O conjunto de frequências de ondas eletromagnéticas que estão presentes na radiação de qualquer corpo é chamado de Espectro de emissão.

Os espectros são sólido, governou e listrado.

Espectro Contínuo dê todas as substâncias que estão no estado sólido ou líquido. O espectro contínuo contém ondas de todas as frequências de luz visível e, portanto, parece uma faixa colorida com uma transição suave de uma cor para outra nesta ordem: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta ("Todo caçador quer sabe onde fica o faisão").

Espectro de Linha dá todas as substâncias no estado atômico gasoso. Átomos isolados de todas as substâncias irradiam conjuntos de ondas de frequências bem definidas, peculiares apenas a eles. Assim como cada pessoa tem suas impressões digitais pessoais, o átomo de uma determinada substância tem seu próprio espectro, característico apenas para ela. Os espectros de emissão de linha parecem linhas coloridas separadas por lacunas. A natureza dos espectros de linha é explicada pelo fato de que os átomos de uma determinada substância têm apenas seus próprios estados estacionários com sua própria energia característica e, consequentemente, seu próprio conjunto de pares de níveis de energia que um átomo pode mudar, ou seja, um elétron em um átomo só pode ser transferido de uma órbita específica para outra órbita bem definida para um determinado produto químico.

Espectro Listrado são criados por moléculas que não estão ligadas ou fracamente ligadas umas às outras. Os espectros listrados parecem espectros de linha, só que em vez de linhas individuais, são observadas séries separadas de linhas, percebidas como bandas separadas separadas por lacunas escuras.

É característico que o espectro emitido por esses átomos, o mesmo seja absorvido, ou seja, os espectros de emissão em termos do conjunto de frequências emitidas coincidem com os espectros de absorção. Como os átomos de diferentes substâncias correspondem a espectros peculiares apenas a eles, existe uma maneira de determinar a composição química de uma substância estudando seus espectros. Este método é chamado análise espectral. A análise espectral é usada para determinar a composição química dos minérios durante a mineração, para determinar a composição química das atmosferas planetárias; é o principal método para monitorar a composição de uma substância em metalurgia e engenharia mecânica.

A chama emite luz. O vidro absorve os raios ultravioleta. Frases comuns, conceitos familiares. No entanto, aqui os termos "irradiar", "absorver" descrevem apenas externamente, de fácil observação, a física desses processos está diretamente relacionada à estrutura dos átomos e moléculas da matéria.

Um átomo é um sistema quântico, sua energia interna é basicamente a energia da interação dos elétrons com o núcleo; essa energia, de acordo com as leis quânticas, só pode ter valores bastante definidos para o quantum e o estado dos átomos. Assim, a energia de um átomo não pode mudar continuamente, mas apenas em saltos - em porções iguais à diferença de quaisquer dois valores de energia permitidos.

Um sistema quântico (átomo, molécula), recebendo uma porção de energia de fora, é excitado, ou seja, move-se de um nível de energia para outro mais alto. O sistema não pode permanecer em um estado excitado por um tempo arbitrariamente longo; em algum ponto, ocorre uma transição reversa espontânea (espontânea) com a liberação da mesma energia. As transições quânticas podem ser radiativo e não radiativo. No primeiro caso, a energia é absorvida ou emitida na forma de uma porção de radiação eletromagnética, cuja frequência é estritamente determinada pela diferença de energia entre os níveis entre os quais ocorre a transição. No caso de transições não radiativas, o sistema recebe ou libera energia ao interagir com outros sistemas (átomos, moléculas, elétrons).A presença desses dois tipos de transições é explicada por efeito optoacústico de Beinger.

Quando um gás em um volume fechado é irradiado, modulado por um fluxo de radiação infravermelha, ocorrem pulsações de pressão no gás (cerca de efeito ótico-acústico). Seu mecanismo é bastante simples; absorção de radiação infravermelha ocorre com a excitação de moléculas de gás, enquanto a transição reversa ocorre de forma não radiativa, ou seja, a energia de excitação das moléculas é convertida em sua energia cinética, o que causa uma mudança na pressão.

As características quantitativas do efeito são muito sensíveis à composição da mistura gasosa. O uso do efeito óptico-acústico para análise é caracterizado pela simplicidade e confiabilidade, alta seletividade e ampla faixa de concentrações de componentes.

O indicador opto-acústico é um receptor de energia radiante não seletivo projetado para análise de gás. O fluxo radiante modulado através da janela de fluorita entra na câmara com o gás em estudo. Sob a ação do fluxo, a pressão do gás na membrana do microfone muda, como resultado do aparecimento de sinais elétricos no circuito do microfone, dependendo da composição do gás.

