Sterrekunde

Moet 'n foton presies die regte energie hê om deur 'n gasmolekule opgeneem te word?

Moet 'n foton presies die regte energie hê om deur 'n gasmolekule opgeneem te word?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Vanuit 'n antwoord op hierdie vraag, https://physics.stackexchange.com/questions/281660/how-does-an-electron-absorb-or-emit-light,

Absorpsie van 'n foton sal slegs plaasvind wanneer die kwantumenergie van die foton presies ooreenstem met die energiegaping tussen die aanvanklike en finale toestande van die stelsel. (die atoom of 'n molekule as geheel) dws deur die absorpsie van 'n foton, kan die stelsel toegang hê tot 'n hoër toelaatbare kwantummeganiese energietoestand. As daar geen paar energietoestande is wat die fotoniese energie van die onderste na die boonste energietoestand kan verhef nie, sal die saak deursigtig wees vir daardie straling.

Aangesien die energie van die foton eweredig is aan die foton se elektromagnetiese frekwensie, en dat die frekwensie onderhewig is aan klein Doppler-verskuiwings as gevolg van snelheidsverskille tussen die emitterende en absorberende molekules, hoe kan 'n foton presies dieselfde energie hê as die presiese kwantumtoestandverandering vir 'n gasmolekule? Moet die fotonenergie net baie naby die kwantumtoestand wees om 'n molekuul te absorbeer? Indien wel, wat gebeur met die ekstra (of mindere) energie wat deur die molekule geabsorbeer word? Dra hierdie marge by tot die breedte van die waargenome absorpsiespektra in radiosterrekunde?


Die Physics SE-antwoord (of die aangehaalde gedeelte) was verkeerd. Die foton hoef nie "presies" die regte energie te hê om 'n oorgang te veroorsaak nie. Die werklikheid is dat die waarskynlikheid nie 'n nul is om 'n oorgang by te veroorsaak nie almal fotonenergieë, maar die waarskynlikheidsverdeling is skerp bereik by die energie wat ons bereken, is die energieverskil tussen die twee energie-eie-state van die absorberende atoom / molekuul.

Daar is 'n aantal effekte wat veroorsaak dat die frekwensierespons van 'n klomp atome / molekules tot fotonenergie verbreed.

Die oorgange het 'n 'natuurlike breedte' omdat die oorgange 'n beperkte hoeveelheid tyd neem. Dit is saamgevat in 'n vorm van die beroemde onsekerheidsbeginsel, wat beteken dat as dit oor 'n kort tydperk gekyk word, daar 'n duistere energievlak in die atoom / molekule is. 'N Klassieke analogie is om die frekwensie van 'n gedempte harmoniese ossillator te probeer definieer. Hoe groter die demping, hoe vinniger sterf die ossillasie en hoe breër is die deurlopend frekwensiespektrum.

Verwant hieraan is die verbreding van die botsing. Oorgange kan onderbreek / afgeknip word deur botsings, wat weer lei tot 'n breër frekwensierespons.

'N Foton met vaste frekwensie (let daarop dat die feit dat 'n groep fotone op vaste frekwensie ewe onmoontlik is, om soortgelyke redes aan die emitterende punt), sal atome / molekules wat met verskillende snelhede beweeg, teëkom en gevolglik sal hul frekwensierespons Doppler verskuif word toepaslike bedrag.

Die toepassing van elektromagnetiese velde kan die frekwensierespons ook verbreed en verskuif.


Ek is onseker van die antwoord; dit lyk asof daar sommige is onsekerheid betrokke by die meganisme, asof daar 'n soort beginsel betrokke ;-)

Ek sal nooit kwantummeganika kry nie, maar dit is die aard van QM; dit werk eenvoudig nie net soos ons dink dat die 'regte wêreld' werk nie. Ek dink die uitdagingsvraag op hierdie vraag is "Kan 'n foton selfs oor 'n presiese energie beskik?"

Ons moet ons eie gevoel vir die fisiese wêreld laat vaar as ons wil leer hoe om kwantummeganiese verskynsels te verklaar.


Die enigste ding wat u van die foton weet, is die algemene omstandighede waaronder dit ontstaan ​​het. U kan 'n gloeilamp en 'n traliewerk of 'n smalspektrumlaser gebruik, maar dié vertel u slegs 'n golflengtevenster $ Delta lambda $ of frekwensie $ Delta f $.

Die energieverspreiding van 'n groep fotone wat uit die toestelle wat met die verspreidings verband hou, is

$$ Delta E approx frac { Delta lambda} { lambda} E approx frac { Delta f} {f} E $$

Ons kan bereken 'n baie presiese waarde vir die energieë van die aanvanklike en finale toestande, maar vir 'n enkele atoom het daardie toestande presiese energieë?

Wel, die grondtoestand van 'n atoom in rus, of ten minste by baie baie koue temperatuur (bv. Laserverkoeling en vasgevang), die toestand waar geen ander oorgange moontlik of waarskynlik is nie, kan redelik goed gedefinieër word, maar die boonste toestand is nie.

Die boonste staat sal 'n leeftyd hê, dit sal 'n rukkie duur en dan weer verval. Ons weet nie wanneer nie. Kwantummeganika vertel ons dat as dit 'n eindige leeftyd het, dit ook 'n eindige verspreiding in frekwensies sal hê. Die gegewe opgewekte toestand in 'n enkele gegewe atoom sal 'n verspreiding hê in energieë waar dit opgewek kan word, en die breedte van die energie $ Delta E $ hou verband met die tydsduur wat daardie toestand sal bestaan ​​voordat dit verval $ Delta t $ deur

$$ Delta E Delta t = frac {ħ} {2} $$

Soos @ PeterErwin daarop wys, val dit alles onder die onsekerheidsbeginsel.

Nou soos @ PeterErwin ook daardie atoom uitwys dalk nie in 'n byna nul snelheid, superkoel lasergekoelde lokval, maar êrens in 'n gas rondbons. Dit beteken dat dit 'n mate van onsekerheid in spoed en rigting sal hê. Totdat die oorgang plaasvind, weet ons nie watter atoom dit gaan wees nie, of hoe vinnig dit gaan nie.

Doppler-verbreding van die foton as gevolg van verspreiding in snelheid sal dus bydra tot $ Delta E $ ook.

En wat is erger is dat wanneer atome bots, mekaar se kwantumtoestande opskroef, beide deur mekaar se golffunksies tydelik te beïnvloed (ek weet nie wat die naam van hierdie effek is nie) en nog belangriker deur die leeftyd van die opgewekte toestand te verkort; as jy dit skop, kan dit net gouer verval deur 'n foton uit te gee of deur energie na die ander atoom oor te dra. Dit neem af $ Delta t $ en neem dus toe $ Delta E $, en word botsingsverbreding of drukverbreding genoem.

Ek dink die eerste een waarvan ek nie die naam geken het nie, kan kwasi-statiese drukverruiming genoem word?

Eintlik is niks seker in QM nie; daar is nie so 'n konsep as 'n presiese saak as u oor 'n enkele oorgangsgebeurtenis deur 'n enkele atoom wil praat nie. Dit is alles vaag, onduidelik en onseker. As u presies wil, meet u baie, baie, baie kere en bou u die gemiddelde op.

Dit is al wat ons hier in die makro-wêreld het, statistiese gemiddeldes van baie baie metings.


Moet 'n foton presies die regte energie hê om deur 'n gasmolekule opgeneem te word? - Sterrekunde

* A: Enige warm, digte voorwerp sal gloei in die elektromagnetiese omvang
spektrum. Met ander woorde, warm, digte voorwerpe benader swart lywe. In
sonkas, is die oorspronklike bron van sy lig die gammastrale wat vrygestel word
deur die kernreaksies in die kern. Onthou dat gammastrale fotone is
met baie meer energie as fotone wat binne die bereik val wat ons kan sien.
Aangesien gammastrale egter van die kern na die oppervlak van die land trek
son, raak hulle baie benoud deur al die digte deeltjies in die son. A
foton van die kern kan glad nie baie ver reis voordat hy 'n
elektron hier of 'n proton daar. Interaksies met hierdie deeltjies veroorsaak
die hoë-energie foton om in meer as een, laer-energie af te breek
fotone (die besonderhede van hierdie proses is te ingewikkeld om hierin in te gaan).
Teen die tyd dat die energie die oppervlak bereik, in plaas van 'n paar
energieke gammastrale, ons het 'n kitsoplaai van matig-energieke fotone,
waarvan die verspreiding piek in die visuele deel van die EM-spektrum.

V: Sal 'n element met meer energievlakke (groter atoom) meer lyne toon
die emissielynspektra as 'n element met minder energievlakke? (omdat
elektronspronge vinniger plaasvind met meer energievlakke?)

A: Ek is nie seker dat daar 'n korrelasie tussen die grootte is nie
van die atoom en die aantal energievlakke wat beskikbaar is vir sy elektrone. As
een atoom HET meer energievlakke beskikbaar, sou daar meer wees
emissielyne, aangesien daar meer moontlike spronge vir 'n elektron sou wees
om van die een vlak na die ander te maak. Daar is ook baie spronge
onmiddellik, en vir alle doeleindes, bestaan ​​die elektron NOOIT TUSSEN NIE
ENERGIEVLAKKE! maak dit sin? Nie volgens ons intuïtiewe nie
begrip van die makroskopiese wêreld. Maar as jy by die
mikroskopiese wêreld, doen die wette van kwantummeganika vreemde dinge wat
kan nie maklik verklaar word anders as deur te sê: 'Dit is net hoe die natuur
werk. '

V: Waarom absorbeer sommige atome lig sonder om dit vry te stel? (en vorm dus die
absorpsie-lyn spektra) En waarom absorbeer sommige atome lig en laat dit dan vry
dit byna terselfdertyd 'n emissielynspektra lewer? wat
bepaal dit?

A: Stel jou voor 'n wit ligstraal (met ander woorde lig wat 'n
deurlopend
reënboog van kleure) op pad REGS OP U. Sit dan 'n gas in die pad.
Die atome en molekules in die gas absorbeer die baie spesifieke golflengtes
lig wat ooreenstem met die verskille in energievlakke van hul
elektrone.
Lig wat nie op hierdie golflengtes is nie, sal ongemolesteerd deur die gas voortgaan, en
gaan steeds regs na u toe. Nou hou atome nie graag opgewonde nie, so hulle
sal waarskynlik hul elektrone terugval na die laer energie
state,
vrystel dus fotone van dieselfde golflengtes wat hulle vroeër geabsorbeer het.
As die fotone egter vlieg, sal hulle dit IN 'N RANDOM doen
RIGTING,
so lig wat eens regs op u af gerig is, is nou op pad na 'n ander plek,
vandaar die donker absorpsie lyne.

V: Kan u meer verduidelik oor die soorte spektra: deurlopend?
spektrum, emissie-lyn spektrum en absorpsie-lyn spektrum.

A: 'n Warm, digte voorwerp straal 'n deurlopende (swartliggaam) spektrum uit. 'N Warm,
diffus
gas 'n emissiespektrum sal uitstraal (met ander woorde, die enigste lig wat
kom
van 'n warm, diffuse gas stem ooreen met die verskille in die energievlakke
van die atome en molekules in die gas. 'N Absorpsiespektrum word gevorm
wanneer 'n bundel van deurlopende lig deur gas onderskep word soos hierbo beskryf.

V: Waarom is die osoonlaag warmer as die atmosfeer bo en onder?

* Die osoonlaag is warm om dieselfde rede dat dit nuttig is vir ons en ons
gesondheid. Osoon is 'n molekule wat drie suurstofatome bevat. Hierdie spesifieke
molekule is baie goed om ultravioletstraling (dikwels UV genoem) te absorbeer
lig). Die son straal heelwat UV-lig uit, wat skadelik vir ons is
mense. (Dit kan byvoorbeeld velkanker veroorsaak.) Maar die osoon in die
atmosfeer die UV-fotone kan absorbeer en ons sodoende daarteen beskerm? So
waarheen gaan die energie van die UV-fotone? Dit verhit die osoonlaag.

V: Ek verstaan ​​nog steeds nie hoe lig beide golfagtige en
deeltjie-agtige eienskappe.

A: In sekere omstandighede, om die resultate van 'n
eksperimenteer, moet u aanvaar dat lig eienskappe van golwe het. Vir
instansie
dit kan interferensiepatrone vorm as dit deur die gleuwe beweeg. In ander
eksperimente gedra dit soos deeltjies. U kan byvoorbeeld presies tel
hoeveel fotone elektrone in u detektor opgewek het.

Dit is vreemd om te sê dat lig 'n deeltjie en 'n golf is, maar dit is
bloot hoe die natuur lig ontwerp het.

V: Kan u verduidelik hoe u die Wien-wetgewing kan gebruik?

A: volgens Wien se wet kan ons die temperatuur van 'n warm, gloeiende waarde bereken
voorwerp deur te kyk na watter golflengte van die lig daardeur meer uitgestraal word
voorwerp as enige ander golflengte nie. Die son straal byvoorbeeld meer uit
lig in geel as in enige ander kleur of golflengte. Die golflengte
geel lig is ongeveer 500 nm. Sluit aan by die wet van Wien:
T = (3x10 ^ 6 K nm) / golflengte = (3x10 ^ 6 K nm) / 500 nm. Die nm kanselleer en jy
vind dat die oppervlaktemperatuur van die son ongeveer 6000 K is.

V: Kan u ook die vergelyking vir die doppler-effek verduidelik?

