Излучения и спектры

1.

Излучения и спектры.

2.

Виды излучения
Тепловое излучение
Люминесценция
Катодолюминесценция
Хемилюминесценция
Рентгенолюминесценция
Фотолюминесценция
Электролюминесценция
Радиолюминесценция
Сонолюминесценция
Биолюминесценция

3. Излучения:

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение,
испускаемое нагретыми телами за счет преобразования энергии
хаотического, теплового движения атомов (молекул) тела в
энергию излучения и свойственно всем телам при температуре
выше О К
Тепловые источники: Солнце, пламя, лампа накаливания…
Характеристики теплового излучения (интенсивность,
спектральный состав) зависят от температуры излучающего
вещества.
Тепловое излучение состоит из электромагнитных волн разных
частот.
Нагретое тело не только испускает энергию, но и поглощает ее!

4. Излучения:

Люминесценция — нетепловое свечение вещества,
происходящее после поглощения им энергии возбуждения.
Люминесцировать тело может при любой температуре!
Люминофоры – это вещества, способные превращать
поглощаемую ими энергию в люминесцентное свечение.

5. Виды люминесценции:

Фотолюминесценция – возникает при возбуждении атомов вещества
светом (ультрафиолетовые лучи и коротковолновая часть видимого света).
Рентгенолюминесценция – возникает при возбуждении атомов
рентгеновским и γ-излучением (экраны рентгеновских аппаратов,
индикаторы радиации).
Катодолюминесценция – возникает при возбуждении атомов
ускоренными электронами (кинескопы, экраны осциллографов,
мониторов).
Радиолюминесценция – возникает при возбуждении атомов продуктами
радиоактивного распада.
Электролюминесценция – возникает при возбуждении атомов под
действием электрического поля (возбуждение молекул газа электрическим
разрядом –газоразрядные лампы).
Хемилюминесценция – возникает при возбуждении молекул в процессе
химических реакций.
Биолюминесценция – возникает в биологических объектах в результате
определенных биохимических процессов.
Сонолюминесценция – возникает под действием ультразвука.

6.

Спектр – это понятие введено И.Ньютоном в XVII в. Обозначает
совокупность всех значений какой либо физической величины.
Электромагнитный спектр — это распределение
интенсивности электромагнитного излучения по
частотам или по длинам волн.
Атомные спектры – это набор длин волн (или частот)
электромагнитного излучения, которые может испускать
атом.
Атомные спектры обладают выраженной индивидуальностью:
каждому элементу соответствует свой спектр нейтрального
атома.
Различают атомные спектры излучения и спектры
поглощения

7. Спектральные аппараты:

Спектрограф – прибор, который раскладывает свет
в спектр.
Спектроскоп – прибор для наблюдения
спектра.(вместо второй линзы – зрительная труба)
L1- cобирающая линза и узкая щель;
Р – призма;
L2 - линза и матовое стекло.
коллиматор
Kкр
L1
Кф
P
L2

8. Типы спектров излучения:

СПЛОШНОЙ
(непрерывный)
ЛИНЕЙЧАТЫЙ
Спектр состоит из
ПОЛОСАТЫЙ
Спектр состоит из
отдельных спектральных
отдельных полос,
линий различной яркости,
разделённых темными
соответствующих
промежутками, похож на
отдельным значениям длин, линейчатый, но каждая
разделённых широкими
полоса состоит из
тёмными полосами.
очень тесно
Дают все вещества в
расположенных линий,
газообразном атомарном
разделённых
состоянии.
промежутками.
Каждый атом излучает
Дают газы в
набор электромагнитных
молекулярном
волн определенных частот.
состоянии, свечение
Поэтому каждый
химический элемент имеет
паров или газового
свой спектр
разряда.

9.

Спектры поглощения
• Если пропускать белый свет сквозь холодный
неизлучающий газ, то на фоне непрерывного
спектра источника появятся темные линии
(спектральные линии поглощения);
• Газ поглощает наиболее интенсивно свет тех длин
волн, которые он испускает в сильно нагретом
состоянии.

10. Спектры поглощения:

Спектры поглощения получают, пропуская свет от источника.
дающего сплошной спектр, через вещество, атомы которого
находятся в невозбужденном, состоянии.
• Спектр поглощения — это совокупность частот,
поглощаемых данным веществом.
• Закон Кирхгофа: вещество поглощает те линии
спектра, которые испускает, являясь источником света.

11. Спектры излучения тел, нагретых до разных температур:

Законом смещения Вина:
λmax∙Т =b
где λmax - длина волны, которой
соответствует максимум в
распределении энергии,
b=2,9∙10-3м∙К – постоянная Вина.
Данный закон выполняется не
только для оптического, но и для
любого другого диапазона
электромагнитного излучения.
- при тепловом излучении внутренняя энергия теплового движения
атомов и молекул тела переходит в энергию испускаемых э/м волн.
- при поглощении света происходит обратный процесс перехода
электромагнитной энергии во внутреннюю энергию тела.

12. Распределение энергии в спектре:

Энергия от источника распределяется по длинам волн или частотам,
входящим в состав светового пучка.
Спектральная плотность интенсивности [I(v)] – это физическая
величина, характеризующая распределение энергии в спектре по
длинам волн, т.е. интенсивность, приходящаяся на единичный
интервал частот.
Интенсивность в видимой части спектра уменьшается с увеличением
Для теоретического рассмотрения законов излучения используется
частоты.
модель абсолютно чёрного тела.
Абсолютно чёрное тело – это тело
полностью поглощающее э/м волны
любой длины и, соответственно,
излучающее все длины волн.

13.

