მოლეკულების) მიერ თერმული მოძრაობის ენერგიით. თერმული გამოსხივება არის გახურებული სხეულების გამოსხივება. რაც უფრო მაღალია თემის ტემპერატურა, მით უფრო სწრაფად მოძრაობენ მასში ატომები. როდესაც სწრაფი ატომები (ან მოლეკულები) ერთმანეთს ეჯახებიან, მათი კინეტიკური ენერგიის ნაწილი გამოიყენება ატომების აღგზნებისთვის, რომლებიც შემდეგ ასხივებენ სინათლეს და გადადიან აუგზნებულ მდგომარეობაში.
გამოსხივების თერმული წყაროებია, მაგალითად, მზე და ჩვეულებრივი ინკანდესენტური ნათურა. ნათურა არის ძალიან მოსახერხებელი, მაგრამ არაეფექტური სინათლის წყარო. ნათურის ძაფში ელექტრული დენით გამოთავისუფლებული მთელი ენერგიის მხოლოდ დაახლოებით 12% გარდაიქმნება სინათლის ენერგიად. და ბოლოს, ალი ასევე სინათლის თერმული წყაროა. ჭვარტლის მარცვლები (საწვავის ნაწილაკები, რომლებსაც დაწვის დრო არ ჰქონდათ) თბება საწვავის წვის დროს გამოთავისუფლებული ენერგიით და გამოყოფს სინათლეს.
ელექტროლუმინესცენცია. ატომებს სინათლის გამოსასხივებლად საჭირო ენერგია ასევე შეიძლება მოდიოდეს არათერმული წყაროებიდან. აირებში განმუხტვისას ელექტრული ველი ელექტრონებს დიდ კინეტიკურ ენერგიას ანიჭებს. სწრაფი ელექტრონები განიცდიან არაელასტიურ შეჯახებას ატომებთან. ელექტრონების კინეტიკური ენერგიის ნაწილი მიდის ატომების აგზნებაზე. აღგზნებული ატომები გამოყოფენ ენერგიას სინათლის ტალღების სახით. შედეგად, გაზში გამონადენს თან ახლავს ბზინვარება. ეს არის ელექტროლუმინესცენცია.
ჩრდილოეთის შუქები ასევე ელექტროლუმინესცენციის გამოვლინებაა. მზის მიერ გამოსხივებული დამუხტული ნაწილაკების ნაკადები იპყრობს მაგნიტური ველიᲓედამიწა. ისინი აღფრთოვანებენ მაგნიტური ბოძებიდედამიწის ატომები ატმოსფეროს ზედა ფენებია, რის გამოც ეს ფენები ანათებენ. ელექტროლუმინესცენციის ფენომენი გამოიყენება მილებში სარეკლამო წარწერებისთვის.
კათოდოლუმინესცენცია. ელექტრონებით მათი დაბომბვით გამოწვეული მყარი სხეულების სიკაშკაშეს კათოდოლუმინესცენცია ეწოდება. კათოდოლუმინესცენციის წყალობით, ტელევიზორის კათოდური სხივების მილების ეკრანები ანათებს.
ქიმილუმინესცენცია.ზოგიერთ ქიმიურ რეაქციაში, რომელიც თან ახლავს ენერგიის გამოყოფას, ამ ენერგიის ნაწილი პირდაპირ იხარჯება სინათლის გამოყოფაზე. სინათლის წყარო რჩება ცივი (მას აქვს გარემოს ტემპერატურა). ამ ფენომენს ქიმილუმინესცენცია ეწოდება. თითქმის ყველა თქვენგანი ალბათ იცნობთ მას. ზაფხულში ტყეში შეგიძლიათ ნახოთ მწერი - ციცინათელა ღამით. ტანზე პატარა მწვანე „ფანარი“ „იწვის“. ციცინათელას დაჭერით თითებს არ დაწვავთ. მის ზურგზე მანათობელ ლაქას თითქმის იგივე ტემპერატურა აქვს, რაც გარემო ჰაერი. ანათებენ სხვა ცოცხალ ორგანიზმებსაც: ბაქტერიებს, მწერებს, ბევრ თევზს, რომლებიც დიდ სიღრმეზე ცხოვრობენ. ხშირად, დამპალი ხის ნაჭრები ანათებს სიბნელეში.
ფოტოლუმინესცენცია.ნივთიერებაზე დაცემული სინათლე ნაწილობრივ აირეკლება და ნაწილობრივ შეიწოვება. შთანთქმის სინათლის ენერგია უმეტეს შემთხვევაში იწვევს მხოლოდ სხეულების გათბობას. თუმცა, ზოგიერთი სხეული თავად იწყებს ბრწყინავს უშუალოდ მათზე რადიაციული ინციდენტის გავლენის ქვეშ. ეს არის ფოტოლუმინესცენცია. Მსუბუქიაღაგზნებს მატერიის ატომებს (ზრდის მათ შინაგან ენერგიას) და ამის შემდეგ ისინი თავისთავად ხაზს უსვამენ. მაგალითად, მანათობელი საღებავები, რომლებიც გამოიყენება საშობაო დეკორაციების დასაფარავად, ასხივებენ შუქს მათი დასხივების შემდეგ.