Die vergelyking vir die doppler-effek is:

(lambda - lambda-niks) / (lambda-niks) = v / c

waar lambda = die waargenome golflengte
lambda-naugh = die vrygestelde golflengte
v = die snelheid van die golfemissie-voorwerp relatief tot die waarnemer
c = die snelheid van die lig (in die geval waarmee ons te make het)
elektromagnetiese golwe)

As u hierdie vergelyking 'n bietjie algebra doen, kry u dit

lambda = lambda-niks + lambda-niks x (v / c)

Hierdie vergelyking sê dat die golflengte wat ons waarneem (die linkerkant van die
vergelyking) = die uitgestraalde golflengte (eerste term aan die regterkant) plus
'n regstellingsterm eweredig aan die snelheid van die voorwerp (die tweede
term aan die regterkant). Let op dat as v = 0, dan die golflengte wat kry
waargeneem is dieselfde as die golflengte wat vrygestel word, wat sinvol is.

V: Sou die lig van die buitekant meer skerp, minder onduidelik wees as daar geen
atmosfeer?

Ja. Al die klein deeltjies lug en waterdamp in ons atmosfeer
vervaag lig wat vanuit die ruimte inkom. As u deur 'n kragtige teleskoop gekyk het
in die ruimte by 'n verre ster sou jy 'n mooi skerp speldjie lig sien, maar
as jy op aarde deur 'n teleskoop kyk, sien jy 'n helder vlek. (Nou
jy sou nie 'n absoluut skerp beeld in die ruimte sien nie, want die helderheid
van
die beeld wat u kry as u deur 'n teleskoop kyk, is steeds afhanklik van die
resolusie van die teleskoop, maar dit sal BAIE skerper wees as wat u sou sien
Aarde.)

V: Waarom is gasse nie gewoonlik swart liggame nie?

A: * Gasse is gewoonlik nie dig genoeg nie. Die son, wat 'n gas is, is baie
digter as, byvoorbeeld, die lug in ons atmosfeer is. Wanneer 'n foton van lig
is
as jy deur 'n digte gas reis, soos die son, word dit baie
en eindig in meer as een, minder energieke fotone.
(Sien my beskrywing hierbo). In tipiese situasies is gas nie baie dig nie
as fotone daaruit vrygestel word, kan dit relatief ongemaklik ontsnap.

V: Waarom absorbeer sekere materiale net sekere kleure lig? Doen dit
het
te doen met digtheid of tempuratire?

A: Atome, molekules en ione absorbeer slegs baie spesifieke fotone
energieë.
Die energie van die geabsorbeerde foton moet presies die regte hoeveelheid wees
opgewek 'n elektron tot 'n hoër energievlak in die atoom, molekule of ioon.

V: Vanaf hoofstuk 3 het ek my afgevra oor watter soort dinge daaraan gekyk word
swart lywe? Wat is 'n paar voorbeelde wat as swart lywe gekategoriseer word?

A: Die meeste warm, digte voorwerpe werk ietwat soos 'n swart lyf. Die brander
van 'n elektriese stoof is 'n goeie voorbeeld. As dit afgeskakel is, is dit kleur
swart - dit weerkaats geen lig nie. As u dit laag insit, gloei dit a
dofrooi. As jy dit na hoog aanskakel, gloei dit 'n helderder oranje. Jy
kan hieruit waarneem dat wanneer die temperatuur van 'n swart liggaam styg,
die kleur word meer blou (oranje is nader aan blou as rooi) en dit
word helderder.

V: Wat is die verskil tussen voorwerpe wat "weerkaats"
lig en 'emitting' lig? Gegee voorwerpe in 'n kamer
dieselfde kamertemperatuur het en Wien se wet gehoorsaam, is
laat hulle enige lig uitstraal?

A: As daar gesê word dat 'n voorwerp lig uitstraal, beteken dit dat die voorwerp
is
gloei vanself. Oorweeg 'n neonbord en 'n brander op 'n
elektriese stoof wat na 'hoog' gedraai word. Albei hierdie voorwerpe gloei van
hul
uit eie beweging. As een van hierdie dinge in 'n kamer was sonder vensters en
al die ligte was afgeskakel, ons sou dit nog sien gloei.

Aan die ander kant dra ek vandag 'n rooi t-hemp. Die golflengte van rooi
lig is ongeveer 700 nm. Volgens die wet van Wien bereik iets 'n hoogtepunt van
700 nm het 'n temperatuur van ongeveer 4000 K (wat 7000 grade Fahrenheit is).
Nou voel ek nie so warm nie. As ek die ligte afskakel, kan ek ook nie sien nie
my
t-hemp meer. Dit gloei nie vanself nie. Die rede dat ek
kan
sien dit en dit lyk rooi as die ligte brand, is dat die t-hemp NIE is nie
a
perfekte swart liggaam, en dit as gevolg van die chemiese aard van die kleurstowwe in die
vesels van my hemp, weerspieël dit die kleur rooi meer as enige ander kleur.

Kortom: 'n voorwerp wat gesien word deur lig uit te straal, gloei in die donker
'n voorwerp wat deur weerkaatsde lig gesien word, nie.

V: Hoe vind u dit in die vergelyking vir die Doppler-verskuiwing?
lamda-knoop? Ek weet dit staan ​​vir die uitgestraalde golflengte, die deel wat ons nie het nie
gemeet, maar hoe steek ons ​​dit in wanneer ons die golflengte oplos
verskuiwing?

A: Lambda-nul = golflengte wat uitgestraal word. Beskou die H-alfa-foton. Dit
golflengte word uitgestraal wanneer 'n elektron in 'n waterstofatoom afval
die 2de opgewonde toestand na die 1ste opgewonde toestand. So hoe weet ons wat
hierdie golflengte is? Ons kan 'n pot waterstofgas kry en dit in ons laboratorium opwarm
totdat dit gloei, gebruik dan 'n prisma om die lig in 'n spektrum uit te sprei
en meet die golflengtes van die uitgestraalde lyne. Ons kan dit dan vergelyk
golflengte tot die golflengte van die H-alfa-lyne waarna ons in sterre sien
bepaal wat die snelhede van die sterre is.

V: Ek is verward oor wat presies die verskil tussen helderheid en
intensiteit?

A: Hierdie twee terme kan redelik deurmekaar gebruik word. Twee terme wat is
belangrik om apart te hou, is: helderheid en helderheid. Ligsterkte
verwys na die hoeveelheid energie per sekonde wat 'n ster verlaat. Jy kan meet
dit in Watts, net soos 'n gloeilamp. Dit is 'n intrinsieke hoeveelheid van die
ster.
Helderheid daarenteen is NIE intrinsiek nie - dit hang af van die posisie
van die waarnemer. Hoe verder die waarnemer van 'n gegewe ster is
helderheid, hoe minder helder lyk dit. Hoe verder jy ook al is
van,
sê 'n 100W gloeilamp, hoe dowwer dit lyk.

V: Ek was net nuuskierig oor die feit dat daar gesê word dat die lig wel is
wat deur die son uitgestraal word, is van die temperatuur en die samestelling wat dit is
straal 'n relatief geel of oranje lig uit. maar laat die ander planete uit
enige
sigbare lig van hul eie? Word die lig wat ons sien weerkaats van die
ander planete is almal 'n weerkaatsing van die sonlig, en indien wel, hoe word dit?
is dit verskille in kleur? (waarom sou neptunus blou wees soos dit by die
gemarmerde lemoene van Jupiter afgesien van atmosferiese verskille sou daar wees
enige ander elektromagnetiese rede vir hul verskille in kleur?)

* A: Geen van die planete straal in die sigbare deel van die elektromagnetiese nie
spektrum, hoewel Jupiter nogal in die infrarooi uitstraal. Die rede
dat verskillende planete verskillende kleure is, is dat verskillende chemikalieë
weerspieël verskillende kleure verskillend. Byvoorbeeld ysteroksied (roes)
weerkaats rooierige lig beter as enige ander kleur. So Mars, wat is
bedek met die goed, lyk dit rooi as sonlig daarvan weerkaats.
Metaan en ammoniak weerspieël die kleur blou die beste, vandaar die kleur van Neptunus.

V: Een aspek van hoofstuk drie wat my deurmekaar gemaak het, is waarom ons net a kan sien
klein
gedeelte van die ligskaal.

* A: Alhoewel ons net 'n klein gedeelte van die ligskaal sien, is dit die gedeelte
dat die son die meeste uitstraal. Evolusie en natuurlike seleksie is bevoordeel
lewensvorme wat die beste kan sien in die tipe lig wat die
helderste.
Lewensvorme wat byvoorbeeld in die infrarooi, maar nie die visuele omvang kan sien nie
kon nie so goed sien nie, want die son is nie so helder in die infrarooi soos hy nie
is in die sigbare deel van die spektrum.

V: Eerstens in hoofstuk 3 het ek nie mooi verstaan ​​hoe 'n spektrum is nie
gevorm. Ek het nie die verwarmingsproses en die verskuiwing van
elektronbane. Verduidelik asseblief meer daaroor.

A: Wanneer 'n elektron van 'n hoë-energietoestand na 'n elektron daal (of ontspanne)
lae energietoestand verloor die atoom BAIE spesifieke hoeveelheid energie. 'N Fotoon
met 'n golflengte wat ooreenstem met die energie wat vrygestel word. Net so, as
'n atoom begin in 'n lae-energie toestand, en 'n foton van PRESIES die regte
energie kom saam, daardie foton word opgeneem en die elektron spring terug
die hoër energietoestand op. Na 'n ruk val die elektron weer af
en die foton sal vrygestel word.

V: bl 94 "Verskillende kleure beweeg teen verskillende snelhede"
Is dit deur 'n leë ruimte of deur 'n medium?

A: slegs deur middel van 'n medium. Deur die ruimte (wat 'n vakuum is), is alle golflengtes
ry met dieselfde spoed.

V: bl 103 alle elemente het protone en die aantal elektrone is altyd
gelyk aan die aantal protone?

* A: Die atome van alle elemente het protone. In werklikheid is dit die aantal
protone wat bepaal watter element dit is. Waterstof het een proton,
helium het twee, ens. Ook het alle atome dieselfde aantal elektrone
as protone, om die atoom elektries neutraal te hou. As 'n atoom verloor
elektrone, dit het meer positiewe protone as elektrone wat negatief gelaai is, en
dit word wat 'n positiewe ioon genoem word. Net so as 'n atoom meer verdien
elektrone as protone, kry u 'n negatiewe ioon.

V: Die vraag wat ek vir hoofstuk drie het, het daarmee te make
Figuur 3.6. Op 'n spesifieke golflengte, 'n spesifieke
kleur verskyn. Maar ek verstaan ​​nog steeds nie waarom nie
is pieke op die krommes. Ek sou aanvaar dat as die
as die golflengte toeneem, sal die kleur na 'n rooi kleur verander
en daar sou net een kurwe wees om dit aan te dui
verander. Sal u asseblief verduidelik?

A: Die drie kurwes in fig. 3.6 stem ooreen met die lig wat deur drie uitgestraal word
verskillende voorwerpe van verskillende temperature. Al drie straal lig uit oor a
sekere kleure, maar die warmste straal meer blou lig uit as enige
ander kleur. 'N Ander, koeler voorwerp straal meer geel lig uit as enige ander
kleur. En die coolste voorwerp straal meer rooi lig uit as enige ander kleur.

V: Die boek beskryf fotone as 'deeltjies'. Wat presies is 'n "deeltjie?"
Het dit protone, neutrone en elektrone?

A: 'Deeltjie' beteken in hierdie geval net 'klein diskrete stukke'. Om dit te sê
fotone optree soos deeltjies beteken dat u dinge soos tel kan doen
hulle.

V: Tot dusver in die klas lyk dit asof dinge moet draai of inbeweeg
sirkels as gevolg van swaartekrag en voorwerpe wat nie deur 'n swaartekrag veroorsaak word nie
word gesê dat dit in 'n reguit lyn beweeg. So hoe kom / pas golwe in?

* A: Lig, en alle ander golwe, beweeg wel in 'n reguit lyn. Later in
die
natuurlik kan ons praat oor swaartekrag wat die pad wat die lig beweeg, buig. Dit
is nie omdat die lig soos by die massiewe voorwerp aangetrek word nie
'n gravitasiekrag, maar omdat (volgens Einstein se generaal
relatiwiteit)
swaartekrag buig eintlik ruimte en laat IT krom, en die lig net
beweeg reguit deur geboë ruimte. Nogal wild, he?

V: Waarom kies die boek golwe?

A: In sommige omstandighede moet u die golfaspek van lig in ag neem
om te verduidelik hoe dit optree in ander omstandighede wat u die deeltjie benodig
aspek. Jy kan nie een gooi nie.

V: "Die golf-deeltjie-dualiteitmodel stel ons in staat om 'n soortgelyke verbinding te maak
tussen golflengte en kleur vir fotone. Sodoende kan ons ook karakteriseer
fotone op hul golflengtes. "Fotone het golflengtes?

V: Ek dink nie ek verstaan ​​die Doppler Shift baie goed nie. Gebruik die
voorbeeld
in die boek stuur 'n polisieman radargolwe wat terugkyk as korter
golwe. Beteken dit dat die motor iets aan die branders doen soos ons?
o-sone verander sonlig wanneer dit in die aarde kom en voorkom die meeste daarvan
van terugvlug na die ruimte?

A: Dit is 'n ander effek as die osoon. Die enigste manier waarop ek kan dink
om dit op 'n versadigde manier te verduidelik, sal 'n prentjie teken en verduidelik
dinge toe ek die prentjie teken. Gaan loer gerus een of ander tyd by my kantoor in, dan sal ek
gaan graag hierdie voorbeeld saam met een van u deur!