O efeito opto-acústico é usado na medição do tempo de vida de excitação de moléculas, em vários trabalhos sobre a determinação de umidade e fluxos de radiação. Observe que o efeito óptico-acústico também é possível em líquidos e sólidos.

Os átomos de cada substância possuem sua própria estrutura de nível de energia inerente apenas a eles e, consequentemente, a estrutura de transições de impulso que podem ser registradas por métodos ópticos (por exemplo, fotograficamente). Esta circunstância está subjacente à análise espectral. Como as moléculas também são sistemas puramente quânticos, cada substância (uma coleção de átomos ou moléculas) emite e absorve apenas quanta de certas energias ou radiação eletromagnética de certos comprimentos de onda). A intensidade de certas linhas espectrais é proporcional ao número de átomos (moléculas) que emitem (ou absorvem) luz. Essa razão forma a base da análise espectral quantitativa.

Exemplo de aplicação de análise espectral:

A concentração de gases conhecidos na mistura é medida pela transmissão de radiação de uma fonte de laser com um determinado comprimento de onda. Cada um dos gases contidos na mistura, cuja concentração é conhecida, é irradiado preliminarmente com radiações monocromáticas com diferentes comprimentos de onda, e o coeficiente de absorção de cada gás é determinado para cada comprimento de onda. Então, nesses comprimentos de onda, a absorção da mistura de teste é alterada e, usando os valores do coeficiente de absorção obtidos, determina-se a concentração de cada gás na mistura. Ao medir com radiação contendo mais comprimentos de onda do que os componentes na mistura gasosa, a presença de gases desconhecidos pode ser detectada.

Para átomos e moléculas, os espectros de emissão serão de linha e listrado, respectivamente, e o mesmo para espectros de absorção. Para obter um espectro contínuo, é necessária a presença de um plasma, ou seja, estado ionizado da matéria. Durante a ionização, os elétrons estão fora do átomo ou molécula e, portanto, podem ter qualquer energia em constante mudança. Quando estes elétrons e íons são recomendados, obtém-se um espectro contínuo em que todos os comprimentos de onda estão presentes.

Excitação(aumento da energia interna) ou ionização de átomos ocorrem sob a influência de várias causas; em particular, a energia para estes processos pode ser obtida por aquecimento de corpos. Quanto maior a temperatura, maior a energia de excitação e as ondas cada vez mais curtas (quanta com maior energia) o corpo aquecido irradia. Portanto, com o aquecimento gradual, aparece primeiro a radiação infravermelha (ondas longas), depois a vermelha, à qual se somam laranja, amarelo, etc. com o aumento da temperatura; eventualmente recebe luz.Aquecimento adicional leva ao aparecimento de um componente ultravioleta.

Exemplos de aplicação:

Um dispositivo para medição contínua da temperatura de um banho de metal líquido contém uma haste feita de um material translúcido com alta temperatura e resistência à corrosão. A vareta atravessa a parede do tanque e no interior deste último é embutida uma massa de óxido isento de álcalis com alto ponto de fusão, como o óxido de zircônio. A extremidade da haste, localizada no tanque, serve como pirômetro de cores.

Transições radiativas e não radiativas no infravermelho. áreas são frequentemente usadas para processos e resfriamento:

Ferramenta de formação de vidro composta por um corpo metálico revestido, caracterizada por, para fins de completude e melhoria da qualidade dos produtos, o revestimento ser feito em duas camadas, sendo a camada intermediária feita de um material que absorve a região do infravermelho próximo , por exemplo, grafite, e a camada externa é feita de um material que é transparente nas regiões espectrais de ezhe., por exemplo, à base de alumina policristalina transparente;

Um método para medir a condutividade térmica de sólidos, incluindo a retenção isotérmica de seu resfriamento a uma temperatura ambiente constante e o registro de mudanças de temperatura, caracterizado pelo fato de que, para medir materiais parcialmente transparentes, a amostra na fase de absorção é colocada em um espaço de vácuo e a energia emitida pela superfície da amostra na faixa espectral é medida.áreas de forte absorção.

As transições quânticas radiativas podem ocorrer não apenas espontaneamente, mas também forçadas sob a ação da radiação externa, cuja frequência é consistente com a energia dessa transição. A emissão de quanta de luz por átomos e moléculas de uma substância sob a ação de um campo eletromagnético externo (radiação) é chamada de forçado ou emissão induzida.

