Билет №15

1. Тепловое излучение. Поглощение и отражение. Абсолютно черное тело. Цвет. Закон Кирхгофа.

Тепловое излучение - электромагнитные волны, совершается за счет внутренней энергии и свойственно всем телам при температуре выше 0 К. Тепловое излучение характеризуется сплошным спектром, положение максимума которого зависит от температуры. Тела, нагретые до достаточно высоких температур, светятся.

Энергию, излучаемую телом, характеризуют полной светимость (Е или R ) – это количество энергии излучения, испускаемого телом в единицу времени E = ΔW/SΔt [Вт/м²] Полная светимость есть лучеиспускательная способность всех длин волн. Лучеиспускательная способность (спектральная светимость) - это количество энергии, излучаемое телом в определенном интервале волн в единицу времени с единицы площади e=ΔW/SΔtΔλ [Дж/м²] Интенсивность падающего света I0 делится на интенсивность отраженного (b= I_отр /I₀) и поглощенного (a = I_погл /I₀) потоков света. Так как все падающее на тело излучение либо поглощается, либо отражается, то a+b=1

I - интенсивность света [Вт/м²] [Дж/с*м²]

λ - длина волны [м]

Пусть все волны, кроме красной, будут поглощаться. Тогда в отраженном свете такое тело будет иметь красный цвет. Таким образом, цвет есть только тогда, когда: во-первых, есть падающий белый свет (все длины волн) и отраженный; во-вторых, тело поглощает все или почти все волны с другими длинами. Таким образом, зависимость коэффициента поглощения от длины волны определяет цвет тела.

Закон Кирхгофа. Отношение лучеиспускательной способности любого тела к его коэффициенту поглощения «a» на заданной длине волы и при постоянной температуре не зависит от этого тела и равно лучеиспускательной способности абсолютно черного тела.

Таким образом, универсальная функция Кирхгофа r есть не что иное, как спектральная плотность энергетической светимости абсолютно черного тела.

СЛЕДСТВИЯ ЗАКОНА КИРХГОФА: 1. Всякое тело наиболее энергично излучает то, что оно наиболее интенсивно поглощает. 2. Абсолютно черное тело является наиболее эффективным излучателем при всех длинах волн и всех температурах.

2. Спектр поглощения водорода. Формула Ридберга. Спектры молекул.

Спектр поглощения — это совокупность частот, поглощаемых данным веществом. Атом, поглощая свет, переходит из основного состояния в возбуждённое. Холодный, неизлучающий газ при пропускании сквозь него белого света, в полном соответствии с законом Кирхгофа, дает на фоне цветного непрерывного спектра от разложения белого света темные линии точно в тех же самых местах (длинах волн), что он и испускает в сильно нагретом (возбужденном состоянии). Тёмные линии являются линиями поглощения. Поглощения атомов и молекул состоят из волн с дискретными, отдельными, строго фиксированными длинами. Атомы любого химического элемента поглощают строго определенный набор длин волн. На этом факте основан спектральный анализ — способ определения химического состава вещества по его спектру.

Спектры молекул.

Молекула, как и атом, изменяя состояние электронной оболочки, излучает фотон. Однако энергия молекулы не определяется лишь электронной конфигурацией. Ядра атомов могут колебаться относительно центра инерции молекулы, а сама молекула может вращаться как целое. Эти движения вносят свой вклад в общий баланс энергии. W = W_эл + W_кол + W_вр

Wэл – энергия электронной оболочки, Wкол – энергия колебаний молекулы, Wвр – энергия вращения молекулы. Все три вида энергии квантованы. Каждая энергия принимает ряд дискретных значений.

Из различий в изменениях энергии следует различие частот переходов: ν_эл >= ν_кол >= ν_вр

Фотоны, обладающие небольшой энергией, не меняя электронную конфигурацию и колебательную энергию, переводят молекулу из одного вращательного состояния в другое. Набор спектральных линий, соответствующих таким переходам, образует вращательные полосы. Такие полосы лежат в далекой инфракрасной области спектра.

Переходы между колебательными уровнями, требующие больше энергии, могут сопровождаться и изменением вращательной энергии. Они формируют колебательно – вращательные полосы спектра, лежащие в инфракрасной области.

В области видимого и ультрафиолетового спектра полосы формируются за счет переходов между электронными уровнями, а переходы с изменением и электронного, и колебательного уровней формируют электронно-колебательные полосы.