V: Hoofstuk 3: As lig hoër energie met hoër frekwensie kan hê, en
golflengte kan hiervan onafhanklik wees, hoe kan die vergelyking [(snelheid van
lig in vakuum) = (frekwensie) (golflengte)] nog hou? Is dit 'n relatiwiteit?
ding, of vergis ek my met die feit dat frekwensie onafhanklik kan wees van
golflengte (ek kan onthou dat Prof Basri dit genoem het - kom dit slegs voor in
spesiale situasies, soos wanneer die snelheid van die lig ook wissel - dit wil sê wanneer dit
is dit nie in 'n lugleegte nie?)

A: Golflengte is NIE onafhanklik nie! Dit is altyd waar dat energie is
eweredig aan frekwensie. Dit is altyd waar dat golflengte x frekwensie =
snelheid van die golf. Dit moet dus waar wees dat energie omgekeerd is
proporsioneel
tot golflengte.

V: hoe uniek is emissiespektrums vir verskillende elemente? Is hulle almal
heeltemal anders, en kan die spektrum van een element verwar word vir,
sê, die spektrum van twee ander elemente wat gemeng is? Met ander woorde,
kyk na die absorpsiespektrum van 'n mengsel van verskeie gasse?
moontlik om presies te bepaal watter elemente in daardie mengsel voorkom, of
is daar onduidelikheid in die lesings?

A: Die spektrale eienskappe van enige atoom, molekule of ioon is VOLTOOI
uniek en gee sterrekundiges 'n ongelooflike akkurate vingerafdruk wat aandui
die samestelling van alles waarna ons kyk.

V: Hoe kan 'n mens sien watter soort gas die lig uitstraal?

A: U kyk of die spektrumlyne is wanneer u die breek
met 'n prisma, kyk na watter elemente of verbindings of ione daaruit uitstraal
spektrale lyne.

V: As lig "elektromagneties" genoem word, beteken dit dan dat dit magneties is? i
dink nie regtig daaraan om ander dinge te lok of af te weer nie.

* A: Die amplitude van die EM-golwe in die lig is so klein dat dit nie sou nie
enigiets makroskopies beïnvloed. Wanneer 'n foton egter 'n elektron teëkom,
dit kan van die elektron verstrooi en die elektron in sommige afstuur
rigting
soos twee biljartballe wat bots. Maar dit is nie omdat die foton nie
die elektron fisies getref het. Die elektron is 'n gelaaide deeltjie, en
dus
toe die foton verbygaan, is die elektromagnetiese veld van die foton en die
elektriese veld van die elektron versteur mekaar.

V: Ek het eintlik al 'n rukkie daaraan gedink. Ek het
het al vir een ding gewonder en niemand wat ek al gevra het nie, weet dit nie
antwoord. Hoe werk diffraksie?

* A: Ek kan nie regtig agterkom hoe ek dit kan beantwoord sonder om 'n prentjie te teken nie
(meer as een kleurpen sou help) en om die prentjie aan die gang te verduidelik.
Kom loer gerus een of ander tyd by my kantoorure in, en ek sal dit graag doen
onderwerp met jou!

V: Wat beteken 'n prisma ('n glaspiramide?)
doen om al die lig in 'n spektrum te skei. Terwyl ek gelees het, word ek
baie geïnteresseerd in ligte van straling. Ek het nog altyd vir
sy vermoë gegee om deur die ruimte te reis. Ek wil graag verder gaan
bespreek die steurings in die elektriese en magnetiese velde wat veroorsaak
hierdie ongelooflike beweging.

* A: Dit is albei redelik betrokke onderwerpe wat nie regtig beantwoord kan word nie
vinnig. Weereens, kom loer in by my kantoorure, en ek gesels graag daaroor
hierdie onderwerpe.


4 antwoorde 4

U misverstand is baie algemeen en maklik om te maak. Basies is die termodinamika van ideale mono-atomiese gasse wat studente gewoonlik eers voorstel. Dit is goed, want dit is eenvoudig en maklik om te verstaan, maar dit kan problematies wees omdat kenmerke spesifiek vir die eenvoudige stof verkeerd verstaan ​​kan word as algemene kenmerke van alle stowwe.

In 'n ideale mono-atoomgas kan lig interaksie hê deur verspreiding of absorbeer 'n hoeveelheid energie wat ooreenstem met 'n atoomoorgang *. Let op, in laasgenoemde geval word die foton nie deur die elektron geabsorbeer nie, maar deur die atoom as geheel omdat die atoom verskillende interne toestande het wat ooreenstem met die geabsorbeerde energie. As gevolg hiervan is ideale monoatomiese gasse geneig om deursigtig te wees, behalwe op 'n paar smal ** frekwensies.

Beskou nou 'n molekulêre gas. Net soos 'n atoom interne toestande het wat 'n elektron nie het nie, het 'n molekule ook interne toestande wat 'n atoom nie het nie. Sommige toestande stem ooreen met elektronoorgange in die molekule, maar ander stem ooreen met rotasie- of vibrasie-modusse. Die molekulêre elektroniese oorgange gekombineer met die molekulêre trillings- en rotasie-oorgange gee aanleiding tot 'n menigte absorbsielyne wat dikwels deurlopende absorpsiebande vorm, so baie keer is dit sigbaar nie deursigtig nie.

Oorweeg nou 'n vaste vorm. Net soos 'n molekule state het dat 'n atoom dit nie het nie, het 'n vaste stof ook 'n molekuul. Die rotasie- en vibrasiemodusse kry addisionele vryheidsgrade en kan oor redelik groot groepe molekules (bv. Fonone) inwerk. Hierdie toestande kan energievlakke hê wat so nou geleë is dat dit deurlopende bande vorm en energiebande genoem word. Enige energie in die band kan maklik opgeneem word. Dit maak die meeste vaste stowwe ondeursigtig, aangesien hulle breë stralingsbande absorbeer.

Ten slotte, as 'n foton geabsorbeer word, kan dit weer op dieselfde golflengte vrygestel word om terug te val na die oorspronklike energietoestand. As daar egter ander energietoestande beskikbaar is, kan die energie op verskillende energievlakke vrygestel en behou word. 'N UV-foton kan byvoorbeeld geabsorbeer word en 'n sigbare foton kan uitgestraal word, tesame met 'n toename in 'n rotasie van vryheid.

* Selfs vir 'n ideale mono-atoomgas is daar ander minder algemene meganismes soos ionisasie en diep-onelastiese verspreiding, maar vir die duidelikheid word dit hier verwaarloos.

** Let daarop dat selfs vir 'n ideale mono-atoomgas die frekwensiebande nie oneindig smal is nie, maar 'n bietjie breed is. Dit word deur twee faktore veroorsaak. Ten eerste word die breedte van die pieke fundamenteel beperk deur die tyd-energie-onsekerheidsverhouding wat sê dat $ 2 Delta T Delta E ge hbar $ waar $ Delta E $ die breedte van die energieband en $ Delta is T $ is die leeftyd van die oorgang. Tweedens, willekeurige termiese beweging van die gas sal Doppler en drukverbreding van die frekwensie veroorsaak.


5 Antwoorde 5

Hierdie vraag handel oor die aard van die elektromagnetiese veld. Die elektromagnetiese veld is 'n fisiese stelsel wat die meeste deur die kwantumveldteorie beskryf word, en die resultate stem ooreen met dié van die klassieke veldteorie in sekere beperkende gevalle. Die 'foton' is 'n fisiese prentjie wat ons 'n nuttige manier bied om sekere aspekte van hierdie veld voor te stel. Dit is hoofsaaklik 'n manier om op te spoor energie bewegings.

Die belangrikste ding wat u moet weet, is dat energie behoue ​​bly, maar fotone nie. Wanneer energie van 'n ander vorm na 'n elektromagnetiese vorm beweeg, word fotone geskep. Wanneer energie van 'n elektromagnetiese vorm na ander vorme beweeg, word fotone vernietig.

'N Ander manier om dieselfde te sê, is om op te let dat wanneer 'n elektron van 'n hoër na 'n laer energievlak in 'n atoom beweeg, dit doen deur die manier waarop die lading op die omringende elektromagnetiese veld druk, sodat dit op 'n hoër amplitude vibreer. (die elektriese en magnetiese dele begin albei vibreer). Hierdie vibrasie, wanneer dit op 'n vaste frekwensie plaasvind, kan gemaklik gemodelleer word deur te sê dat dit 'n vaste hoeveelheid energie het, gelyk aan $ h f $, waar $ h $ die konstante van Planck is en $ f $ die frekwensie. As hierdie $ h f $ gelyk is aan die energieverandering $ Delta E $ in die atoom, dan sê ons een foton is geskep. U kan ook gevalle vind waar twee fotone geproduseer word, een met frekwensie $ f_1 $ en die ander teen $ f_2 $, en dan $ h f_1 + h f_2 = Delta E $. Hierdie soort proses is baie skaarser, maar dit illustreer dat energie behoue ​​bly, maar 'n gegewe hoeveelheid energie kan fisies op meer as een manier uitgedruk word.

Uiteindelik kan 'n foton by 'n ander atoom aankom en opgeneem word. Wat dan gebeur, is dat die ossillerende elektromagnetiese veld op die elektrone in die atoom druk totdat een van hulle meer energie kry. Die veldvibrasie val dan weg as die energie oorgedra word. Ons som die proses op deur te sê dat die foton geabsorbeer is. Of, as u wil, die foton 'sterf'. Dit is net nog 'n manier om te sê dat die veld nie meer vibreer nie.

'N Foton is net 'n golf van verandering in die agtergrond elektromagnetiese veld. Of, om meer presies te wees, dit is 'n pakkie elektromagnetiese energie wat onherleibaar is sonder om die frekwensie van die ossillasie te verander.

Wetende dat 'n foton 'gebore' word wanneer een vorm van energie omgeskakel word in elektromagnetiese energie (bv. Van 'n elektron se potensiële energie as dit oorgaan van die opgewekte toestand na 'n laer toestand of van termiese energie in die emissie van swartliggaam of van massa-energie in deeltjiesvernietiging. ). Omgekeerd 'sterf' 'n foton wanneer die elektromagnetiese energie daarvan in 'n ander vorm van energie getransformeer word. Enkele voorbeelde hiervan kan wees deur die opwekking van 'n elektron in 'n atoom, dit kan opgeneem word en in termiese energie verander word, dit kan gebruik word in die vervaardiging van deeltjiespare, of dit kan in massa verander word wanneer dit in 'n swart gat val.

Dis dit. Om te weet dat 'n foton net 'n pakkie energie is, beteken dat die reëls vir energiebesparing van toepassing is. Energie kan nie geskep of vernietig word nie *, maar net in 'n ander vorm omskep word. Dus kan 'n foton in ander energie getransformeer word en dus "sterf" op enige manier wat ons kan gebruik om energie van een vorm na 'n ander om te skakel.

wil net meer daaroor leer.

Begin met die elektromagnetiese spektrum met frekwensies van baie klein tot baie hoog. Die sigbare spektrum, kleur wat u dit noem, is 'n klein deel van die spektrum. Elektromagnetiese golwe word beskryf deur die klassieke Maxwell-vergelykings.

Toe het ons gevind dat alles op mikroskopiese vlak die kwantummeganika en die deeltjie volg foton bou in superposisie op met miljoene ander van dieselfde energie om die klassieke elektromagnetiese golf te vorm, waarvan die kuns die kleurspektrum is wat ons oë sien.

Dan kom biologie in, en kleurpersepsie. Wat ons oë rooi noem, is nie die rooi in die spektrum nie (die reënboog het byvoorbeeld die suiwer frekwensies). Dit word kleurpersepsie genoem. Ons oë noem swart die afwesigheid van die waarneembare kleure, maar die voorwerp genaamd swart straal steeds fotone uit volgens sy temperatuur.

Fotone word op twee maniere geskep, en altyd geld kwantum mechancis.

a) wanneer 'n gelaaide deeltjie versnel of vertraag, in wisselwerking met 'n veld, magneties of elektries, kom 'n foton uit, met die waarskynlikheid gegee deur kwantummeganiese berekeninge

b) wat u beskryf, individuele atome in opgewekte energievlakke wat deur die kwantummeganiese oplossings gegee word, kan ontbreek en fotone gee. Wanneer fotone van daardie energie 'n atoom ontmoet, kan hulle dit op 'n hoër vlak verstrooi en opwek, sodat die foton geabsorbeer word en 'sterf'.

c) meer algemeen in materie wat bestaan ​​uit kwantummeganiese entiteite, atome, molekules, tralies van molekules, die oplossing van die vergelykings definieer vaste energievlakke vir die elektrone / kerne / atome / molekules / roosterposisies. Aangesien alle materie 'n spesifieke temperatuur het en die temperatuur met kinetiese energie verbind word, genereer die beweging van hierdie kwantumgelaaide eenhede 'n spektrum van fotone uit opwekking en uitbarsting, genaamd swartliggaamstraling. Die absorpsie is die "dood" van daardie foton.

Die kleur wat ons as swart sien, beteken dat dit sigbare fotone absorbeer en energie optel. Dus is 'n swart oppervlak in die son warmer as 'n wit, wat sigbare lig weerkaats.

Dit is dus nie net om te bons nie, maar ook om op verskillende maniere te kommunikeer met die saak op pad dat 'n foton 'sterf'.