Uma diferença essencial entre a emissão estimulada é que ela é uma cópia exata da emissão forçada. Todas as características coincidem - frequência, polarização, direção de propagação e fase. Por isso, a emissão estimulada pode, em certas circunstâncias, levar à amplificação da radiação externa que passou pela substância, ao invés de sua absorção. Portanto, a emissão estimulada é chamada de absorção negativa.

Para que ocorra a emissão estimulada, é necessária a presença de átomos excitados na substância, ou seja, átomos em níveis de energia mais elevados. Normalmente, a fração desses átomos é pequena. Para amplificar a radiação que passa por ele, é necessário que a fração de átomos excitados seja grande, de modo que os níveis de maior energia sejam "povoados" com partículas mais densas do que os níveis mais baixos. Esse estado da matéria é chamado estado com inversão populacional.

Descoberta pelos físicos soviéticos Fabrikant, Vudynsky e Butaeva fenômenos de amplificação de ondas eletromagnéticas ao passar por um meio com inversão populacional foi fundamental no desenvolvimento geradores quânticos ópticos (lasers) a maior invenção do século.

Uma haste de matéria com uma inversão populacional criada artificialmente, colocada entre dois espelhos, um dos quais é translúcido - este é o diagrama esquemático do laser mais simples.

Um ressonador óptico de dois espelhos é necessário para gerar feedback: parte da radiação retorna ao corpo de trabalho, induzindo uma nova avalanche de fótons. A radiação laser é monocromática e coerente devido às propriedades da radiação estimulada.

Os campos de aplicação dos lasers são determinados pelas principais características de sua radiação, como coerência, monocromaticidade, alta concentração de energia no feixe e sua baixa divergência. Além dos campos já tradicionais de aplicação dos lasers, como o processamento de materiais superduros e refratários, comunicação a laser e medicina loya e a produção de plasma de alta temperatura, novas áreas interessantes de seu uso começaram a ser identificadas.

Os lasers de corante desenvolvidos recentemente são extremamente promissores, ao contrário dos convencionais, que permitem alterar suavemente a frequência de radiação em uma ampla faixa do infravermelho ao ultravioleta. Assim, por exemplo, deve-se romper com um feixe de laser, ou vice-versa, para criar ligações estritamente definidas.

O trabalho está em andamento para separar isótopos usando lasers ajustáveis. Ao alterar a frequência dos lasers, eles o sintonizam em ressonância com uma certa transição quântica de um dos isótopos e, assim, transferem o isótopo para um estado excitado no qual ele pode ser ionizado e, usando reações elétricas, separado de outros isótopos.

E aqui está um uso puramente inventivo de um laser como sensor de pressão:

Dispositivo para medição de pressão com saída de frequência, contendo um elemento elástico sensível preenchido com gás e conectado através de um separador ao meio medido, e um frequencímetro, caracterizado por, para melhorar a precisão das medições, utilizar um ressonador célula de um gerador quântico de gás como um elemento elástico sensível.

Em conclusão, deve-se notar que os lasers são a principal ferramenta de pesquisa em um novo campo da física - óptica não linear, que deve sua própria aparência aos poderosos lasers

A teoria de Bohr tornou possível explicar a existência de espectros de linha.

O espectro de emissão (ou absorção) é um conjunto de ondas de determinadas frequências que um átomo de uma determinada substância emite (ou absorve).

Os espectros são sólidos, lineares e listrados.

Os espectros contínuos emitem todas as substâncias que estão no estado sólido ou líquido. O espectro contínuo contém ondas de todas as frequências de luz visível e, portanto, parece uma faixa colorida com uma transição suave de uma cor para outra nesta ordem: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e roxo (todo caçador quer saber onde está o faisão está sentado).

Os espectros de linha emitem todas as substâncias no estado atômico. Átomos de todas as substâncias irradiam conjuntos de ondas de frequências bem definidas, peculiares apenas a eles. Assim como cada pessoa tem suas próprias impressões digitais, o átomo de uma dada substância tem seu próprio espectro característico apenas para ela. Os espectros de emissão de linha parecem linhas coloridas separadas por lacunas. A natureza dos espectros de linha é explicada pelo fato de que os átomos de uma determinada substância têm apenas seus próprios estados estacionários com sua própria energia característica e, consequentemente, seu próprio conjunto de pares de níveis de energia que um átomo pode mudar, ou seja, um elétron em um átomo só pode ser transferido de uma órbita específica para outra órbita bem definida para um determinado produto químico.

