6.8 Тепловое расширение
При подводе теплоты ее поглощение происходит благодаря колебаниям атомов.
Если частота колебаний возрастает, то увеличивается и энергия взаимодействием между атомами.
r0 - расстояние между атомами.
У кристаллов с ковалентной связью (анализ натрия кремния, нитрид кремния), впадина потенциальной кривой имеет острый пик и ее симметричность высока. Поэтому не симметрия не увеличивает потенциальной энергии, атомы совершают практически симметричные колебания и термическое расширение твердого тела мало. У ионных кристаллов и металлов впадина потенциальной кривой не глубока и мало симметрична, что приводит к изменению расстояния между атомами и соответственно значению теплового расширения.
Тепловое расширение твердых тел определяется коэффициентом термического расширения. При расширении в одном направлении используется коэффициент термического линейного расширения.
Объемное расширение определяется коэффициентом термического объемного расширения:
Для
кубических кристаллов:
.
Для
анизотропных кристаллов
.
Коэффициент термического линейного расширения связан с теплоемкостью твердых тел.
где Г – константа Грюнайзена.
7 Взаимодействие электромагнитного излучения с веществом
Для того чтобы произошло электромагнитное взаимодействие с веществом энергия излучения должна совпасть с разностью энергий между квантовыми энергетическими уровнями, которые соответствуют разным соотношениям молекулы:
где ∆Е – разность энергии между квантованными состояниями молекул.
По данным можно выделить различные диапазоны электромагнитного излучения.
При энергии электромагнитного излучения
- радиоволны λ=10 м:
Е = 1,8٠10-26 Дж = 1,2٠10-7 эВ;
- ИК – излучения λ=10 мкм:
Е = 1,8٠10-20 Дж = 0,17 эВ;
- видимый свет λ=500 нм:
Е = 3 эВ;
- УФ λ = 300 нм:
Е ≈ 5эВ.
Энергия колебательных движений при Т =300 0С составляет Е = 0,04 эВ.
Свет имеет две составляющих магнитную и электрическую.
Е,
В/м
Н
Взаимодействие магнитной составляющей с веществом значительно слабее электрической. Если монохроматичное излучение поглощается молекулами вещества, то по направлению светового потока наблюдается непрерывное падения интенсивности излучения, длина волны излучения при этом не изменяется, а изменяется его мощность:
dФ = J·dS·dφ,
где Ф – лучистый поток или мощность излучения;
S – площадь;
φ – телесный угол;
J – лучистый поток, отнесенный к единичному телесному углу и к единичной площади перпендикулярный направлению движения света.
7.1 Законы поглощения
Закон Бугера – Ламберта. Связывает поглощение образца с его толщиной.
где I0 – интенсивность падающего излучения;
I – интенсивность прошедшего излучения;
al – коэффициент пропорциональности.
Закон Бэра. Связывает поглощения образца с концентрацией поглощающих частиц:
где С – концентрация поглощающих частиц.
Закон Бугера – Ламберта – Бэра:
где ε – коэффициент молярного поглощения.
где А – оптическая плотность.
В случаи поликристаллов вещества и кристаллов:
где ε0 – коэффициент собственного поглощения;
εа – коэффициент, учитывающий анизотропию системы;
εр – учитывает рассеивание вследствие пор и неоднородности состава.
Поэтому для получения прозрачных систем или керамики важно уменьшить εр. С этой целью необходимо снимать пористость систем, использовать ультрадисперсные порошки высокой чистоты и исключать образование границ зерен при спекании порошков.