Soos in die kommentaar gesê, is daar meer as een manier om 'n foton te skep. Maar die beskrywing wat u gee, is redelik akkuraat vir die proses wat u beskryf. Die foton wat deur die eerste elektronoorgang gegenereer word, ontmoet 'n ander atoom en is verstrooi. In die proses kan 'n elektron in die tweede atoom in teorie al die energie van die foton absorbeer, in 'n opgewekte toestand beweeg en dan afbreek tot 'n laer toestand wat foton (s) uitstraal. Of in die meer algemene geval van verstrooiing dra die foton 'n bietjie momentum en energie aan die elektron toe en weerkaats met minder momentum en energie, alles op so 'n manier om albei hoeveelhede te bespaar. U gebruik die woord "die". Ek dink om die toestand te beskryf waar die foton nie meer deel is van die prentjie nie, maar skilder dan 'n prentjie waar een of ander telefoon terugkom. 'N Mens sou kon sê dat in een van die proses wat ek beskryf het die aanvanklike foton verdwyn het, ophou bestaan ​​en 'n nuwe foton gegenereer word. Daar hoef niks met die oorspronklike foton te gebeur nie. Die belangrikste is dat energie en momentum in die proses bewaar word. Op kwantumveldvlak ondergaan fotone 'n proses waar hulle spontaan deeltjie-deeltjiepare genereer wat weer kombineer om weer "die foton" te word. En elektronies gee ook fotone uit en herabsorbeer dit. Hierdie prosesse word gekombineer om gekorrigeerde waardes van lading, massa en moontlik ander hoeveelhede te produseer. Dit word in QFT renormalisering genoem. 'N Versameling gelaaide deeltjies en fotone kan beskou word as 'n stelsel en die elemente van die individuele komponente in daardie stelsel. Wat belangrik is, is dat al die relevante meganiese eienskappe behoue ​​bly. Ons verwys dus soms na die konfigurasie van al hierdie komponente as die toestand van die stelsel eerder as om op elke deeltjie te fokus asof dit 'n identiteit het. In gevalle waar lig volledig geabsorbeer word en nie weer in vrye ruimte uitgestraal word nie, gaan die energie nie verlore nie, maar word dit vasgevang in die materiaal as termiese energie, of 'n ander soort meganiese energie soos akoestiese vibrasies. Sommige emissies vind steeds plaas in die vorm van hitte, maar 'n spesifieke komponent van die stelsel kan nie aan die oorspronklike foton toegeskryf word nie, aangesien daar soveel binne gebeur. Hierdie tipe interaksie is nie 'n fundamentele proses nie.Ons hanteer dit gewoonlik statisties.

Wat die fakkelvoorbeeld betref, is dit nie duidelik dat u aanname waar is nie. Sterre is fakkels in die pikswart grot met leë ruimte (tot 'n mate). Die teorie gaan in teorie vir ewig aan, maar die intensiteit sal afneem omdat fotone van die bron af in verskillende rigtings beweeg. In 'n atmosfeer soos lug sal daar 'n mate van verswakking wees wat die lig sal laat afneem as gevolg van absorpsie en diffuse verstrooiing. Vanuit 'n deeltjie-fisiese oogpunt het die foton nie 'n leeftyd nie, dit verval nie vanself nie. Dit dra by tot prosesse deur interaksie met ander deeltjies en vind uit dat die prosesse kan ophou bestaan ​​as 'n komponent van die hele stelsel.

Sover ek verstaan ​​word 'n foton geproduseer, of 'gebore', wanneer 'n elektron van 'n hoë energietoestand terugbeweeg na sy normale energietoestand.

Dit sal redelik wees om te dink dat presies die teenoorgestelde gebeur, en dit is inderdaad die saak (met 'n paar opsionele ekstra besonderhede wat nie belangrik is nie).

Fotosintese is een van die toepassings van die natuur waar hierdie effek direk gebruik word (in 'n baie ingewikkelde proses wat klein hoeveelhede energie in 'n lang ketting elektrontransmissies afkrap, en uiteindelik 'n oksiwaterstofgasreaksie doen sonder om nabygeleë dinge in die lug te blaas. darn cool) om hoë-energieke chemiese dinge op te bou uit lae-energieke komponente. Alhoewel, elektrone in elk geval opgewonde raak, of iemand dit 'goed gebruik' of nie. En dan, 'n rukkie later, iets gebeur (ons kan nie weet wat nie). Een ding wat kan gebeur, is dat 'n ander foton uitgestraal word, 'n ander ding is sommige onbekend, ewekansig chemiese reaksie wat energie benodig, moet plaasvind. Dikwels is dit ongeag onbekende reaksie is 'n bron van radikale. Dit is terloops een van die redes waarom ons velkanker weens UV-lig kry.

wat gebeur as lig stop [. ]
As u in 'n groot en pikswart grot staan ​​en 'n fakkel skyn, sal die lig net so ver dra.

Dit is nie wat nie regtig gebeur. Drie dinge kom hier voor. In die eerste plek versprei fotone in die ruimte, en die ruimte is geneig om dinge baie gretig te "verbruik". Die wiskundige formulering daarvan is 'afstandsverswakking'. Alhoewel 'n mens sou dink dat die hoeveelheid fotone die helfte van twee keer so ver weg is, verminder dit in werklikheid n kwart ("inverse vierkante"). Klaarblyklik versmoor iets wat so werk baie vinnig alles wat "baie eindig" is soos bv. lig wat van 'n fakkel af kom. Dit maak nie saak soveel vir 'prakties oneindige' dinge soos die son nie, maar in beginsel is dit natuurlik ook waar. Dus, die hoeveelheid lig wat deur 'n fakkel in 'n groot grot gestort word, is nie baie groot nie.
Die tweede ding is dat "ietwat naby aan nul" en "nul" presies dieselfde is. U oë kan nie enkele fotone sien nie (wel, u oë is tegnies in staat is om 'n enkele foton te ontvang, maar die biochemiese weg of die verwerking werk ook nie so nie). Daar is nog baie lig in die pikswart grot (wel, baie is miskien ietwat oordrewe) jy nie in staat is om dit te sien nie.
Laastens is daar lug in u pikswart grot, en daar is stof en dampe in die lug. Al hierdie absorbeer en / of reflekteer fotone in 'n sekere mate. Die "weerkaats" -gedeelte is die rede waarom u die ligbol gereeld kan "sien" as dit eintlik glad nie moontlik is nie (wat presies is dit wat u sou verwag om te sien!). Aan die ander kant, sal die lig wat weg weerkaats, nie u oog tref nie (anders as terloops, nadat u dit nog een keer gereflekteer het). Wat geabsorbeer word, is op die een of ander manier verdwyn, sodat dit nie die res van die pikswart grot verlig nie.

die kleur swart "absorbeer lig" - beteken dit dat die kleur swart "fotone" eet?

Die teenoorgestelde is die geval. Alle materiale absorbeer in 'n sekere mate lig. Sommige absorbeer slegs baie min daarvan en slegs in 'n baie nou frekwensie. Sommige absorbeer groot hoeveelhede, en in 'n groot frekwensiegebied. Daardie materiale verskyn swart vir jou, want swart is jou opvatting dat geen lig jou oog ontmoet nie. Dit is nie die swart nie absorberend fotone, maar jy sien swart omdat hulle opgeneem is. Let op dat iets baie goed swart kan voorkom en terselfdertyd baie fotone kan uitstraal (u kan slegs 'n relatiewe klein reeks sien).
Dinge kan redelik misleidend wees. Dit lyk asof glas glad nie lig absorbeer nie (kyk uit u venster!), Maar dit is glad nie waar nie. Dit absorbeer slegs 'n relatief klein

8-10%) hoeveelheid lig dat jy kan sien. As u bv. UV-lig of infrarooi, dinge lyk heeltemal anders!

gebeur dieselfde "foton-dood" wanneer 'n foton die retina in 'n persoon se oog tref?

Ja. Die foton prikkel 'n elektron in 'n rodospinemolekule (daar is 'n paar variante hiervan) en dit is daarna "weg". Die oorgedraagde energie veroorsaak 'n strukturele verandering in die proteïen wat 'n G-proteïen aktiveer. Die een skop 'n sekere hoeveelheid van die tweede boodskapper cGMP af. As daar genoeg van is rondom (nie die geval vir 'n enkellopend foton), besluit die sel om te vuur, en dan besluit 'n neurale netwerk aan die agterkant van die retina wat sommige gebiede op 'n onduidelike manier saamtrek, om 'n impuls na u brein te stuur of nie. Eers dan, na nog 'n paar duisend herhalings, het u die kans om iets te sien.


Verwante simulasies

HTML5-sims kan op iPads en Chromebooks gebruik word, sowel as PC-, Mac- en Linux-stelsels in moderne webblaaiers. Skakel asseblief enige blaaieruitbreidings uit as u probleme ondervind met die gebruik van 'n HTML5-sim op 'n ondersteunde platform.

Android:
Nie amptelik ondersteun nie. As u die HTML5-sims op Android gebruik, beveel ons aan dat u die nuutste weergawe van Google Chrome gebruik.

Chromebook:
Jongste weergawe van Google Chrome
Die HTML5- en Flash PhET-sims word op alle Chromebooks ondersteun.
Chromebook-versoenbare sims

Windows-stelsels:
Microsoft Edge, nuutste weergawe van Firefox, nuutste weergawe van Google Chrome.

Macintosh-stelsels:
macOS 10.13+, Safari 13+, nuutste weergawe van Chrome.


In die algemeen sal 'n opgewonde vlak spontaan terugval na 'n laer vlak, of selfs terugval as daar tussen die toepaslike vlak bestaan. Elke meganiese kwantumvlak het 'n breedte wat gegee word deur die waarskynlikheid dat dit 'n elektron kan absorbeer as dit leeg is of as dit vol is.

Om te bestudeer hoe lasers gemaak word, wat 'n oorbevolkte vlak benodig wat 'n sneller benodig om na 'n laer energie te gaan, is verhelderend:

Die bereiking van 'n beduidende inversie van populasie in atoom- of molekulêre energietoestande is 'n voorwaarde vir laserwerking. Elektrone sal normaalweg in die laagste beskikbare energietoestand woon. Hulle kan verhoog word tot opgewekte toestande deur absorpsie, maar geen noemenswaardige versameling elektrone kan opgevang word deur absorpsie alleen nie, aangesien beide spontane emissie en gestimuleerde emissie hulle weer sal laat val.

'N Populasie-inversie kan nie met net twee vlakke bereik word nie, want die waarskynlikheid vir absorpsie en spontane emissie is presies dieselfde, soos getoon deur Einstein en uitgedruk in die Einstein A- en B-koëffisiënte. Die lewensduur van 'n tipiese opgewekte toestand is ongeveer 10-8 sekondes, dus in praktiese terme, die elektrone val weer af deur fotonemissie ongeveer so vinnig as wat u dit na die boonste vlak kan pomp.

Laserstrale moet noukeurig gebou word, soos u in hierdie skakel kan sien.

Die elektroniese toestande van 'n molekule is eie funksies van die tydonafhanklike Schrodinger-vergelyking (met 'n paar benaderings soos die Born-Oppenheimer benadering). Dit beteken dat daardie state tydonafhanklik is, dus sal 'n grondstaat nooit tot 'n opgewonde toestand styg nie en 'n opgewonde staat nooit weer tot 'n grondtoestand verval nie.

In die teenwoordigheid van 'n foton het ons egter ook die ossillerende elektriese veld van die foton, en dit voeg 'n nuwe term by tot die Schrodinger-vergelyking, sodat die grond en die eerste opgewekte toestande nie meer eie funksies is nie en hulle kan meng. Dus, die gekombineerde stelsel van die grondtoestand plus 'n foton het 'n deel van die opgewekte toestand wat ingemeng is, en dit beteken dat die waarskynlikheid bestaan ​​dat wanneer ons die molekule waarneem, dit in die opgewekte toestand is.

Ons kan hierdie waarskynlikheid bereken deur gebruik te maak van versteuringsteorie, en die vergelyking word Fermi se goue reël genoem. Deur hierdie berekening te doen, word ons vertel hoe waarskynlik die foton is om die atoom tot die opgewekte toestand te bevorder, en ons sal sien dat dit afhang van die fotonenergie en die waarskynlikheid is slegs hoog as die fotonenergie ooreenstem met die energieverskil tussen die toestande.

Hierdie berekening is net dieselfde as dit omgekeerd gedoen word. As ons met die opgewekte toestand begin, kan ons die waarskynlikheid bereken dat dit weer in die grondtoestand plus 'n foton kan ontwikkel, en dit gee ons die leeftyd van die opgewekte toestand. Hierdie vervalproses is die spontane emissie wat u in u vraag genoem het. Dit gebeur omdat die opgewekte toestand 'n deel van die gemengde grond + fotontoestand bevat.

In die opgewonde toestande word elektrone nie konstant gebly nie. Hulle wissel egter voortdurend, hierdie skommeling is nie genoeg om terug te keer na die grondtoestand nie. Daar is effekte van buite wat ons opgewekte elektron op mekaar inwerk. Soos kosmiese agtergrondstrale. Wanneer kosmiese agtergrondgolwe die opgewekte toestande aanraak, kom elektrone terug na sy grondtoestand. Hierdie situasie is ook die antwoord op die betekenis van die energie-tydonsekerheidsbeginsel $ Delta E Delta t ge hbar / 2 $. Aangesien $ Delta E $ nie nul kan wees nie, aangesien daar 'n skommeling is, is $ Delta t $ nie oneindig nie. Maar in die grondtoestand waar fluktuasie nie bestaan ​​nie, kan elektron by oneindige $ Delta t $ bly

Daar is geen eksperimentele middele waardeur u kan veroorsaak dat 'n atoom ''n foton absorbeer nie. Oorgaan na 'n hoër energietoestand.' Wat u kan doen, is om 'n lig op atome te skyn en die intensiteit van verspreide lig te meet. Dit is die ENIGSTE eksperiment wat ooit gedoen is om die onderwerp van hierdie vraag aan te spreek. Die idee dat die verspreide lig (wat u kan meet) die resultaat is van sommige van die atome wat "fotone" absorbeer, "oorgaan na hoër energietoestande" en "oorgaan (terug) na laer energietoestande (via) spontane emissie". dit is alles teoretiese konstrukte wat voortvloei uit sekere interpretasies van die kwantumteorie. Hulle is nooit direk waargeneem nie, en kan nie direk waargeneem word nie.

