Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Newton kísérletei a fehér fénnyel Sir Isaac Newton (1642–1727)

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Newton kísérletei a fehér fénnyel Sir Isaac Newton (1642–1727)"— Előadás másolata:

1 Newton kísérletei a fehér fénnyel Sir Isaac Newton (1642–1727)

2 Az infravörös sugárzás felfedezése Sir William Herschel (1738 – 1822) 1781: Herschel felfedezi az Uránuszt1800: Felfedezi az infravörös sugárzást

3 Az UV sugárzás felfedezése Johann Wilhelm Ritter (1776 – 1810) AgCl Ag + Cl UV 1801 fehérfekete

4 James Clerk Maxwell (1831 – 1879) Terjedési sebesség (fénysebesség vákuumban) c = m / s frekvencia, [Hz] (1 Hz = 1 1/s) hullámhossz, [m] A fény, mint elektromágneses sugárzás Elektromos térerő iránya és nagysága (vektora) Mágneses térerő iránya és nagysága (vektora)  = c /

5 A rádióhullámok felfedezése Heinrich Hertz (1847 – 1894) 1888

6 A Röntgen-sugárzás felfedezése Wilhelm Conrad Röntgen (1845 – 1923) 1901: fizikai Nobel-díj 1895

7 A fény, mint elektromágneses sugárzás Látható színkép infravörösláthatóUVRöntgen  -sugárzás mikrohullámrádióhullám hullámhossz / nm UV fényinfravörös sugárzás méret / Hz / m kis frekvencia, nagy hullámhossz nagy frekvencia, kis hullámhossz épületek emberek hangya tű foka egysejtű vírus fehérjék atomok atommag

8 A fotoelektromos jelenség evakuált üvegcső elektród árammérő elem Egy adott hullámhossz felett (frekvencia alatt) – függetlenül a fény intenzitásától – nem lép ki elektron!

9 A fény részecskéi, a fotonok kilépő elektronok fotonok nátrium fotonok: a fény részecskéi egy foton energiája: E = h· : fény frekvenciája h: Planck-állandó h= 6,626  10 −34 Js Albert Einstein (1879 – 1955) Max Planck (1858 – 1947) Nobel-díj: 1918 h· = W + E kinetikus W: kilépési munka E kinetikus : kilépő elektronok kinetikus energiája pl. vörös = 650 nm, E vörös foton = 2  10 −19 J

10 A fény James Clerk Maxwell (1831 – 1879) Elektromágneses sugárzás Louis-Victor de Broglie (1892 – 1987) Részecsketermészet Albert Einstein (1879 – 1955) 1905: fotoelektromos jelenség ↓ fényenergia-kvantum: foton Kettőstermészet 1924: minden anyagra:

11 A fény tulajdonságai Feketetest-sugárzás Wien-törvénye: max = b/T b= 2, (51) × 10 –3 m K spektrálisan: monokromatikus vonalas – atomi (molekuláris) gázok emissziója (sávos – fluoreszkáló oldatok) „fehér” – feketest-sugárzók

12 A csillagok mint feketetest- sugárzók

13 A fény energiája és intenzitása A foton (és a gerjesztés) energiája, lehetséges mértékegységek: A fény(impulzus) energiája: a fénynyalábban levő fotonok energiájának összege (a teljes spektrumra) A fénynyaláb teljesítménye: J /s (W) A fénynyaláb intenzitása: 1 cm –1 = 1, ∙10 –2 kJ / mol 1 eV = 96, kJ / mol 1 kcal / mol = 4, kJ / mol 1 MHz = 3, ∙10 –7 kJ / mol 1 E h (Hatree)= 2625,5 kJ / mol egyéb: erg, J, cal, kWh, …, nm, h, … Fluxus (felületi teljesítmény) [W/m 2 ], monokromatikus fényre [foton/s ∙ m 2 ] (Luminozitás: 1 cd (candela) = 1/683 W / 555 nm)

14 Sötét vonalak a Nap színképében Joseph von Fraunhofer (1787 – 1826) 514 vonal a napfény spektrumában Fraunhofer-vonalak: 1814 William Hyde Wollaston (1766 – 1828) vonalak a napfény spektrumában: 1802

15 A színes lángok színképe „vonalas” Sir John Frederick William Herschel (1792 – 1871) William Henry Fox Talbot (1800 – 1877) H Li Na A vonalak helyét a lángba bekevert anyagok határozzák meg!

16 A színképelemzés Gustav Kirchhoff (1824–1887) Robert W. Bunsen (1811–1899) Anyagok emissziós spektrumának vizsgálata Cs, Rb felfedezése Nap spektrumának spektrumának vizsgálata közel 40 elem azonosítása

17 A fény és az anyag kölcsönhatása Maggerjesztések Ionizáció Elektron- gerjesztés Molekula- rezgések gerjesztése Molekulák- forgásának gerjesztése Magspin- gerjesztés

18 A fény és az anyag kölcsönhatása E1E1 E2E2 E1E1 E2E2 E1E1 E2E2 abszorpció spontán emisszió stimulált (kényszerített) emisszió E1E1 E2E2 E1E1 E2E2 E1E1 E2E2 foton (h )

19 A fény és az anyag kölcsönhatása A 21, B 1 2, B 21 : Einstein-féle koefficiensek N 1, N 2 : az alap- és a gerjesztett állapotban levő részecskék száma  : a sugárzás energiasűrűsége frekvenciánál Összefüggések: g 1,g 2 : statisztikai súly c : fénysebesség h : Planck-állandó E1E1 E2E2  (= N/V ): foton-sűrűség E1E1 E2E2 E1E1 E2E2 termikus egyensúlyban Boltzmann-eloszlás: abszorpció spontán emisszió stimulált (kényszerített) emisszió

