Дисперсия, поглощение и рассеяние света

а) Свет, проходя через оптически прозрачную среду испытывает поглощение в соответствии с законом Бугера–Ламберта:

;

J – интенсивность света, прошедшего слой вещества толщиной x. – коэффициент поглощения. – интенсивность света до поглощения.

Рис. 84

в) Рассеяние света происходит в мутных средах и подчиняется закону Рэлея: ;

– интенсивность рассеянного света. Из формулы следует, что рассеивается сильнее всего коротковолновое излучение.

Тепловое излучение

Тела, нагретые до высокой температуры, приобретают способность светиться. Нагретые добела жидкие или твердые тела испускают белый свет со сплошным спектром. По мере понижения температуры тела не только уменьшается интенсивность его излучения, но также изменяется спектральный состав излучения в сторону преобладания красных длин волн. При дальнейшем понижении температуры излучение видимого света прекращается – тело испускает только невидимые инфракрасные лучи.

Для характеристики теплового излучения вводится понятие о лучеиспускательной способности тела Е_ν,Т

;

dW_изл. – энергия, излучаемая телом за единицу времени с единицы площади в интервале частот от ν до ν+dν.

И поглощательной способности тела А_ν,Т

А_ν,Т показывает, какая доля энергии dW_погл. от всей попавшей на тело dW поглотится телом.

Абсолютно черным телом называется тело, которое поглощает всю падающую на него энергию. Для этого тела А_ν,Т = 1.

Законы теплового излучения получены для абсолютно черного тела.

Закон Стефана-Больцмана

;

ε _T – излучательная способность абсолютно черного тела, зависящая только от температуры; Т – абсолютная температура; σ – постоянная Стефана-Больцмана; σ = 5,67·10^–8 Вт/м²·К⁴.

Закон Кирхгофа

;

Тело называется серым, если его поглощальная способность одинакова для всех частот и зависит от температуры. ; – излучательная способность серого тела, также зависящая только от температуры.

Реальные тела близки по своим свойствам к серому телу и для них

Здесь коэффициент α – называется степенью черноты.

Строение атома

Рис. 85

Модель атома имела ряд недостатков:

1) Атом должен быть неустойчивым, так как электроны, двигаясь вокруг ядра, теряют энергию, и радиус их орбиты уменьшается. В итоге электрон должен упасть на ядро. В действительности этого не происходит.

2) Потеря энергии электроном должна давать непрерывный спектр излучения. В действительности спектры излучения линейчатые.

Ядерная модель атома Резерфорда была усовершенствована Нильсом Бором. Его модель основана на постулатах:

Постулат стационарных состояний: Существуют некоторые стационарные состояния атома, находясь в которых он не излучает энергии.

Постулат, называемый правилом частот: при переходе атома из стационарного состояния в возбужденное поглощается энергия. При возвращении атома из возбужденного состояния в стационарное энергия излучается (рис. 86).

Рис 86
	стационарное состояние	возбужденное состояние	возвращение в стационарное состояние

hν – поглощаемая или излучаемая энергия.

Если энергия атома в двух состояниях соответственно W_n и W_m, то

│ W_m – W_n │= Δ W = hν.

Если Δ W > 0– поглощение кванта.

Если Δ W < 0– излучение кванта.

Теория Н. Бора сыграла огромную роль в развитии атомной физики, точно указав направление ее развития.

Дальнейшие исследования в области атомной и ядерной физики позволили установить строение атомного ядра. Важнейшими характеристиками ядра являются его заряд Z и масса М. Заряд ядра определяется количеством положительных элементарных зарядов, сосредоточенных в ядре. Носителем положительного заряда в ядре является протон. Его заряд 1,6·10^–19 Кл. Так как атом нейтрален, то заряд ядра определяет количество электронов в атоме. Распределение электронов происходит по энергетическим оболочкам, и зависит от их общего количества. То есть заряд ядра определяет распределение и состояние электронов в атоме, в частности, число электронов на внешней оболочке, от которого зависят химические свойства атома.

Масса ядра А практически совпадает с массой атома. Массы атомов измеряют в атомных единицах массы. В 1932 году был открыт нейтрон, обладающий массой, близкой к массе протона, но не имеющий электрического заряда. Д.Д. Иваненко сформулировал гипотезу о протонно-нейтронном строении ядра, по которой заряд ядра Z определяет число протонов, а разность А – Z = N – дает число нейтронов.

При измерении масс атомов оказалось, что атомы данного химического элемента, обладающие одинаковым зарядом, отличаются массой. Это изотопы. В ядрах изотопов отличается количество нейтронов. Количество протонов одинаково.

Протоны и нейтроны, входящие в состав атомного ядра, получили общее название – нуклоны.

Рентгеновские лучи

Рис. 87

а) б) Рис. 88

здесь – частота рентгеновского излучения. Такое рентгеновское излучение называется тормозным. Это излучение имеет сплошной спектр (рис. 88 а).

Вторым типом рентгеновских лучей является характеристическое рентгеновское излучение. Оно имеет линейчатый спектр (рис. 21, б). Линейчатый спектр характеризует материал анода. Возникновение линейчатого спектра связано с тем, что электроны, ускоренные высоким напряжением, могут вызывать электронные перехода в атомах материала анода. Это переходы электронов, находящихся на внутренних электронных уровнях, на внешние уровни. Обратный переход сопровождается рентгеновским излучением.