Електромагнітне випромінювання

Електромагнітне випромінювання (і видиме світло) має подвійну природу:

- хвильову, яка характеризується довжиною хвилі λ, частотою ν, хвильовим числом ṽ; проявляється при взаємодії випромінювання з усією речовиною (відбивання, розсіювання, інтерференція, дифракція);

- корпускулярну природу – проявляє себе як частки; характеризується енергією квантів (фотонів); проявляється при взаємодії з окремими атомами чи молекулами.

Рівняння Планка об’єднує корпускулярну і хвильову природу світла:

,

де ,- енергії на різних рівнях; h – стала Планка, h=6,626210^-34 Дж/с;

С – швидкість світла, С=2,9979 10⁸ м/с (для вакууму); - частота коливань (кількість коливань електромагнітного поля за 1 секунду, часто вимірюється в герцах (1 Гц=1 коливання/с); λ – довжина хвилі (найменша відстань між точками, які коливаються в однакових фазах, або відстань між двома максимумами), м, см, нм; ṽ - хвильове число (кількість електромагнітних хвиль в 1см), см^-1.

Якщо потік фотонів має однакову частоту, його називають монохромним; якщо різну – поліхромним.

Розподіл електромагнітних випромінювань за частотою називають електромагнітним спектром.

Таблиця 1.2 – Електромагнітний спектр

Ділянка спектра	Інтервал довжин хвиль, м	Переходи
Гама випромінювання	10^-13 – 10^-10	ядерні реакції
Рентгенівське випромінювання	10^-11 – 10^-8	перехід внутрішніх електронів (K, L – електронів)
Ультрафіолетове випромінювання	10^-8 – 10^-7	перехід середніх і валентних електронів
Видиме світло	4*10^-7 – 7,6* 10^-7	перехід валентних електронів
Інфрачервоне випромінювання	7,6* 10^-7– 10^-3	молекулярне коливання, обертання молекул
Мікрохвильове випромінювання	10^-3 – 1	молекулярне обертання
Радіохвилі	>1	спінові переходи

- γ – промені (найбільш проникаючі з електромагнітного спектра) відкриті в 1896 р. А.Беккерелем;

- рентгенівські промені виявлені В.Рентгеном в

1895 р.;

- ультрафіолетові промені у 1801р. відкриті У. Волластоном;

- видимі промені.

Відкриття різних видів випромінювання належать таким ученим:

- γ-випромінювання – А. Беккерелю (1896);

- рентгенівського – В.Рентгену (1895);

- ультрафіолетового – У. Волластону (1801);

- видимого – І. Ньютону (1666);

- інфрачервоного (теплового) – В. Гершелю (1800);

- радіохвиль – Г.Герцу (1880).

Якщо даному значенню енергії відповідає один стаціонарний стан, то такий енергетичний рівень називається не виродженим; якщо два чи більше – вироджений. Виродження може зніматися в електричному чи магнітному полі; при цьому енергетичні рівні розщеплюються.

Стан з мінімальною енергією називається основним; з вищими рівнями енергії – збудженим. Переходи часточок з одних енергетичних рівнів на інші супроводжуються віддачею або одержанням енергії. Такі переходи бувають двох видів:

- з випромінюванням – коли часточки виділяють квант енергії;

- без випромінювання – в яких обмін енергії відбувається за рахунок зіткнень, хімічних реакцій тощо.

Кожному такому переходу відповідає монохроматична спектральна лінія. Частота і довжина якої визначається залежністю:

Лінії, які виникають внаслідок переходів з основного стану чи в основний стан називаються резонансними.

Сукупність спектральних ліній, які належать даній часточці називають спектром (рис 1.2.).

Рисунок 1.2. Атомний спектр

Е₃

Якщо спектр обумовлений переходом з верхніх рівнів на нижні його спектр називають спектром випромінювання; якщо з нижніх на верхні – спектром поглинання або спектром абсорбції (рис.1.3).

Рис. 1.3. Енергетичні переходи атомів

Спектри, що випромінюються термічно збудженими частинками називаються емісійними. Спектри, збуджені не термічно, називаються спектрами люмінесценції; вони поділяються в свою чергу на:

- спектри флуоресценції (швидке випромінювання фотонів збудженою частинкою);

- спектри фосфоресценції (повільне випромінювання фотонів).

Спектри, які спостерігаються в оптичному діапазоні довжин хвиль називаються оптичними; оптичний діапазон охоплює ультрафіолетове випромінювання, видиме світло, інфрачервоне випромінювання.

Енергія фотона визначає положення спектральної лінії на шкалі електромагнітних хвиль, а їх кількість – її інтенсивність.

Дата добавления: 2014-01-11