Daar is 'n ander manier om hierdie eksperiment te analiseer sonder om die idee van fotone te gebruik. U kan die elektron in die atoom as 'n harmoniese ossillator beskou, waarvan die k (veerkonstante) maklik bereken word uit die vergelyking van Schroedinger. U kan die invallende ligintensiteit in 'n ossillerende elektriese veld omskakel. U kan klassieke meganika op die ossillerende veld en die gelaaide harmoniese ossillator toepas om die grootte van die ossillasie te bereken. U kan dan die klassieke antenneteorie gebruik om die resulterende verstrooiing te bereken.

As u dit alles doen (en dit reg doen), sal u die korrekte antwoord vir die verspreide straling kry. U sal dieselfde resultaat kry as wat u volgens eksperiment waarneem. U sal die regte antwoord kry. U hoef nie te praat oor absorberende fotone en spontane emissie nie.

Terloops, as ek verkeerd is met die idee dat u die regte antwoord kry, is ek beslis NIE verkeerd oor die feit dat u die berekening kan doen soos hierbo uiteengesit nie. Voordat iemand my antwoord benadeel, moet hulle die berekening doen vir o, kom ons sê die waterstofatoom en wys my dat hulle 'n ander antwoord as die eksperiment kry.

U kan sommige van my berekeninge hieroor sien deur skakels in my blogpost "Daar is geen ertjieskieters vir fotone" nie.


Waarom beteken E = mc ^ 2?

Beeldkrediet: Einstein verkry spesiale relatiwiteit, 1934, via. [+] http://www.relativitycalculator.com/pdfs/einstein_1934_two-blackboard_derivation_of_energy-mass_equivalence.pdf.

Sommige konsepte in die wetenskap is so wêreldveranderend - so diep - dat byna almal weet wat dit is, al verstaan ​​hulle dit nie heeltemal nie. Einstein se bekendste vergelyking, E = mc ^ 2, val in die kategorie en stel dat die energie-inhoud van 'n massiewe liggaam gelyk is aan die massa van die voorwerp maal die snelheid van die lig in die kwadraat. Net in terme van eenhede is dit sinvol: energie word gemeet in Joules, waar 'n Joule 'n kilogram · meter kwadraat per sekonde in kwadraat is, of 'n massa vermenigvuldig met 'n snelheid in kwadraat. Maar daar kon ook 'n soort konstante wees: 'n faktor van 2, π, ¼, ens. Dinge kon 'n bietjie anders gewees het as ons heelal net 'n bietjie anders was. Maar op die een of ander manier, E = mc ^ 2 is presies wat ons het, met niks meer en niks minder nie. Soos Einstein dit self gestel het:

Dit volg uit die spesiale relatiwiteitsteorie dat massa en energie albei maar verskillende manifestasies van dieselfde ding is - 'n ietwat onbekende opvatting vir die gemiddelde denke.

Die teenwoordigheid van glikoaldehiede - 'n eenvoudige suiker - in 'n interstellêre gaswolk. Beeldkrediet: ALMA. [+] (ESO / NAOJ / NRAO) / L. Calçada (ESO) & amp NASA / JPL-Caltech / WISE Team.

Enersyds het ons voorwerpe met massa: van sterrestelsels, sterre en planete tot by molekules, atome en fundamentele deeltjies self. So klein as wat hulle kan wees, het elke bestanddeel van wat ons as materie ken, die fundamentele eienskap van massa, wat beteken dat selfs al neem u al sy beweging weg, al vertraag u dit sodat dit heeltemal in rus is, dit het steeds 'n invloed op elke ander voorwerp in die heelal. Spesifiek, elke individuele massa oefen swaartekrag uit op al die ander in die heelal, ongeag hoe ver die voorwerp is. Dit probeer om al die ander daarheen te lok, dit ervaar 'n aantrekkingskrag tot alles, en ook, dit het 'n spesifieke hoeveelheid energie inherent aan die bestaan ​​daarvan.

Illustrasie van hoe massiewe liggame - soos die aarde en die son - die weefsel van die ruimte verdraai. Beeld. [+] krediet: T. Pyle / Caltech / MIT / LIGO Lab.

Maar u hoef nie massa te hê om energie te hê nie. Dit is heeltemal masseloos dinge in die heelal: byvoorbeeld lig. Ook hierdie deeltjies dra sekere hoeveelhede energie, iets wat maklik is om te verstaan ​​uit die feit dat hulle met dinge kan omgaan, daardeur opgeneem kan word en daardie energie na hulle kan oordra. Lig met voldoende energieë kan materie verhit, addisionele kinetiese energie (en snelheid) daaraan verleen, elektrone opskop tot hoër energieë in atome of dit heeltemal ioniseer, afhangende van hul energie.

Boonop word die hoeveelheid energie wat 'n massa-vryde deeltjie (soos lig) bevat, slegs bepaal deur die frekwensie en golflengte daarvan, waarvan die produk altyd gelyk is aan die snelheid waarmee die massa-vrye deeltjie beweeg: spoed van lig . Groter golflengtes beteken dus kleiner frekwensies en dus laer energie, terwyl korter golflengtes hoër frekwensies en hoër energie beteken. Alhoewel u 'n massiewe deeltjie kan vertraag, sal pogings om energie uit 'n masselose deeltjie te verwyder, sy golflengte net verleng en nie die minste vertraag nie.

Hoe langer die golflengte van 'n foton is, hoe minder energie. Maar alle fotone, ongeag. [+] golflengte / energie, beweeg teen dieselfde snelheid: die snelheid van die lig. Beeldkrediet: NASA / Sonoma State University / Aurore Simonnet.

Ons dink normaalweg aan energie, ten minste in die fisika, as die vermoë om een ​​of ander taak te verrig: wat ons die vermoë noem om werk te doen. Wat kan jy bereik as jy net daar sit, vervelig, in rus, soos massiewe deeltjies? En wat is die energieverbinding tussen massiewe en massalose deeltjies?

Die sleutel is om jou voor te stel om 'n deeltjie antimaterie en 'n deeltjie materie (soos 'n elektron en 'n positron) te neem, dit saam te bots en masselose deeltjies (soos twee fotone) uit te haal. Maar waarom is die energieë van die twee fotone gelyk aan die massa van die elektron (en positron) maal die snelheid van die lig in die kwadraat? Waarom is daar nie 'n ander faktor in nie, waarom moet die vergelyking wees? presies gelyk aan E = mc ^ 2 ?

Beeldkrediet: Einstein verkry spesiale relatiwiteit, 1934, via. [+] http://www.relativitycalculator.com/pdfs/einstein_1934_two-blackboard_derivation_of_energy-mass_equivalence.pdf.

Interessant genoeg, as die spesiale relatiwiteitsteorie waar is, moet die vergelyking presies E = mc ^ 2 wees, sonder afwykings. Kom ons praat oor waarom dit is. Om mee te begin, wil ek hê dat u moet dink dat u 'n boks in die ruimte het, dit is perfek stilstaan , met twee spieëls aan weerskante, en 'n enkele foton wat na een spieël binne beweeg.

Die aanvanklike opstelling van ons gedagte-eksperiment: 'n foton met momentum en energie wat binne-in 'n beweeg. [+] stilstaande, massiewe boks. Beeldkrediet: E. Siegel.

Aanvanklik gaan hierdie kassie perfek stilstaan, maar aangesien fotone energie dra (en momentum), wanneer die foton met die spieël aan die een kant van die boks bots en afbons, gaan die boks begin beweeg in die rigting wat die Die foton het aanvanklik binne gereis. Wanneer die foton die ander kant bereik, sal dit weerkaats van die spieël aan die oorkant, en die momentum van die boks weer na nul verander. Dit sal so bly weerspieël, met die boks wat die helfte van die tyd na die een kant toe beweeg en die ander helfte van die tyd stilstaan.

Met ander woorde, hierdie boks gaan gemiddeld beweeg, en dus - aangesien die boks massa het - gaan dit 'n sekere hoeveelheid kinetiese energie hê, alles te danke aan die energie van daardie foton. Maar waaroor dit ook belangrik is om na te dink, is momentum, of wat ons beskou as die hoeveelheid beweging van 'n voorwerp. Fotone het 'n momentum wat op 'n bekende en reguit manier verband hou met hul energie en golflengte: hoe korter jou golflengte en hoe hoër jou energie, hoe hoër is jou momentum.

Die energie van 'n foton hang af van die golflengte, dit het 'n langer golflengte en is laer in energie en. [+] korter golflengtes is hoër. Beeldkrediet: Wikimedia Commons-gebruiker maxhurtz.

Laat ons dus nadink oor wat dit kan beteken: ons gaan 'n gedagte-eksperiment doen. Ek wil hê dat u moet nadink oor wat gebeur as dit net die foton is wat aan die begin vanself beweeg. Dit gaan 'n sekere hoeveelheid energie en 'n sekere mate van momentum daaraan verbonde hê. Albei hierdie hoeveelhede moet bewaar word, dus op die oomblik word die energie deur die golflengte, die boks, bepaal enigste het die energie van sy rusmassa - wat dit ook al is - en die foton het almal die momentum van die stelsel, terwyl die vak 'n momentum van nul het.

Nou bots die foton met die boks en word tydelik geabsorbeer. Momentum en energie albei bewaar moet word, is albei fundamentele wette vir bewaring in hierdie heelal.As die foton geabsorbeer word, beteken dit dat daar net een manier is om momentum te behou: om die boks met 'n sekere snelheid in dieselfde rigting te laat beweeg as wat die foton beweeg.

Energie en momentum van die boks, na-absorpsie. As die kassie nie hierdeur voordeel trek nie. [+] interaksie, dit is onmoontlik om beide energie en momentum te bespaar. Beeldkrediet: E. Siegel.

Tot dusver, so goed, reg? Nou eers kan ons na die kassie kyk en onsself afvra wat die energie daarvan is. As dit blyk dat, as ons van die standaard kinetiese energieformule af gaan - KE = ½mv ^ 2 - weet ons vermoedelik die massa van die boks en, volgens ons begrip van die momentum, die spoed daarvan. Maar as ons die energie van die boks vergelyk met die energie wat die foton voor die botsing gehad het, kom ons agter dat die boks het nou nie genoeg energie nie!

Is dit 'n soort krisis? Nee, daar is 'n eenvoudige manier om dit op te los. Die energie van die boks / fotonstelsel is die rusmassa van die boks plus die kinetiese energie van die boks plus die energie van die foton. Wanneer die boks die foton absorbeer, moet baie van die foton se energie ingaan verhoog die massa van die boks. Sodra die boks die foton absorbeer, is die massa daarvan anders (en verhoog) as wat dit was voordat dit met die foton omgekom het.

Nadat die muur van die boks weer 'n foton uitstraal, moet momentum en energie steeds behoue ​​bly. Beeld. [+] krediet: E. Siegel.

As die boks die foton weer in die teenoorgestelde rigting uitstraal, kry dit nog meer momentum en spoed in die voorwaartse rigting (gebalanseer deur die foton se negatiewe momentum in die teenoorgestelde rigting), nog meer kinetiese energie (en die foton het ook energie) , maar dit moet verloor 'n deel van sy rusmassa ten einde te vergoed. Wanneer u die wiskunde uitwerk (hier op drie verskillende maniere, hier en hier, met 'n goeie agtergrond hier), kom u agter dat die enigste energie / massa-omskakeling wat u in staat stel om sowel energiebesparing as die behoud van momentum saam te kry, is E = mc ^ 2 .

Massa-energie-omskakeling, met waardes. Beeldkrediet: Wikimedia Commons-gebruiker JTBarnabas.

Gooi enige ander konstante daar in en die vergelykings balanseer nie, en jy kry energie om elke keer as jy 'n foton absorbeer of verloor, op te neem of te verloor. Sodra ons uiteindelik antimaterie in die dertigerjare ontdek het, het ons die eerste keer die verifikasie gesien dat u energie in massa en weer in energie kan verander, met die resultate wat presies ooreenstem met E = mc ^ 2, maar dit is gedink eksperimente soos hierdie wat ons in staat gestel het om die resultate dekades voordat ons dit ooit waargeneem het. Slegs deur 'n foton te identifiseer met 'n effektiewe massa-ekwivalent van m = E / c ^ 2 kan ons energie sowel as momentum bespaar? Alhoewel ons sê E = mc ^ 2, Einstein het dit eers op 'n ander manier geskryf en 'n energie-ekwivalente massa toegewys aan massalose deeltjies.

Daar moet wel 'n ekwivalensie bestaan ​​tussen massa en energie, maar dit is die dubbele behoefte om beide energie en momentum te bespaar wat ons vertel waarom daar net een moontlike waarde vir die konstante is wat die twee kante van die vergelyking in verband bring: E = mc ^ 2, met niks anders toegelaat nie. Besparing van energie en momentum albei blyk iets te wees wat ons Heelal vereis, en daarom is E = mc ^ 2.


2.6 Die vorming van spektrale lyne

Teen die begin van die twintigste eeu het fisici aansienlike bewyse versamel dat lig soms optree op 'n manier wat eenvoudig nie deur die golfteorie van straling verklaar kan word nie. Soos ons pas gesien het, behels die produksie van absorpsie- en emissielyne slegs sekere baie spesifieke golflengtes van die lig. Hierdie resultaat sal nie verwag word as lig slegs as 'n deurlopende golf optree en materie altyd die wette van die Newtonse meganika gehoorsaam nie. Dit het duidelik geword dat wanneer lig op baie klein skale met materie in wisselwerking tree, dit nie op 'n gladde, deurlopende manier doen nie, maar op 'n diskontinue, stapsgewyse manier. Die uitdaging was om 'n verklaring vir hierdie onverwagse gedrag te vind. Die oplossing het 'n rewolusie vir ons natuurbeskouing gemaak en vorm nou nie net die grondslag vir fisika en sterrekunde nie, maar vir feitlik die hele moderne wetenskap.