Спектральный анализ
Спектральный анализ – метод определения качественного и
количественного химического состава вещества спектру.
• По интенсивности полос определяют содержание
отдельных элементов (количественный анализ)
• Интенсивность излучения зависит от количества
излучающих атомов, поэтому по наличию и положению
полос делают вывод о составе вещества (качественный
анализ).
• Атомы каждого элемента испускают
излучение определенных длин волн
(линейчатый спектр), что позволяет
определить, какие элементы входят в
состав анализируемого вещества.

14. Применение спектрального анализа:

Спектры звезд
• Исследование спектров испускания и
поглощения позволяет установить
качественный состав вещества.
Количественное содержание элемента в
соединении определяется путем измерения
яркости спектральных линий.
• Зная длины волн, испускаемых различными
парами, можно установить наличие тех или
иных элементов в веществе.
• Благодаря спектральному анализу открыто
25 элементов.
• В 1868 году в спектре Солнца были
обнаружены линии неизвестного элемента,
названного гелием (греч. helios «Солнце»).
Через 27 лет небольшое количество этого
газа обнаружилось и в земной атмосфере.
Сегодня известно, что гелий – второй по
распространенности элемент во Вселенной.

15. Задание:

На рисунке изображены спектры излучения водорода (1),
гелия (2) и натрия (3). Какие из этих элементов содержатся в
смеси веществ (4)?

16. Задача:

Черное тело имеет температуру 500 К. Какова будет температура
тела, если в результате нагревания поток излучения увеличится в n=
5 раз?
Дано:
Т1 =500 К
n=5
Найти:
Т2 - ?

17.

18. Домашнее задание: записать конспект: «Шкала электромагнитных излучений»

Низкочастотные колебания.
Постоянный ток – частота ν = 0 – 10 Гц.
Атмосферные помехи и переменный ток – частота ν = 10 – 104 Гц
Радиоволны.
ν =104 – 1011 Гц; λ = 10-3 – 103 м
источник: колебательный контур.
свойства: зависят от частоты и длины волны.
- поглощаются и отражаются средами,
- проявляют свойства дифракции и интерференции.
применение: радиосвязь, телевидение, радиолокация.

19.

Инфракрасное излучение
источник: колебание и вращение молекул вещества, поэтому
инфракрасные ЭМВ излучают нагретые тела, молекулы которых
движутся особенно интенсивно.
- примерно 50% энергии Солнца излучается в инфракрасном диапазоне;
- человек создает ИК-излучение в диапазоне от 5 до 10 мкм(эту длину волны
улавливают змеи, имеющие приемник теплового излучения и охотящиеся по ночам).
свойства:
- проходит через непрозрачные тела (дождь, снег, туман);
- оказывает химическое действие на плёнку;
- поглощается веществом, нагревая его;
- невидимо;
- подвержено дифракции, интерференции.
применение:
приборы ночного и теплового видения,
тепловизоры, диагностика кожных заболеваний,
криминалистика, промышленная сушка.

20.

Ультрафиолетовое излучение
источник: валентные электроны атомов и молекул, ускоренно
движущиеся свободные заряды (газоразрядные и кварцевые лампы).
- На долю которого приходится около 9% всей энергии излучения Солнца.
свойства:
- ионизирует газы верхних слоев земной атмосферы, что
приводит к образованию ионосферы;
- невидимо для человека, но его видят некоторые
животные (голубь ориентируется по солнцу в пасмурную погоду);
- в малых дозах оказывает благотворное влияние на
организм человека, активизируя синтез витамина Д;
- большая доза вызывает ожоги кожи и раковые
новообразования (в 80% случаев излечимые);
- высокая химическая активность

21.

Рентгеновское излучение
Открыты в 1895 году
источник: торможение быстрых электронов в веществе и при
переходах электронов с внешних электронных оболочек атома на
внутренние
[рентгеновская трубка, некоторые радиоактивные изотопы, ускорители и
накопители электронов (синхротронное излучение), галактические источники
(нейтронные звезды и, возможно, черные дыры, шаровые звездные скопления),
внегалактические источники (квазары, отдельные галактики и их скопления)].
свойства:
- не видимо;
- большая проникающая способность;
- вызывает ионизацию в веществе, через которое проходит;
- интерференция;
- дифракция;
- оказывает негативное воздействие на живые клетки.
Применение: рентгеноструктурный анализ, медицина,
рентгенография материалов, астрономия, рентгендефектоскопия.

22.

Видимое излучение.
- это часть электромагнитного излучения, воспринимаемая глазом (от
красного до фиолетового цвета), с частотой ν =4·1014 – 8·1014 Гц и
длиной волны λ = 8·10-7 – 4·10-7 м .
свойства:
- отражается,
- преломляется,
- воздействует на глаз,
- способно к явлениям дисперсии, интерференции, дифракции.
Гамма – излучение (γ – излучение):
ν =3·1020 Гц и выше; λ =3,3·10-11 м
источники: атомное ядро (ядерные реакции).
свойства:
- имеет огромную проникающую способность.
- оказывает сильное биологическое воздействие.
применение: медицина, в производстве (γ – дефектоскопия).

23.

Домашнее задание:
1. Какое количество энергии излучает 1 см2 затвердевающего свинца в 1с
отношение энергетических светимостей поверхностей свинца и абсолютно
черного тела для этой температуры считать равным 0,6. Температура поверхности
t = 3270С.
2. В каких областях спектра лежат длины волн, соответствующие максимуму
спектральной плотности энергетической светимости, если источником света
служит:
1) спираль электрической лампочки (Т = 3000К);
2) поверхность Солнца (Т = 6000К);
3) атомная бомба в момент взрыва (Т = 107К)? Излучение считать близким к
излучению абсолютно черного тела.