Os espectros listrados são emitidos por moléculas. Os espectros listrados parecem espectros de linha, só que em vez de linhas individuais, são observadas séries separadas de linhas, percebidas como bandas separadas. É característico que qualquer espectro emitido por esses átomos seja o mesmo absorvido, ou seja, os espectros de emissão coincidem com os espectros de absorção em termos do conjunto de frequências emitidas. Como os átomos de diferentes substâncias correspondem a espectros peculiares apenas a eles, existe uma maneira de determinar a composição química de uma substância estudando seus espectros. Este método é chamado de análise espectral. A análise espectral é usada para determinar a composição química de minérios fósseis durante a mineração, para determinar a composição química de estrelas, atmosferas, planetas; é o principal método para monitorar a composição de uma substância em metalurgia e engenharia mecânica.
№2 Trabalho de laboratório."Medição de EMF e resistência interna de uma fonte de corrente usando um amperímetro e um voltímetro".

O objetivo do trabalho: medir a EMF e a resistência interna de uma fonte de corrente usando um amperímetro e um voltímetro.

Equipamento necessário: fonte de corrente, amperímetro, voltímetro, reostato, chave, fios de ligação.

Bilhete 24. Efeito fotoelétrico e suas leis. A equação de Einstein para o efeito fotoelétrico e a constante de Planck. Aplicação do efeito fotoelétrico na tecnologia.

Em 1900, o físico alemão Max Planck levantou a hipótese de que a luz é emitida e absorvida em porções separadas - quanta (ou fótons). A energia de cada fóton é determinada pela fórmula E = hv, onde h é a constante de Planck igual a , v é a frequência da luz. A hipótese de Planck explicava muitos fenômenos: em particular, o fenômeno do efeito fotoelétrico, descoberto em 1887 pelo cientista alemão Heinrich Hertz e estudado experimentalmente pelo cientista russo A. G. Stoletov. O efeito fotoelétrico é o fenômeno da emissão de elétrons por uma substância sob a influência da luz.
Como resultado da pesquisa, foram estabelecidas três leis do efeito fotoelétrico.
1. A intensidade da corrente de saturação é diretamente proporcional à intensidade da radiação luminosa incidente na superfície do corpo.
2. A energia cinética máxima dos fotoelétrons aumenta linearmente com a frequência da luz e depende de sua intensidade.
3. Se a frequência da luz for inferior a uma determinada frequência mínima definida para uma determinada substância, o efeito fotoelétrico não ocorre.
A dependência da fotocorrente na tensão é mostrada na Figura 51.

A teoria do efeito fotoelétrico foi criada pelo cientista alemão A. Einstein em 1905. A teoria de Einstein é baseada no conceito da função trabalho dos elétrons de um metal e no conceito de emissão de luz quântica. Segundo a teoria de Einstein, o efeito fotoelétrico tem a seguinte explicação: ao absorver um quantum de luz, um elétron adquire energia. Ao sair do metal, a energia de cada elétron diminui em uma certa quantidade, o que é chamado de função trabalho (Avy). A função trabalho é o trabalho necessário para remover um elétron de um metal. Energia máxima

elétrons após a fuga (se não houver outras perdas) tem a forma: . Essa equação é chamada de equação de Einstein.

Dispositivos baseados no princípio de funcionamento do qual é o fenômeno do efeito fotoelétrico são chamados de fotocélulas. O dispositivo mais simples é uma fotocélula a vácuo. As desvantagens de tal fotocélula são: baixa corrente, baixa sensibilidade à radiação de ondas longas, dificuldade de fabricação, impossibilidade de uso em circuitos CA. É utilizado em fotometria para medição de intensidade luminosa, brilho, iluminação, em cinema para reprodução de som, em fototelégrafos e fototelefones, na gestão de processos de produção.
Existem fotocélulas semicondutoras nas quais, sob a influência da luz, a concentração de portadores de corrente muda. Eles são usados ​​no controle automático de circuitos elétricos (por exemplo, em catracas de metrô), em circuitos de corrente alternada, como fontes de corrente não renováveis ​​em relógios, microcalculadoras, os primeiros carros solares estão sendo testados, são usados ​​em baterias solares em satélites artificiais da Terra, estações automáticas interplanetárias e orbitais.
O fenômeno do efeito fotoelétrico está associado a processos fotoquímicos que ocorrem sob a ação da luz em materiais fotográficos.
№2 Uma tarefa aplicar a lei da conservação da quantidade de movimento.

Uma locomotiva a diesel com massa de 130 toneladas aproxima-se de um trem estacionário com massa de 1170 toneladas a uma velocidade de 2 m/s. A que velocidade o trem se moverá após o acoplamento com uma locomotiva a diesel?

Experimentos de Rutherford sobre a dispersão de partículas alfa.Modelo nuclear do átomo.