Om die vorming van spektrale lyne te verklaar, moet ons nie net die aard van die lig verstaan ​​nie, maar ook iets van die struktuur van atome& # x2014 die mikroskopiese boustene waaruit alle materie gebou is. Laat ons begin met die eenvoudigste atoom, waterstof, wat uit 'n elektron bestaan, met 'n negatiewe elektriese lading, wat om 'n proton wentel, wat 'n positiewe lading dra. Die proton vorm die sentrale kern (meervoud: kerne) van die atoom. Omdat die positiewe lading op die proton die negatiewe lading op die elektron presies kanselleer, is die waterstofatoom as geheel elektries neutraal.

Hoe hou hierdie prentjie van die waterstofatoom verband met die kenmerkende emissie- en absorpsielyne wat verband hou met waterstofgas? As 'n atoom energie in die vorm van straling absorbeer, moet die energie interne verandering veroorsaak. En as die atoom energie uitstraal, moet dit êrens binne die atoom kom. Die energie wat deur die atoom geabsorbeer of vrygestel word, hou verband met veranderinge in die beweging van die wentelektron.

Die Deense fisikus Niels Bohr het die eerste teorie van die atoom wat 'n uiteensetting gegee het van die waargeneem spektrumlyne van waterstof, gegee. Hierdie teorie staan ​​nou eenvoudig bekend as die Bohr-model van die atoom. Die belangrikste kenmerke daarvan is soos volg. Eerstens is daar 'n toestand met die laagste energie & # x2014die grondtoestand& # x2014 wat die & # x201Cnormale & # x201D toestand van die elektron voorstel as dit om die kern wentel. Tweedens is daar 'n maksimum energie wat die elektron kan hê en steeds deel van die atoom kan wees. Sodra die elektron meer as die maksimum energie verkry, is dit nie meer aan die kern gebind nie, en word gesê dat die atoom geïoniseer. 'N Atoom met minder (of meer) as die normale elektronkomplement, en dus 'n netto elektriese lading, word 'n genoem ioon. Derdens, en die belangrikste (en ook die minste intuïtief), tussen die twee energievlakke, kan die elektron slegs in sekere skerp gedefinieerde energietoestande bestaan, dikwels na verwys as orbitale.

Daar word gesê dat 'n atoom in 'n opgewonde toestand wanneer 'n elektron 'n ander baan as die grondtoestand inneem. Die elektron lê dan op 'n groter as normale afstand van sy ouerkern, en die atoom het 'n groter as normale hoeveelheid energie. Die opgewekte toestand met die laagste energie (dit wil sê die een wat die naaste aan die grondtoestand is) word die genoem eerste opgewonde toestand, dat met die tweede laagste energie die tweede opgewonde toestand, en so aan.

'N Atoom kan opgewonde raak deur 'n mate van ligenergie uit 'n bron van elektromagnetiese straling op te neem, of deur byvoorbeeld met 'n ander deeltjie en 'n ander atoom te bots. Die atoom kan egter nie vir ewig in daardie toestand bly nie. Na ongeveer dit moet terugkeer na sy grondtoestand.

Figuur 2.18 Moderne Atoom Die moderne siening van die waterstofatoom sien die elektron as 'n & # x201Ccloud & # x201D rondom die kern. Dieselfde twee energietoestande word getoon as in Figuur 2.17.

Die deeltjie-aard van straling

Hier is nou die belangrike punt wat atome met straling verbind en ons toelaat om atoomspektra te interpreteer. Aangesien elektrone slegs in orbitale met spesifieke energieë bestaan, kan atome slegs spesifieke hoeveelhede energie absorbeer namate hul elektrone in opgewekte toestande versterk word. Net so kan atome slegs spesifieke hoeveelhede energie uitstraal namate hul elektrone terugval na laer energietoestande. Dus, die hoeveelheid ligenergie wat in hierdie prosesse opgeneem of vrygestel word moet presies ooreenstem met die energieverskil tussen twee orbitale. Dit vereis dat lig geabsorbeer en uitgestraal moet word in die vorm van min & # x201Cpackets & # x201D elektromagnetiese straling, wat elkeen 'n baie spesifieke hoeveelheid energie dra. Ons noem hierdie pakkies fotone. 'N Foton is in werklikheid 'n & # x201deeltjie & # x201D van elektromagnetiese straling.

Die idee dat lig soms nie as 'n deurlopende golf nie, maar as 'n stroom deeltjies optree, is in 1905 deur Albert Einstein voorgestel. Om al die eksperimentele resultate wat toe bekend was, te verklaar, het Einstein gevind dat die energie wat in 'n foton vervat is, eweredig moet wees aan die frekwensie van die bestraling:

Dus, byvoorbeeld, het 'n & # x201Cred & # x201D foton met 'n frekwensie van (wat ooreenstem met 'n golflengte van ongeveer 750 nm, of 7500 & Aring) die energie van 'n & # x201Cblou & # x201D foton, van frekwensie van omdat dit verbind die energie van 'n foton met die kleur van die lig wat dit voorstel, is hierdie verhouding die laaste stuk in die raaisel van hoe om die spektra wat ons sien te verstaan.

Omgewingstoestande bepaal uiteindelik watter beskrywing & # x2014golf of stroom deeltjies & # x2014 beter pas by die gedrag van elektromagnetiese straling. In die makroskopiese sfeer van die alledaagse ervaring word bestraling as 'n golf beter beskryf, en in die mikroskopiese domein van atome word dit die beste gekenmerk as 'n stroom deeltjies.

Die spektrum van waterstof

Die opname en emissie van fotone deur 'n waterstofatoom word in Figuur 2.19 geïllustreer. Figuur 2.19 (a) toon die atoom wat 'n foton van straling absorbeer en 'n oorgang maak van die grondtoestand na die eerste opgewekte toestand, waarna 'n foton van presies dieselfde energie uitstraal en terugval na die grondtoestand. Die energieverskil tussen die twee toestande stem ooreen met 'n ultraviolet foton, met golflengte 121,6 nm (1216 & Aring).

Figuur 2.19 Atoom-opwinding (a) Die opname van 'n ultraviolet foton (links) deur 'n waterstofatoom veroorsaak die oombliklike opwekking van die atoom in sy eerste opgewekte toestand (middel). Uiteindelik keer die atoom terug na sy grondtoestand (regs), en gee sodoende 'n foton met dieselfde energie as die oorspronklike foton. (b) Die absorpsie van 'n hoër-energie ultraviolet foton kan die atoom in 'n hoër opgewekte toestand opjaag, waarvandaan daar verskillende paaie na die grondtoestand is. Boonop val die elektron onmiddellik terug na die grondtoestand en gee 'n foton uit wat identies is aan die wat dit geabsorbeer het. Aan die onderkant val die elektron eers in die eerste opgewekte toestand en lewer dit sigbare adiasie van golflengte 656,3 nm en die kenmerkende rooi gloed van opgewekte waterstof. Die voorwerp getoon in die inzetstuk, aangedui N81, is 'n emissienevel: 'n interstellêre wolk wat grotendeels bestaan ​​uit waterstofgas wat opgewek word deur straling te absorbeer wat deur uiters warm sterre (die wit gebiede naby die sentrum) uitgestraal word. (Inlas: NASA)

Klassieke waterstofatoom deel 1

Klassieke waterstofatoom deel 2

Figuur 2.19 (b) toon die absorpsie van 'n meer energieke (hoër frekwensie, korter golflengte) ultraviolet foton, wat 'n golflengte van 102,6 nm (1026 & Aring) het, wat veroorsaak dat die atoom na die tweede opgewonde toestand. Vanuit daardie toestand kan die elektron via een van twee alternatiewe paaie na die grondtoestand terugkeer.

  1. Dit kan direk teruggaan na die grondtoestand toe en 'n ultraviolet 102,6 nm foton uitstoot wat identies is aan die een wat die atoom in die eerste plek opgewonde gemaak het.
  2. Alternatiewelik kan dit waterval een baan op 'n slag af, uitstoot twee fotone: die een het 'n energie gelyk aan die verskil tussen die tweede en eerste opgewekte toestande, en die ander het 'n energie gelyk aan die verskil tussen die eerste opgewekte toestand en die grondtoestand.

Die opname van meer energie kan die elektron tot selfs hoër orbitale binne die atoom verhoog. Namate die opgewekte elektron terugval na die grondtoestand, kan die atoom baie fotone uitstraal, elk met 'n ander energie en dus 'n ander kleur, en die resulterende spektrum toon baie verskillende spektrale lyne. In die geval van waterstof, produseer alle oorgange wat op die grondtoestand eindig ultravioletfotone. Afwaartse oorgange wat eindig op die eerste opgewekte toestand gee aanleiding tot spektrale lyne in of naby die sigbare gedeelte van die elektromagnetiese spektrum (Figuur 2.13). Omdat hulle die maklikste waarneembare deel van die waterstofspektrum vorm en die eerste ontdek is, is hierdie lyne (ook bekend as Balmer lyne) word dikwels net die & # x201CH-waterstofreeks & # x201D genoem en word aangedui met die letter H. Individuele oorgange word met Griekse letters gemerk, in volgorde van toenemende energie (dalende golflengte): die lyn stem ooreen met die oorgang van die tweede na die eerste opgewekte toestand en het 'n golflengte van 656,3 nm (rooi) (derde tot eerste) het golflengte 486,1 nm (groen) (vierde tot eerste) het golflengte 434,1 nm (blou) ensovoorts. Ons sal hierdie benamings (veral en) gereeld in latere hoofstukke gebruik.

Bohr Atom en Spectra

Kirchhoff & # x2019 se wette verduidelik

Kom ons heroorweeg ons vroeëre bespreking van emissie- en absorpsielyne in terme van die model wat pas aangebied is. In Figuur 2.16 (b) skyn 'n bundel deurlopende straling deur 'n wolk koel gas. Die straal bevat fotone van alle energieë, maar die meeste van hulle kan nie met die gas in wisselwerking tree nie, want die gas kan slegs fotone met presies die regte energie absorbeer om 'n elektron van een baan na 'n ander te laat spring. Fotone wat energie het wat nie so 'n sprong kan veroorsaak nie, wissel glad nie met die gas nie. Hulle gaan ongehinderd daardeur. Fotone met die regte energie word geabsorbeer, wek die gas op en word van die balk verwyder. Dit is die oorsaak van die donker absorpsielyne in die spektrum. Hierdie lyne is direkte aanwysers van die energieverskille tussen orbitale in die atome waaruit die gas bestaan.

Die opgewekte gasatome keer vinnig terug na hul oorspronklike toestande, wat elk een of meer fotone uitstuur. Die meeste van hierdie herontwerpte fotone vertrek onder die hoeke nie neem hulle deur die gleuf en na die detector. 'N Tweede detector wat van die kant af na die wolk kyk (Figuur 2.16c) sal die vrygestelde energie as 'n emissiespektrum opneem. (Dit is wat ons sien in die inlas van figuur 2.19.) Net soos die absorpsiespektrum is die emissiespektrum kenmerkend van die gas, nie van die oorspronklike balk nie.

Alle waterstofatome het dieselfde struktuur & # x2014 'n enkele elektron wat om 'n enkele proton wentel & # x2014, maar natuurlik is daar baie ander soorte atome wat elkeen 'n unieke interne struktuur het. Die aantal protone in die kern van 'n atoom bepaal die element wat die atoom voorstel. Dit wil sê, net soos alle waterstofatome 'n enkele proton het, het alle suurstofatome agt protone, alle ysteratome het 26 protone, ensovoorts.

Figuur 2.20 Helium en koolstof (a) 'n Heliumatoom in sy grondtoestand. Twee elektrone beset die laagste energie-baan rondom 'n kern wat twee protone en twee neutrone bevat. (b) 'n Koolstofatoom in sy grondtoestand. Ses elektrone wentel om 'n ses-proton, ses-neutronkern, twee van die elektrone in 'n binnebaan, die ander vier op 'n groter afstand van die middelpunt.

Nog meer komplekse spektra word vervaardig deur molekules. 'N Molekuul is 'n stewig gebonde groep atome wat saam gehou word deur interaksies tussen hul wentelende elektrone en interaksies genoem. chemiese bindings. Net soos atome, kan molekules slegs in sekere goed gedefinieerde energietoestande bestaan, en weer, soos atome, produseer molekules emissie- of absorpsiespektrumlyne wanneer hulle 'n oorgang van een toestand na 'n ander maak. Omdat molekules meer kompleks is as atome, is die reëls van die molekulêre fisika ook baie meer kompleks. Nietemin, soos met atoomspektrale lyne, het noukeurige eksperimentele werk gedurende baie dekades die presiese frekwensies bepaal waarteen miljoene molekules straling uitstraal en absorbeer. Hierdie lyne is molekulêre vingerafdrukke, net soos hul atoomgenote, wat navorsers in staat stel om een ​​soort molekule te identifiseer en te bestudeer, met uitsluiting van alle ander.

Molekulêre lyne lyk gewoonlik min met die spektrale lyne wat verband hou met hul komponentatome. Figuur 2.21 (a) toon byvoorbeeld die emissiespektrum van die eenvoudigste molekule wat bekend is & # x2014 molekulêre waterstof. Let op hoe verskillend dit is van die spektrum atoomwaterstof wat in deel (b) getoon word.