20 A fény és az anyag kölcsönhatása l x2x I I0I0 I0/kI0/k I0/k2I0/k2 Pierre Bouguet (1698 –1758) Johann Heinrich Lambert (1728–1777) August Beer (1825–1863) Lambert–Beer-törvény: Csillagászatban, légköri megfigyeléseknél: „Laboratóriumi” spektroszkópia

21 Abszorpciós és emissziós spektrumok

22 Spektroszkópiai műszerek alapfelépítése CCD

23 A földi atmoszféra spektrális ablakai

24 Infravörös spektrális ablakok

25 0.65 –1.0  m R és I sávokOptikai teleszkópok 1.25  m J sáv Legtöbb infravörös teleszkóp és néhány optikai 1.65  m H sáv Legtöbb infravörös teleszkóp és néhány optikai 2.2  m K sáv Legtöbb infravörös teleszkóp és néhány optikai 3.45  m L sáv Legtöbb infravörös teleszkóp és néhány optikai 4.7  m M sáv Legtöbb infravörös teleszkóp és néhány optikai 10  m N sáv Legtöbb infravörös teleszkóp és néhány optikai 20  m Q sáv Legtöbb infravörös teleszkóp és néhány optikai 450  m szub- milliméter Szubmilliméteres teleszkópok

26

27 Milyen információkat szolgáltat az asztrofizikusok számára egy spektrum? Összetétel: sávok frekvenciája Hőmérséklet: egy adott specieszhez tartozó különböző sávok relatív intenzitása Relatív gyakoriság: különböző specieszekhez tartozó sávok relatív intenzitása Mozgás: Doppler- (vörös-) eltolódás értéke Nyomás: sávok profilja (alakja) Mágneses tér: sávok felhasadásának mértéke

28 FeXIV  = 5308 Å abszorpciós vonala A Doppler-eltolódás

29 Kettőscsillagok és extraszoláris bolygók detektálása Doppler-eltolódással

30 Sávszélességet befolyásoló tényezők 1. Természetes vonalszélesség Heisenberg-féle bizonytalansági elv: Lorentz-sávalak: 2. Nyomásáltali kiszélesedés  sp : spektroszkópiai átmenet időtartama  c : ütközések közötti átlagos időtartam b ~ 1 MHz/Torr Na D-vonala ( =5890Å)  sp =16 ns→  1/2 =10 MHz

31 Sávszélességet befolyásoló tényezők 3. Doppler-kiszélesedés Maxwell-féle sebesség-eloszlást figyelembe véve Detektor irányába v 0 sebességgel mozgó részecske észlelt átmenete: eltolódás: kiszélesedés: Gauss-sávalak: Lorentz- és Gauss-függvények konvolúciója→ Voigt-függvény 4. Átvonulási idő kiszélesedés 5. Teljesítmény-kiszélesedés Nagyteljesítményű forrásoknál (lézer) 6. Intermolekuláris kölcsönhatások Molekulasugaras kísérleteknél Elsősorban kondenzált fázisok vizsgálatánál Na D-vonala 300 K:  1/2 =1317 MHz = 0,044 cm  1

32 Csillag forgása miatti Doppler- kiszélesedés

33 A H-atom (H I) spektruma Hidrogénlámpa A hidrogénatom spektrumának részlete (látható tartomány) A hidrogénatom energiaszintjei sorozat kiválasztási szabályok:  l =±1  s=0

34 A H-atom (H I) spektruma

35

36

37

38 H + + e¯  H(nl) + h

39 A H-atom (H I) spektruma

40 A H-atom (H I) spektruma (H II regió) T = K

41 Rekombinációs vonalak (H II regió) n = 137 H Bohr-sugara: 1  m ↓ Maximum sűrűség: db/cm 3 ↓ csillagok atmoszférájában nem észlelhető

42 „Lyman”-erdő távoli kvazár emissziós vonala a kvazár és a Föld közötti objektumok abszorpciója (eltérő vöröseltolódások)

43 Impulzusmomentumok csatolása a H-atomban az elektron spinje (S) a pálya impulzusmomentuma (L) } finomszerkezet magok impulzus momentuma (I) } hiperfinom- szerkezet J = S + L F = I + J

44 Finom- és hiperfinom szerkezet finomszerkezetperturbálatlan hiperfinomszerkezet jelölés: L J

45 Finom- és hiperfinom szerkezet Kiválasztási szabályok:  n bármi  L = ±1  S = 0  J = 0, ±1  m i = 0, ±1

46 Külső elektromos tér: Stark-effektus

47 Stark-kiszélesedés Spectrum of Vega (A0 V) and Deneb (A2 Iae) between Nagy elektron/ionsűrűség esetében a spektrumvonalak kiszélesednek a statisztikus Stark-effektus miatt

48 Külső mágneses tér: Zeeman-effektus

49

50 Mágneses mező mérése H- spektrummal spektrum fönt: mágneses tér nélkül alul: mágneses térben

51 A H-atom (H I) spektruma vöröseltolódás: távolság intenzitás: mennyiség vonalszélesség: nyomás (és hőmérséklet) felhasadás mértéke: mágneses mező

52 Komplex atomok spektruma

53

54

55

56 relatív arányok: hőmérséklet

57 Csillagok spektrális osztályzása relatív arányok: hőmérséklet és összetétel

58 Csillagok spektrális osztályzása

59


Letölteni ppt "Newton kísérletei a fehér fénnyel Sir Isaac Newton (1642–1727)"

Hasonló előadás


Google Hirdetések