Sabe-se que a palavra "átomo" em grego significa "indivisível". O físico inglês J. Thomson desenvolveu (no final do século XIX) o primeiro "modelo do átomo", segundo o qual o átomo é uma esfera carregada positivamente, dentro da qual flutuavam elétrons. O modelo proposto por Thomson precisava de verificação experimental, pois os fenômenos da radioatividade e do efeito fotoelétrico não podiam ser explicados pelo modelo do átomo de Thomson. Portanto, em 1911, Ernest Rutherford realizou uma série de experimentos para estudar a composição e estrutura dos átomos. Nestes experimentos, um feixe estreito uma -partículas emitidas por uma substância radioativa foram direcionadas para uma fina folha de ouro. Atrás dele foi colocada uma tela capaz de brilhar sob o impacto de partículas rápidas. Foi constatado que a maioria uma - as partículas desviam-se da propagação retilínea após passarem pela folha, ou seja, são espalhadas, e algumas uma -partículas são descartadas por 180 0 .

Trajetórias uma- partículas voando a diferentes distâncias do núcleo

lasers

Com base na teoria quântica da radiação, foram construídos geradores quânticos de ondas de rádio e geradores quânticos de luz visível - lasers. Os lasers produzem radiação coerente de potência muito alta. A radiação laser é muito utilizada em vários campos da ciência e tecnologia, por exemplo, para comunicação no espaço, para registro e armazenamento de informações (discos de laser) e soldagem, e na medicina.

Emissão e absorção de luz pelos átomos

De acordo com os postulados de Bohr, um elétron pode estar em várias órbitas definidas. Cada órbita de um elétron corresponde a uma certa energia. Quando um elétron se move de uma órbita próxima para uma órbita distante, o sistema atômico absorve um quantum de energia. Ao passar de uma órbita mais distante de um elétron para uma órbita mais próxima em relação ao núcleo, o sistema atômico emite um quantum de energia.

Espectro

A teoria de Bohr tornou possível explicar a existência de espectros de linha.
A fórmula (1) dá uma ideia qualitativa de por que os espectros de emissão e absorção atômica são semelhantes a linhas. De fato, um átomo só pode emitir ondas daquelas frequências que correspondem às diferenças nos valores de energia E 1 , E 2 , . . . , En ,. . É por isso que o espectro de radiação dos átomos consiste em linhas brilhantes localizadas separadamente. Ao mesmo tempo, um átomo pode absorver não qualquer fóton, mas apenas aquele com energia hν que é exatamente igual à diferença E n − E k alguns dois valores de energia permitidos E n e E k. Movendo-se para um estado de maior energia E n, os átomos absorvem exatamente os mesmos fótons que são capazes de emitir durante a transição reversa para o estado inicial E k. Simplificando, os átomos retiram do espectro contínuo aquelas linhas que eles próprios emitem; é por isso que as linhas escuras do espectro de absorção de um gás atômico frio estão exatamente naqueles lugares onde estão localizadas as linhas brilhantes do espectro de emissão do mesmo gás em estado aquecido.

espectro contínuo

Espectro- a distribuição da energia emitida ou absorvida por uma substância, de acordo com frequências ou comprimentos de onda.

Se um prisma é colocado no caminho de um feixe de luz solar que penetra através de uma fenda retangular longa e estreita, na tela veremos não a imagem da fenda, mas uma faixa colorida esticada com uma transição gradual de cores de vermelho para violeta - o espectro. Este fenômeno foi observado por Newton. Isso significa que a composição da luz solar inclui ondas eletromagnéticas de várias frequências. Esse espectro é chamado sólido.

Se a luz passar por um prisma, que é emitido por um gás aquecido, o espectro parecerá linhas coloridas separadas em um fundo preto. Esse espectro é chamado espectro de emissão de linha. Isso significa que o gás aquecido emite ondas eletromagnéticas com um determinado conjunto de frequências. Além disso, cada elemento químico emite um espectro característico que é diferente dos espectros de outros elementos.

Se a luz passar por um gás, aparecerão linhas escuras - espectro de absorção de linha.

Análise espectral- um método para determinar a composição qualitativa e quantitativa de uma substância, com base na obtenção e estudo dos seus espectros.

Regularidades de radiação de átomos

A emissão de luz ocorre quando um elétron em um átomo passa do nível de energia mais alto E k para um dos níveis de energia mais baixos E n (k > n). O átomo neste caso emite um fóton com energia

A absorção da luz é o processo inverso. Um átomo absorve um fóton, passa de um estado inferior k para um estado superior n (n > k). Neste caso, o átomo absorve um fóton com energia