Spektraallyn-analise

Sterrekundiges pas die wette van spektroskopie toe om straling van buite die aarde te analiseer. 'N Nabygeleë ster of 'n verre sterrestelsel neem die plek van die gloeilamp in ons vorige voorbeelde in, 'n interstellêre wolk of 'n sterre (of selfs planetêre) atmosfeer speel die rol van die tussenliggende koelgas, en 'n spektrograaf wat aan 'n teleskoop geheg is, vervang ons eenvoudige prisma. en detektor. Hieronder word 'n paar eienskappe van emittors en absorbeerders gelys wat bepaal kan word deur die noukeurige ontleding van bestraling wat op (of naby) die aarde ontvang word. Ons sal ander belangrike voorbeelde teëkom namate ons studie van die kosmos ontvou.

  1. Die samestelling van 'n voorwerp word bepaal deur die spektrumlyne daarvan met die laboratoriumspektra van bekende atome en molekules aan te pas.
  2. Die temperatuur van 'n voorwerp wat 'n deurlopende spektrum uitstraal, kan gemeet word deur die algehele verspreiding van straling met 'n swartliggaamkromme te pas.
  3. Die (siglyn) snelheid van 'n voorwerp word gemeet deur die Doppler-verskuiwing van sy spektrale lyne te bepaal (sien Afdeling 2.7).
  4. 'N Voorwerp & # x2019's rotasiesnelheid kan bepaal word deur die verbreding te meet (uit te smeer oor 'n reeks golflengtes) wat deur die Doppler-effek geproduseer word in uitgestraalde of gereflekteerde spektraallyne.
  5. Die druk van die gas in die uitstralende gebied van 'n voorwerp kan gemeet word aan die neiging om spektrale lyne uit te smeer of te verbreed. Hoe groter die druk, hoe breër is die lyn.
  6. Die magnetiese veld van 'n voorwerp kan afgelei word uit 'n kenmerkende splitsing wat dit in baie spektrale lyne produseer, wanneer 'n enkele lyn in twee verdeel word. (Dit staan ​​bekend as die Zeeman-effek.)

Gegewe voldoende sensitiewe toerusting, is daar amper geen einde aan die magdom data wat in sterlig vervat is nie. Dit kan egter 'n baie moeilike taak wees om te ontsyfer in watter mate elk van baie mededingende faktore die spektrum beïnvloed. Tipies word die spektra van baie elemente op mekaar geplaas, en verskeie fisiese prosesse vind gelyktydig plaas, wat elkeen die spektrum op sy eie manier verander. Die uitdaging waarvoor sterrekundiges te staan ​​kom, is om die mate waarin elke meganisme bydra tot spektraallynprofiele te ontrafel en dus sinvolle inligting oor die bron van die lyne te verkry.

Op watter maniere verskil elektronbane in die Bohr-atoom van planeetbane om die son?

Hoe bepaal die struktuur van 'n atoom die emissie- en absorpsiespektrum van die atoom?

Waarom is dit so belangrik vir sterrekundiges om spektrumlyne in detail te ontleed?


Moet 'n foton presies die regte energie hê om deur 'n gasmolekule opgeneem te word? - Sterrekunde

ANTWOORD SLEUTEL
NA MIDDELLIKE OEFENVRAE 2015

drukker vriendelike pdf

1a. Y = sigbare liggedeelte van spektrum 1b. Z = infrarooi deel van spektrum 1c. X = UV-deel van die spektrum

2. (c) aangesien daar 3 elektrone in die atoom uitgebeeld word, en dit neutraal is, moet daar 3 protone in die kern wees. [sien bl 13 in Klasnotas vir 'n oorsig]

3. (d) wanneer energie deur 'n elektron geabsorbeer word, spring dit na 'n hoër energievlak.Onthou dat 'n elektron MATERIAAL is, terwyl 'n foton ENERGIE is - die SAAK doen die absorberende en uitstoot, terwyl die FOTO van energie die ding is wat geabsorbeer of uitgestraal word.

4. ONWAAR Ons het nog nie veel oor die osoongat gepraat nie - dit is NIE hoe dit werk nie, of waarom dit belangrik is, sodat die stelling onwaar is. Maar het u in u gedagtes saamgevoeg hoe die aarde koel word? ANTWOORD: Die aarde koel af deur 'n groot deel van sy infrarooi (IR) straling uit te straal om deur die IR Atmosferiese Venster uit te ruim!

5. WAAR 6. (d) sien p. 43 in SGC-E-teks Hoofstuk 3: afdeling oor planetêre energiebalans

7. (a) dit is net die omgekeerde van die & quotmantra-aanhaling & quot in die blokkie onderaan p 21 van Klasnotas (onder die spotprent met die tou wat geskud word): & quot Hoe korter die golflengte hoe groter die energie & amp hoe hoër is die frekwensie & quot

8. (c)

9. (d) [Sien die afdeling oor & quotFysical Causes of the Greenhouse Effect & quot 'op pp 48-50 in SGC-E-Text Hoofstuk 3 vir 'n oorsig van hierdie konsep]

10. (c) sien die afdeling in SGC-E-teks waarna hierbo # 9 verwys word.

11. (b) sien p 33 in Klasnotas en die Tabel 3-2 en 3-3 in SGC-E-teks

12. (b) Onthou dat kort golflengtes, hoë frekwensie en hoë energie alles saamgaan, en maak seker dat u verstaan ​​dat ultraviolet (UV) golflengtes korter is as infrarooi (IR) golflengtes. Nog 'n belangrike ding om te onthou is dat ENIGSTE infrarooi (IR) energie is betrokke by die kweekhuiseffek !!

13. (d) Hierdie een neem deeglike leeswerk. Daar is iets verkeerd in elke keuse, maar (d). Keuses (a) en (c) impliseer dat lang golflengtes en warm temperature saamhang, maar u moet onthou dat die wet van Wein 'n omgekeerde verband tussen golflengte en temperatuur is, sodat dit nie korrek kan wees nie. Keuse (b) beskryf die verband tussen golflengte en stralingsintensiteit (energievloei), nie temperatuur nie, daarom is dit ook verkeerd. Dit laat keuse (d), wat die & quotmantra & quot vir Wein's Law is.

[WENK VAN DIE TOETS: let op dat die gedrukte frases in vraag # 13 daar is om u te help om soortgelyke klinkende frases te sorteer. Soek na leidrade soos hierdie in die regte eksamen en NEEM U TYD sodat u die regte antwoord logies kan uitsorteer op grond van wat u ken en leidrade wat in die vraag gegee word. ]

14. (c) Met behulp van die logika hierbo beskryf, hou slegs (c) golflengte (lambda) met temperatuur in 'n omgekeerde verband in verband.

15. (d) Om hierdie antwoord korrek te beantwoord, moet u die onderliggende beginsel van absorpsiekurwes verstaan. Elke kurwe stel die golflengtes voor wat maklik deur 'n spesifieke stof (gewoonlik 'n gas) of 'n groep gasse geabsorbeer kan word. Nie alle stowwe absorbeer en straal dieselfde golflengtes energie uit nie, selfs al is die temperatuur van die stof presies dieselfde. Dit is waar dat (a), (b) en (c) almal korrekte stellings is gebaseer op die stralingswette, maar slegs (d) kom tot die kern van die rede waarom verskillende gasse verskillende absorpsiekurwes het.

16. (c) Grafiek B, beide op die son en op die aarde, is die grafiek van absorpsie deur osoongas. Dit toon aan dat osoon skadelike UV-golflengtes kan absorbeer (daarom is die osoonlaag in die stratosfeer voordelig) en dit kan ook IR-golflengtes absorbeer (daarom kan osoon ook as 'n kweekhuisgas beskou word).

[OPMERKING: Osoon tree op twee verskillende maniere in op Global Change-kwessies: (1) as 'n faktor in die osoonlaag en die kwessie van osoon & kwotgat & quot (wat ons later bespreek), en (2) as 'n kweekhuisgas. Dit is TWEE VERSKILLENDE KWESSIES met baie verskillende prosesse betrokke! Die sleutel tot die begrip van die verskil tussen die twee kwessies is die dubbele eienskappe van osoonabsorpsie - die feit dat osoon 'n broeikasgas is wat IR-straling absorbeer, is 'n totaal ander eienskap as die addisionele vermoë om in die UV-deel van die spektrum op te neem . Moenie hierdie twee dinge verwar nie. ]

17. (a) wees versigtig om materie en energie deurmekaar te maak - fotone is elektromagnetiese energie, protone is deeltjies in 'n atoom!

18. (c) Hier moet u vertroud wees met die golflengtes van die maksimum emissie van energie deur beide die son (0,5 mikrometer in die middel van die sigbare liggedeelte van die spektrum) en die aarde (10,0 mikrometer in die infrarooi (IR) deel van die spektrum. Keuse (d) stel dinge agteruit ten opsigte van die kweekhuiseffek. Keuse (e) klink miskien na die regte antwoord, maar onthou dat die son in ALLE golflengtes uitstraal, nie net sigbare lig nie.

19. (b) 20. (c) 21. (a) hersien bl 42 in Klasnotas

22. (b) U kan hierdie een uitvind as u onthou dat die kortste golflengtes die skadelikste is omdat dit die hoogste frekwensie golflengtes van elektromagnetiese energie bevat. U moet ook onthou dat die osoonlaag die skadelikste golflengtes van UV-straling (UVC en sommige UVB) absorbeer, maar nie UVA nie. Sien ook Pyle 3 & amp 4 in die figuur op p. 32 van Klasnotas. UVC-straling is baie skadelik, en gelukkig word beide UVC en die grootste deel van die UVB deur gasse in die atmosfeer geabsorbeer voordat hulle die aarde se oppervlak bereik. UVA (en eintlik 'n bietjie meer skadelike UVB) kom deur die atmosfeer na die oppervlak, daarom het ons sonskerm nodig!

23. Troposfeer 24. Stratosfeer 25. Mesosfeer 26. Termosfeer

[WENK: as dit as 'n meerkeusevraag voorkom, moet u dit nie laat val deur soortgelyke klank nie, maar verkeerde keuses soos: tropo pouse , strato pouse , & quotmenopouse & quot ens ens.

27. (c) Dit is nie (a) nie, want die atmosferiese druk neem af met die hoogte (sien Figuur 3-9a in SGC-E-teks). Dit is nie (b) nie omdat CO 2 konsentrasie (sowel as die konsentrasie van al die ander KHG's behalwe vir osoon) is die hoogste in die troposfeer. Dit is nie (d) nie, want die temperatuur is die warmste aan die aardoppervlak en daal dan deur die troposfeer - hierdie figuur toon dat die hoogste waardes in die stratosfeer is.

28. (b) Al die stellings beskryf aspekte van 'n stralingswet korrek, maar (b) is die enigste wat verband hou met die Inverse Square Law

29. (a) As u aandag gee tydens die "Noem die gas" -aktiwiteit, sal dit maklik wees - sien ook die kweekhuisgasoorsig op bl. 34 van Klasnotas.

30. (a) konveksie word gedefinieër as die oordrag van energie deur middel van grootskaalse bewegings van materie (onthou dat geleiding molekule-na-molekule-oordrag van energie is (met die molekules wat nie van posisie verander nie) en dat die oordrag van energie as LW (infrarooi) of SW (UV of sigbare lig) -straling kom voor as elektromagnetiese golwe wat energie kan oordra sonder materie.
BELANGRIK: Moenie uitgaande IR-bestraling met stygende warm lug verwar nie! Infrarooi (IR) is energie, NIE bewegende warm lug NIE - die IR-energie word NIE as hitte of warmte waargeneem voordat dit deur iets geabsorbeer word nie (bv. Kweekhuisgasmolekules, ens.)

31. (d) inkomende kortgolfenergie (UV, sigbare lig) word oorgedra as fotone of pulse van energie

32. (b) die sand sal vinniger opwarm en warmer word as die water omdat dit minder energie (in kalorieë) benodig om die temperatuur te verander. (Dit sal ook vinniger afkoel as die water) Onthou dat dit vanweë sy hoë spesifieke hitte- en hittevermoë langer neem om op te warm, maar sodra dit verhit is, sal dit hou daardie hitte langer. Stowwe met 'n laer spesifieke verwarmings- en hittevermoë (soos lug en grond) reageer makliker op veranderende insette van energie as water, en word vinniger warm en koel af.

33. (c) Figuur X impliseer dat die aard- / langgolf (LW) aardstraling weer terug op die aardoppervlak word gereflekteer. Wat regtig gebeur, is dat die IR-straling deur die kweekhuisgasse (GHG's) in die atmosfeer geabsorbeer word en dan weer na die oppervlak uitstraal. Soos in die klas bespreek, toon beide Y en Z die absorpsie en herstraling van IR, maar Y het ook 'n deel van die inkomende kortgolf (SW) / Sonstraling omring. Die broeikaseffek (GHE) behels SLEGS INFRAROE bestraling, dus om 'n deel van die Solar / SW te sirkel, maak Y 'n verkeerde keuse. WENK: As u gevra word om die deel van die figuur wat die GHE voorstel, te omring, moet u oppas dat u slegs die aardse IR / LW-stralingsgedeelte van die figuur sirkel en nie ook sommige van die Solar / SW nie!


34. (c) Ons het geleer dat 'n goed ontwerpte LED (gloeilamp) tot 80% doeltreffend kan wees, wat beteken dat die termiese energie wat verlore gaan as gevolg van ondoeltreffendheid 20% sal wees. Die toevoer van energie na 'n gloeilamp is elektriese energie.

35. (a) Die wet op die behoud van energie is dieselfde as die eerste wet op termodinamika]

36. (d) Kyk mooi na die figuur! Die termiese energievloei is aan die gang van die koue ysblokkie aan die warm vinger en dit oortree die 2de wet van termodinamika!

einde van meerkeusepraktykvrae

VOORBEELD OPSTELVRAAG (en nog 'n paar meerkeuse!)

