Iluminis spinduliavimas

Kūnai spinduliuoja elektromagnetines bangas. Šį spinduliavimą sąlygoja temperatūra, cheminės reakcijos, reiškiniai vykstantys tekant elektros srovei, bombarduojant medžiagas elektronais, vykstant šviesos bangų sugerčiai. Visi suminėti spinduliavimai atatinkamai vadinami šiluminis spinduliavimas, chemiliuminescencija, elektroliuminescencija, katodinė liuminescencija, fotoliuminescencija.

Šiluminis spinduliavimas yra pusiausvyrinis procesas. Priklausomai nuo temperatūros, kūnai gali spinduliuoti įvairaus ilgio elektromagnetines bangas. Kad kūnas spinduliuotų ir nekistų temperatūra, spinduliavimo energija turėtų būti lygi sugerties energijai.

Energijos srautą, kurį spinduliuoja vienetinis kūno ploto vienetas, aprėžtas erdviniu 2 kampu, vadinamas energetiniu kūno švytėjimu ( R ). Kūnas spinduliuoja visą spektrą, o bangų ilgių () arba dažnių ().

Tai

,

čia r – spinduliavimo geba ir ji yra r(T)rT temperatūros funkcija.

,

tai (čia (-) nieko nereiškia koordinaliai, o tik parodo, kad didėjant  dydis  mažėja, arba atvirkščiai). Kitas parametras, nusakantis spinduliavimą yra sugerties geba ; čia – yra energijos srautas sugeriamas elementariuoju kūno paviršiau plotu, – krentantis į šį plotą energijos srautas. Beje,



šią lygybę nustatė Kirchhofas ir ji vadinama Kirchhofo dėsniu. Jis formuluojamas taip: santykis tarp spinduliavimo ir sugerties gebų nepriklauso nuo kūnų prigimties, tačiau . Kai , toks kūnas vadinamas absoliučiai juodas kūnas. Absoliučiai juodų kūnų gamtoje nėra, tačiau galima sukonstruoti įrenginį su . Tai atrodo taip:

Eksperimentiškai bei teoriškai Stefonas (1879), Bolcmanas (1884) nustatė, kad absoliučiai juodojo kūno

, (1)

čia 5,710-8 W/m2K4 (Stefano-Bolcmano konstanta).

Formulė yra tiesioginis Stefano-Bolcmano dėsnio traktavimas. Vinas (1893) parodo, kad spektrinio pasiskirstymo f-cija

, (2)

ir

. (3)

Lygtis (3) rodo sąryšį tarp bangos ilgio, kuriam tenka (,T) maksimumas ir temperatūros. Paprasčiausiu atveju Tmaxb (Vino poslinkio dėsnis) b2,9010-3 mK.

Žemėjant temperatūrai, max slenka į ilgųjų bangų pusę. Relėjus ir Džinsas vėliau parodė, kad

ir tai neprieštarauja Vino (2) išraiškai. Beje, sutinkamai su Relėjumi ir Džinsu sektų, kad pusiausvyrinis spinduliavimo energijos tankis

,

čia k-Bolcmano konstanta (k1,3810-23 J/K). 1900 m. Plankui u(,T) pavyko rasti konstantos tikslumu. Čia jis padarė prielaidą, kad spinduliavimas vyksta kvantais su energija .

Pagrindiniai atomo fizikos dėsningumai ir jų sąryšiai

Medžiagos atomą sudaro branduolys ir aplink branduolį apskritiminėmis orbitomis juda elektronai. Šios orbitos nėra panašios į Saulės sistemos planetų judėjimo trajektorijas. Elektroninės orbitos yra geometrinė vieta taškų, kuriose galima tikėtis aptikti elektroną. Orbitos radiusas – tai atstumas nuo atomo branduolio, kuriame su max tikimybe gali būti elektronas. Sutinkamai su kvantine teorija, medžiagos atomai sugeria ir išspinduliuoja energiją kvantais. Tai 1913 m. traktavo Nilsas Boras. Jo idėjos pateikiamos trim postulatais:

1-asis postulatas vadinamas stacionariųjų būsenų taisyklė. Visų medžiagų atomai gali būti ypatingose stacionariose būsenose ir kiekviena būsena yra nusakoma energija 1, 2,…, n. Šios energinės būsenos yra leistinos. Tarpinės būsenos tarp energijų 1 ir 2, 3 ir 4 ir t.t. yra draustinės.

2-asis postulatas vadinamas orbitų kvantavimo taisyklė. Elektronai apie branduolius juda stacionariomis orbitomis, kurių judėjimo kiekio mV ir orbitos ilgio sandauga (n yra sveikas skaičius (n0) vadinamas kvantiniu skaičiumi).

3-asis postulatas vadinamas dažnių taisyklė. Visų medžiagų atomai spinduliuoja ir sugeria energiją kvantais (fotonais) pereinant jiems iš vienos stacionarios į kitą būseną

.

Boro teorija leidžia gana tiksliai nustatyti orbitų spindulius ir elektronų energiją, kurie juda branduolio elektriniame lauke, kurio krūvis ze. Kai z1, turime H atomą, o jo pirmosios orbitos .

Visų kitų orbitų spinduliai

. (1)

r24r1, r39r1, r416r1.

Tokiu būdu, elektronas H atome gali būti trijose orbitose, kurių spinduliai sudaro santykį lygų natūrinių skaičių eilės kvadratams. Elektronas, judėdamas apie branduolį, turi kinetinę ir potencinę energiją. Pilnoji atomo energija

, (2)

čia (-) ženklas reiškia, kad norint pašalinti elektroną iš atomo reikia atlikti darbą prieš branduolio jėgas. E0 – minimali elektrono energija, kai jis yra arčiausiai branduolio. Z ir E0 tam tikram branduoliui yra konstantos. Šiuo atveju E(n) ir čia n vadinamas pagrindiniu kvantiniu skaičiumi. Kai n1 – atomas turi min. energiją ir yra su E1-13,5 eV normalioje būsenoje. Kai n2, 3, 4,… E2-3,38, E3-1,51 ir E4-0,85 eV. Tai reiškia, norint atomui pereiti iš pirmos stacionarios būsenos į antrąją, jis turi sugerti energiją E1E2-E1-3,38-(-13,53)10,15 eV. Jeigu suteiktoji energija mažesnė
negu 10,15 eV, tai atomas aplamai nesugeria energijos. Jeigu atomui suteikti energiją E>13,5 eV, tai elektronas palieka atomą ir išeina iš jo.