ვავილოვი სერგეი ივანოვიჩი (1891 -1951)- საბჭოთა ფიზიკოსი, სახელმწიფო და საზოგადო მოღვაწესსრკ მეცნიერებათა აკადემიის პრეზიდენტი 1945-1951 წლებში. მთავარი სამეცნიერო ნაშრომებიისინი ეძღვნება ფიზიკურ ოპტიკას და, პირველ რიგში, ფოტოლუმინესცენციას. მისი ხელმძღვანელობით შემუშავდა ფლუორესცენტური ნათურების წარმოების ტექნოლოგია და შემუშავდა ნივთიერებათა ქიმიური შემადგენლობის ლუმინესცენტური ანალიზის მეთოდი. მისი ხელმძღვანელობით, P.A. Cherenkov გაიხსნა 1934 წელს სინათლის გამოსხივებაელექტრონები, რომლებიც მოძრაობენ გარემოში ამ გარემოში სინათლის სიჩქარეზე მეტი სიჩქარით.
ფოტოლუმინესცენციის დროს გამოსხივებულ შუქს, როგორც წესი, აქვს უფრო გრძელი ტალღის სიგრძე, ვიდრე სინათლე, რომელიც ამაღელვებს ბზინვარებას. ამის დაკვირვება შესაძლებელია ექსპერიმენტულად. თუ სინათლის სხივი მიმართულია ფლუორესცეინის (ორგანული საღებავი) მქონე ჭურჭლისკენ, რომელიც გადის f-ველის სინათლის ფილტრში, მაშინ ეს სითხე იწყებს ნათებას მწვანე-ყვითელი შუქით, ანუ სინათლე უფრო გრძელი ტალღის სიგრძით ვიდრე f-ველის სიგრძით. მსუბუქი.
ფოტოლუმინესცენციის ფენომენი ფართოდ გამოიყენება ფლუორესცენტურ ნათურებში. საბჭოთა ფიზიკოსმა ს.ი. ვავილოვმა შესთავაზა გამონადენი მილის შიდა ზედაპირის დაფარვა ნივთიერებებით, რომლებსაც შეუძლიათ კაშკაშა ანათება გაზის გამონადენის მოკლე ტალღის გამოსხივების მოქმედებით.
ფლუორესცენტური ნათურები დაახლოებით 3-4-ჯერ უფრო ეკონომიურია, ვიდრე ჩვეულებრივი ინკანდესენტური ნათურები.
ჩამოთვლილი ძირითადი ტიპის გამოსხივებიდან ყველაზე გავრცელებულია თერმული გამოსხივება.
1. რა სინათლის წყაროები იცით!
2. რა სახის გამოსხივებამ იმოქმედა თქვენზე გასულ დღეს!
Myakishev G. Ya., ფიზიკა. მე-11 კლასი: სახელმძღვანელო. ზოგადი განათლებისთვის ინსტიტუტები: ძირითადი და პროფილი. დონეები / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; რედ. ვ.ი.ნიკოლაევი, ნ.ა.პარფენტევა. - მე-17 გამოცემა, შესწორებული. და დამატებითი - მ.: განათლება, 2008. - 399გვ.: ავად.
კალენდარულ-თემატური დაგეგმვა ფიზიკაში, ამოცანები და პასუხები სკოლის მოსწავლისთვის ონლაინ, კურსები მასწავლებლისთვის ფიზიკაში ჩამოტვირთვა
გაკვეთილის შინაარსი გაკვეთილის შეჯამებამხარდაჭერა ჩარჩო გაკვეთილის პრეზენტაცია ამაჩქარებელი მეთოდები ინტერაქტიული ტექნოლოგიები ივარჯიშე ამოცანები და სავარჯიშოები თვითშემოწმების სემინარები, ტრენინგები, შემთხვევები, კვესტები საშინაო დავალების განხილვის კითხვები რიტორიკული კითხვებისტუდენტებისგან ილუსტრაციები აუდიო, ვიდეო კლიპები და მულტიმედიაფოტოები, სურათები გრაფიკა, ცხრილები, სქემები იუმორი, ანეგდოტები, ხუმრობები, კომიქსების იგავ-არაკები, გამონათქვამები, კროსვორდები, ციტატები დანამატები რეფერატებისტატიების ჩიპები ცნობისმოყვარე თაღლითებისთვის სახელმძღვანელოები ძირითადი და ტერმინების დამატებითი ლექსიკონი სხვა სახელმძღვანელოების და გაკვეთილების გაუმჯობესებასახელმძღვანელოში არსებული შეცდომების გასწორებასახელმძღვანელოში ფრაგმენტის განახლება გაკვეთილზე ინოვაციის ელემენტების მოძველებული ცოდნის ახლით ჩანაცვლება მხოლოდ მასწავლებლებისთვის სრულყოფილი გაკვეთილები კალენდარული გეგმაერთი წლის განმავლობაში გაიდლაინებისადისკუსიო პროგრამები ინტეგრირებული გაკვეთილები