37a. Van die drie getoonde figure, toon Figuur Y die beste weergawe van die kweekhuiseffek (hoewel u daarop let dat dit nie AL die paaie van SW en LW voorstel wat onderaan bladsy 29 in Klasnotas bespreek word nie.)

37b. (sien die onderstaande skets) Maak seker dat u NIE van die SW-stralingsgedeelte van die figuur sirkel nie - die KLEINHUISEFFEK behels ALLEENL (infrarooi) straling

37c. (Verduidelik dit HOEKOM Benewens die sê, is X en Z verkeerd HOEKOM Y is meer akkuraat.)

Figuur X toon alle landelike LW wat reguit na die ruimte uitstraal

Figuur Z impliseer dat die aardse LW tot op die aarde se oppervlak weerspieël word - dit is NIE wat gebeur nie!

Figuur Y is meer akkuraat, want dit toon aan dat die LW deur gasse in die atmosfeer geabsorbeer word en dan na die aardoppervlak teruggestraal word (nie gereflekteer word nie).

37d. Hier is die definisie in die Midterm Studiegids (onder Onderwerp 5): & quotDie kweekhuiseffek is die natuurlike meganisme waardeur die aarde se oppervlak verhit word deur infrarooi-absorberende gasse (dws kweekhuisgasse) in die atmosfeer. & Quot

Werk NOU aan u EIE bewoording van die konsep - moenie bogenoemde net memoriseer of herhaal nie. Vermy woorde soos & quotbounce & quot of & quotreflect & quot wanneer u langgolf infrarooi bestraling bespreek! Maak eerder seker dat die kweekhuisgasse IR absorbeer en dit dan weer uitstraal (uitstraal). Moet ook nie in u woorde verward raak nie en begin praat oor die kweekhuisgasse wat opgeneem word! Die gasse absorbeer en stuur die IR-straling uit, dit word NIE self opgeneem nie.

39. [Vir die antwoord, sien p 31-32 in Klasaantekeninge en die bespreking oor die struktuur van die atmosfeer in SGC-E-teks, hoofstuk 3.] Die troposfeer neem af in temperatuur met hoogte omdat dit hoofsaaklik verhit word van onder af deur aardse infrarooi energie wat vanaf die aardoppervlak opwaarts uitstraal. Die stratosfeer neem toe in temperatuur met hoogte omdat die osoonlaag in die stratosfeer is en hoe hoër u in die stratosfeer gaan, hoe meer inkomende UV word daar deur osoon (en suurstof) opgeneem. Wanneer hierdie gasmolekules die UV-straling met 'n hoë energie absorbeer, kry hulle energie en beweeg hulle vinniger (& quotjiggle & quot; meer) en word die atmosfeer dus warm op hierdie vlak. (Let egter daarop dat die lug in die stratosfeer baie minder dig is as die lug in die troposfeer.)

40. Hierdie vraag vra u om konsepte wat u geleer het toe te pas op 'n minder bekende onderwerp: die Kramer Junction-sonkragaanleg in die Gered deur die son video.

( a) ENERGIE word oorgedra van X-tot-Y (van die SON na die SINTETIESE OLIE in die rooi buise) deur STRALING

(b) Wanneer water in die Solar Super-verwarmer vat kook onmiddellik, kan die Y-tot-Z hitte-oordrag wat plaasvind, beskryf word
as die oordrag van SINGEWARMTE in die sintetiese olie aan LATENTE HITTE in die STOOM.
(Die terme in rooi was in u SGC-leesstuk, maar is nog nie in die klas bespreek nie)

OPMERKING: Daar is baie energie-oordragte aan hierdie sonkragaanleg !! Ek het 'n paar van die mees basiese vrae gekies om in hierdie vraag na te vra.

Het u 'n gevoel vir hoe verskil hierdie soort sonenergietegnologie van 'n fotovoltaïese sel? ANTWOORD: 'n fotovoltaïese sel behels dat fotone van die son deur 'n silikonlaag geabsorbeer word en dat die elektrone van hul atome in die silikonlaag losgeskop word, sodat elektrisiteit opgewek kan word. (As u nuuskierig is en meer inligting wil leer oor u Linking-to-Life-projek, besoek: http://www.pbs.org/wgbh/nova/tech/how-solar-cell-works.html en http: //www.pbs.org/wgbh/nova/tech/solar-tech.html

41. (sien skets hieronder) (As u 'n vraag soos hierdie het, moet u seker maak dat u al die aanwysings volg en dat u die skets (soos hieronder getoon) MERK, behalwe om die antwoord net in te teken.)

OPMERKING: Maak seker dat u die ELEKTRON wat tussen energievlakke spring spring, NIE 'n foton nie! Die elektron stuur of absorbeer 'n foton energie, nie andersom nie. Maak ook seker dat u die foton wys wat uitgestraal word as die elektron na 'n LAER energievlak spring. (Of as die vraag u vra om aan te toon wat gebeur as 'n foton geabsorbeer word, wys dan dat die elektron na 'n hoër energievlak spring.)

42. Die onderstaande skets stel 'n hipotetiese atmosfeer voor waarin ALLE UV geabsorbeer word, terwyl alle SIGBARE en IR-straling oorgedra word, of toegelaat word om deur die atmosfeer te kom:

43. Om dit te beantwoord, moet u dit weet Energie-effektiwiteit = werk verrig / energie gebruik Die werk wat gedoen word, is die produksie van elektrisiteit en die gebruikte energie is die energie uit steenkool, dus:

(a) Energie-effektiwiteit = 600 MW / 1200 MW = 50%

(c) Energie-effektiwiteit = 800 MW / 1200 MW = 66,7%

(b) U skets moet soos iets lyk:

WAAROM word hierdie golflengtebereik 'n & quotatmospheric venster genoem

44b. IR-atmosfeervenster: Sien die rooi lyn. U moet 'n sirkel hê rondom die oop (nie swart) gebiede in die deel van die spektrum wat ongeveer 8 - 12 & # 956m is. Let daarop dat daar 'n 'piek' van absorpsie is wat reg in die middel van die 8 - 12 & # 956m IR-atmosfeervenster plaasvind by

9.6 & # 956m .. Hierdie absorpsie word veroorsaak deur die gas osoon. (Sien bl 49 in SGC-E-teks en die onderskrif vir Fig. 3-13)

Waarom is dit so belangrik?

Onthou eers dat die UV / sigbare venster toelaat dat inkomende sonstraling (UV en sigbare) IN deur die aardoppervlak geabsorbeer word; die IR-venster laat uitgaande aardse IR-straling UIT na die ruimte. Gaan voort en verduidelik waarom die IR-venster belangrik is as 'n manier waarop die aarde homself kan afkoel.

45. (a) die landoppervlak warmer sou wees. Sien die tabel op p.38 in Klasnotas en die vrae en antwoorde onderaan daardie bladsy. Grond (wat bestaan ​​uit stowwe soos sand en rots) het 'n laer spesifieke hitte as water, sodat dit minder termiese energie verg om die land op te warm as die water. Daarom reageer die land vinnig op die insette en wil van sonenergie verhit vinniger as die water in die meer met dieselfde hoeveelheid energie wat gedurende die dag binnekom. Daar kan ook ander faktore wees wat verband hou met die verskille tussen land en water. . . maar die rol van spesifieke hitte is 'n belangrike punt wat u moet stel.

Sou die GROND-oppervlak die volgende dag met dagbreek steeds warmer wees as die MEER-oppervlak?
Water word stadiger opgewarm, maar sodra dit eers warm word, hou dit die hitte langer in as die land as gevolg van die hoër hittevermoë - dus nadat die son onder is en geen sonenergie meer ontvang word nie, dink aan watter 'n mens hou nog baie hitte aan die einde van die nag. ('N Analogie is die & quothot appeltert & quot-voorbeeld in die tekenprent op bl. 38 in Klasnotas.)

46. ​​Daar is verskillende maniere waarop dit beantwoord kan word, maar die beste verband tussen die drie figure het te doen met die osoonlaag in die stratosfeer. Figuur X toon die vertikale struktuur van die atmosfeer, en u kan dit begin deur hulle te etiketteer. Dan wys Figuur Y dat skadelike UVC + B in dieselfde laag opgeneem word as wat die opwarming in die stratosfeer plaasvind. Figuur Z is die absorpsiekurwe vir osoon en toon dat die osoon die vermoë het om die skadelike UV-straling op te neem - en dit is wat in die stratosfeer aangaan.

47. Om dit te beantwoord, is die punte wat u kan noem: Vragmotors het 'n groter massa, daarom het hulle meer traagheid, en meer brandstof is nodig om hulle aan die gang te kry (1ste Wet). Sodra 'n groot vragmotor beweeg, sal dit aanhou beweeg en meer momentum hê. Om 'n massiewe vragmotor (m) van stilstand te laat beweeg, moet dit versnel (a) wat 'n groot hoeveelheid krag (f) en die energie verg want die krag kom van brandstofverbruik. (2de wet)


Hoe Atome die Spectra produseer

Voorbeeld: 'n Atoom met 'n elektron by die E2 wentelbaan en wil na die onderste E1 energie wentelbaan. Dit gee 'n foton met energie af E = h f = E2 - E1. Die elektron kan in een sprong die grondtoestand bereik, of dit kan tydelik op een of meer energievlakke onderweg stop, maar dit kan NIE êrens stop nie tussen die energievlakke. Verskillende spronge lewer fotone van verskillende energieë op. 'N Groter sprong na 'n laer energievlak, produseer 'n foton met groter energie (kleiner golflengte).

Die atoom produseer lig van sekere golflengtes. (Onthou dat lig sowel 'n foton as 'n golf is!) Hoe meer atome 'n bepaalde oorgang ondergaan, hoe intensiewer sal die emissielyn wees. Die intensiteit hang af van die digtheid en temperatuur van die gas.

'N absorpsie lyn word geproduseer wanneer 'n foton van net die regte energie deur 'n atoom geabsorbeer word, wat 'n elektron na 'n hoër energiebaan skop. Die foton het energie = die verskil in energie van die energiebane. Omdat die energievlakke in die atome van 'n element vasgestel is, is die grootte van die uitspronge wat deur die elektrone gemaak word, dieselfde as die innerlike spronge. Daarom is die patroon van absorpsielyne dieselfde as die patroon van emissielyne. Ander fotone wat deur die gas met die verkeerde energie beweeg, gaan reg deur die atome in die dun gas. Dit vorm die res van die voortdurende spektrum wat u sien.

Voorbeeld: 'n Atoom met elektron in die E1 baan sien 'n foton met energie Efoton = E2 - E1. Die foton word geabsorbeer en elektron beweeg na E2. Die foton word later weer vrygestel, maar in a ewekansige rigting --- nie noodwendig in dieselfde rigting as die oorspronklike foton nie! 'N Waarnemer sal op die spesifieke frekwensie (kleur) minder fotone uit die rigting van die deurlopende bron sien as ander frekwensies (kleure). Fotone van ander energieë gaan verby sonder om opgeneem te word. Die atoom kan fotone van net die regte energie absorbeer om 'n elektron van een energievlak na 'n ander vlak te beweeg. Hoe meer atome 'n bepaalde absorpsie-oorgang ondergaan, hoe donkerder (of 'sterker') is die absorptielyn. Die sterkte van die absorberingslyn hang af van die digtheid en temperatuur.

A termiese spektrum word geproduseer deur atome wat nou verpak is. Die energievlakke van die atome word vervorm deur die naburige atoom se elektrone. Dit smeer die normaal skerp spektrumlyne uit (hulle word vetter).

Voorbeeld: 'n Oranje lyn word vetgemaak sodat die een rand in die geel golflengtes is en die ander in die rooi golflengtes. Die hoeveelheid smeer, of verbreding, hang af van die digtheid. Uiteindelik word die digtheid hoog genoeg tot waar die besmeerde lyne almal saamsmelt om die reënboog van kleure van 'n deurlopende spektrum te produseer.

Woordeskat

Hersien vrae

  1. Waar is elektrone, protone en neutrone in die atoom geleë? Kan die elektron op enige posisie of energie in die atoom gevind word?
  2. Hoe verklaar die Bohr-atoommodel emissielynspektra?
  3. Wat produseer 'n korter golflengte van die lig: 'n elektron wat van die 6de tot 2de energievlak spring, of een wat van die 3de na die 2de energievlak spring? Verduidelik u antwoord.
  4. Hoe verklaar die Bohr-atoommodel absorpsielynspektra?
  5. Wat 'n absorberingslyn by a sal lewer langer golflengte: 'n elektron wat van die eerste tot die vyfde energievlak spring, of een wat van die eerste tot die derde energievlak spring? Verduidelik u antwoord.
  6. Wat sal 'n sterker absorptielyn lewer: 'n 10.000 K wolk met 100 deeltjies voor 'n warm ster of 'n 10.000 K wolk met 1.000.000 deeltjies voor 'n warm ster? Hoekom is dit?
  7. As die atoom 'n foton absorbeer en later uitstraal, waarom sien ons hoegenaamd absorpsielyne?
  8. Hoe verklaar die Bohr-atoommodel termiese spektra?
  9. Hoe sal die spektra van atome van die waterstofisotope deuterium en tritium vergelyk met die spektra van gewone waterstofatome?
  10. Waarom sou u nie die absorpsielyne van die kalsiumioon verwag nie? Ca + dieselfde te wees as dié van neutrale kalsium Ca?
  11. Sal die waterstofioon H + enige absorberingslyne of emissielyne produseer? Verduidelik u antwoord.

Gaan na Astronomie-aantekeninge begin

Gaan na Astronomy 1-tuisblad

3 Februarie 1999 laas opgedateer

(661) 395-4526
Bakersfield College
Natuur- en Skeikunde Dept.
1801 Panorama Rylaan
Bakersfield, CA 93305-1219