Люминесценция, фотолюминесценция и ее основные закономерности
Люминесценция – это неравновесное излучение, избыточное при данной температуре над тепловым излучением. Люминесценция возникает под действием внешних воздействий, не обусловленных нагреванием тела. Это холодное свечение. В зависимости от способа возбуждения различают: фотолюминесценцию (под действием света), хемилюминесценцию (под действием химических реакций), катодолюминесценцию (под действием быстрых электронов) и электролюминесценцию (под действием электрического поля).
Люминесценция прекращающаяся сразу
(
с)
после исчезновения внешнего воздействия,
называется флуоресценцией. Если
люминесценция исчезает через
с
после окончания воздействия, то она
называется фосфоресценцией.
Вещества, которые люминесцируют,
называются люминофорами. К ним относятся
соединения урана, редких земель, а также
сопряженные системы, у которых чередуются
связи
,
ароматические соединения: флуоресциин,
бензол, нафталин, антрацен.
Фотолюминесценция подчиняется закону
Стокса: частота возбуждающего света
больше испускаемой частоты
,
где
- часть поглощенной энергии, переходящей
в тепловую.
Основной характеристикой люминесценции является квантовый выход равный отношению числа излученных квантов к числу поглощенных. Есть вещества, у которых квантовый выход близок к 1 (например, флуоресциин). У антрацена квантовый выход равен 0,27.
Явление люминесценции получило широкое
применение на практике. Например,
люминесцентный анализ – метод определения
состава вещества по характерному его
свечению. Метод очень чувствительный
(примерно
),
позволяет обнаруживать ничтожное
количество примесей и применяется для
точнейших исследований в области химии,
биологии, медицины и пищевой промышленности.
Люминесцентная дефектоскопия позволяет обнаружить тончайшие трещины на поверхности деталей машин (исследуемая поверхность покрывается для этого люминесцентным раствором, который после удаления остается в трещинах).
Люминофоры используются в люминесцентных лампах, являются активной средой оптических квантовых генераторов, применяются в электронно-оптических преобразователях. Используются для изготовления светящихся указателей различных приборов.
Физические принципы устройства приборов ночного видения
Основу прибора составляет электронно-оптический преобразователь (ЭОП), который преобразует невидимое глазом изображение объекта в ИК лучах в видимое изображение (рис.4).
|
Рис.4. |
1 – фотокатод, 2 – электронная линза, 3 – люминесцирующий экран,
Инфракрасное излучение от объекта вызывает фотоэлектронную эмиссию с поверхности фотокатода, причем величина эмиссии с различных участков последнего изменяется в соответствии с распределением яркости спроецированного на него изображения. Фотоэлектроны ускоряются электрическим полем на участке между фотокатодом и экраном, фокусируются электронной линзой и бомбардируют экран, вызывая его люминесценцию. Интенсивность свечения отдельных точек экрана зависит от плотности потока фотоэлектронов, вследствие чего на экране возникает видимое изображение объекта.
Лекция 10 Теория атома водорода по Бору
Линейчатый спектр атома водорода
Во второй половине 19 века было проведено детальное исследование спектров газов и паров металлов. Оказалось, что изолированные атомы разряженного газа, паров металлов имеют линейчатые спектры. Спектры состоят из отдельных линий расположенных не беспорядочно. Лини объединяются в группы и серии.
В 1885 году швейцарский физик и математик Бальмер, изучая видимую часть спектра водорода, показал, что длины волн ее удовлетворяют формуле (формула Бальмера):
,
где
3,
4, 5…,
Здесь
- постоянная Ридберга.
Так как
,
то формула Бальмера может быть переписана
для частот:
,
где
.
Совокупность длин волн, удовлетворяющих формуле Бальмера, называется серией Бальмера. Дальнейшие исследования показали, что в спектре водорода есть несколько серий:
Серия Лаймана:
,
2,
3, 4,…, которая находится в ультрафиолетовой
области спектра.
Серия Бальмера:
,
где
3,
4, 5… - в видимой области спектра.
В инфракрасной области спектра были обнаружены:
Серия Пашена:
,
где
4,
5,6 …
Серия Брекета:
,
где
5,
6, 7…
Серия Пфунда:
,
где
6,
7, 8…
Серия Хэмфри:
,
где
7,
8, 9…
Все приведенные выше серии в спектре атома водорода могут быть описаны одной формулой, называемой обобщенной формулой Бальмера:
,
где
имеет в каждой серии постоянное значение:
1,
2, 3,…,
принимает целочисленные значения,
начиная с
и определяет отдельные линии этой серии:
,
,
…,
.
Значение
определяет границу серии.
Приведенные выше формулы подобраны эмпирически и долгое время не имели теоретического обоснования.