Hőmérsékleti sugárzás és színképelemzés

Az előadások a következő témára: "Hőmérsékleti sugárzás és színképelemzés"— Előadás másolata:

1 Hőmérsékleti sugárzás és színképelemzés
Wollaston, Ritter et al. ultraibolya, infravörös sugárzás (1801) fekete vonalak a színképben (1802) Joseph Fraunhofer ( ) a sötét vonalak „hullámhossza” ( )

2 diffrakciós rácsok (1821)

3 Kirchhoff és Robert Wilhelm Bunsen (1811-1899)
Foucault az elnyelési és kibocsátási vonalak közötti kapcsolat (1849) Kirchhoff és Robert Wilhelm Bunsen ( ) a színképelemzés módszerének kidolgozása (1859)  új elemek, a Fraunhofer-vonalak természete, a Nap atmoszférával körülvett folyadék ( )

4 hőmérsékleti sugárzás
az abszolút fekete test fogalma: Gustav Robert Kirchhoff, Monatsbericht der Akademie der Wissenchaften zu Berlin, December 1859 „ … az ugyanolyan hullámhosszal rendelkező sugarakra egy adott hőmérsékleten az emisszió és az abszorpció aránya minden testnél ugyanaz.” EλT/AλT = φ(λ, T), AλT = 1

5 Albert Abraham Michelson (1852-1931)
Joseph Stefan ( ) E ~ T4 (1879), Albert Abraham Michelson ( ) a vonalak finomstruktúrája (1881) az eszközökért Nobel-díj (1907)

6 Johann Jacob Balmer (1825-1898)
a H-atom színképvonalainak összefüggése (1885) - 1/λ = R(1/22 - 1/n2), n = 3, 4, 5, ...

7 Johannes Robert Rydberg (1854-1919)
Recherches sur la constitution des spectres d'émission des éléments chimiques (1890) a színkép összefügg a periódusos rendszerrel hullámszám, Rydberg-állandó, termekkel minden színképvonal leírható - ν = R(1/n2 - 1/m2), ν = RZ(1/n2 - 1/m2)

8 Heinrich Gustav Johannes Kayser (1853-1940)
színképvonalak, sorozatok (1883-) Carle David Tolmé Runge ( ) Friedrich Paschen ( )

9 Wilhelm Wien (1861-1928) eltolódási törvény (1893) - λmT = 0.2898 cm°K
Nobel-díj (1911)

10 Lord Rayleigh (John William Strutt, 1842-1919)
James Hopwood Jeans ( )

11 Wilhelm Konrad Röntgen (1845-1923)
az UV-nél rövidebb hullámhosszú sugárzás és tulajdonságai (1895) az első Nobel-díj (1901)

12 Pieter Zeeman ( ) a színképvonalak mágneses térben felhasadnak (1896) Nobel-díj (1902)

13 Max Karl Ernst Ludwig Planck (1858-1947)
Wien Planck Rayleigh-Jeans

14 eloszlási törvény: hν (1900)
atomi oszcillátorok, hatáskvantum

15 Termodinamika és statisztikus fizika
Lord Kelvin (William Thomson ) abszolút hőmérséklet és skála (1850) „A természetben lehetetlen olyan folyamat, amelynek egyetlen eredménye mechanikai munka egy hőtartály rovására.” (1851) hőhalál (1852)

16 Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822-1888)
„A hő magától nem mehet át a hidegebb testről a melegebbre.” (1850) kinetikus gázelmélet (1857) rugalmas ütközés csak a fallal, ugyanazzal az átlagsebességgel, bármilyen irányban egyforma gyakorisággal: p = nmc2/3V  pV = 2/3 nmc2/2 = 2/3 K ~ T túl nagy sebesség  ütközések közötti átlagos szabad úthossz:  = l3/2

17 Maxwell entrópia (1865) kinetikus gázelmélet (1859- 60-)
zárt rendszerben állandó (reverzibilis folyamatok) vagy nő (irreverzibilis folyamatok) meghatározza a természeti folyamatok irányát matematikai megformulázása hőhalál Maxwell kinetikus gázelmélet ( ) a kis gömbök csak az ütközés pillanatában hatnak kölcsön

18 Johann Joseph Loschmidt (1821-1895)
a sebességkomponensek statisztikus függetlensége Nf(vx)dvx  Nf(vx)f(vy)f(vz)dvxdvydvz  f(vx)f(vy)f(vz) = φ(vx2 + vy2 + vz2) valószínűségszámítás: a gázmolekulák sebességeloszlásának statisztikus törvénye fM-B = Cexp(-E/kT) λ = 1/2 l3/2 Johann Joseph Loschmidt ( ) 1 cm3 normál gázban lévő molekulák száma, átmérője ( )

19 Ludwig Boltzmann ( ) a gázmolekulák sebességeloszlása egyensúlyban ( ) - a klasszikus statisztikus fizika megalapozása az ideális gázok kinetikus egyenletei, az entrópia és valószínűség kapcsolata - S = klnW -, a második főtétel statisztikai jellege, H-tétel  az irreverzibilis folyamatok felé (1872) a sugárzások termodinamikája  a hőmérsékleti sugárzás törvénye (1884)

20 Johannes Diederik van der Waals (1837-1923)
reális gáz állapotegyenlete ( ) (p + a/V2)(V - b) = RT Nobel-díj a gázok és folyadékok kutatásárért (1910) Josiah Willard Gibbs ( ) termodinamikai potenciálok, fluktuációk, sokaságok, ergodikus hipotézis ( )

21 Az anyag diszkrét szerkezete
Johann Heinrich Wilhelm Geissler (1814/5-1879) Julius Plücker ( ) higanyos vákuumszivattyú + kételektródos cső (színképvizsgálatokhoz 1855)

22 Geissler-csövek:

23

24

25 a H első három vonala + a katódsugarak felfedezése, mágneses térben elhajlanak (1858)

26 Dmitrij Ivanovics Mengyelejev (1834-1907)
kémiai elemek periódusos rendszere, atomsúlyok (1869) 

27 ismeretlen elemek jóslása (1871)

28 George Johnstone Stoney (1826-1911)
felveti, hogy az elektromos töltés diszkrét (1874) mennyiségekből (1881) áll, és az „elektron” nevet adja neki (1891) Sir Willam Crookes ( ) a katódsugarak az áramból származó negatívan töltött részecskék (1879)

29

30 Eugen Goldstein (1850-1930) H. R. Hertz a katódsugarak hullámok?
elhajlásuk elektromos térben a csősugarak (1886) H. R. Hertz a szikraközre eső ultraibolya sugárzás segíti az átütést (1887) a katódsugarak képesek áthatolni vékony fémfólián (1892), tehát hullámok?

31 Jean Baptiste Perrin (1870-1942)
a katódsugárzás negatívan töltött részecskék árama (1895) planetáris atommodell (1905) Brown-mozgás kísérletek kolloidokban ( ) Nobel-díj (1926)

32 Antoine Henri Becquerel (1852-1908)
lumineszcenciakutatások közben felfedezte a rádiumsók természetes radioaktivitását (1896) a β-ról megállapítja, hogy hasonlít a katódsugárzáshoz (e/m arány, 1900) a radioaktivitás ionizációs, fiziológiai stb. hatásai (1901) Nobel-díj (1903)

33 Maria Sklodowska-Curie (1867-1934)
felteszi, hogy a radioaktív sugárzás atomi tulajdonság (1896) fizikai-kémiai szeparáció: tórium, polónium, rádium ( ) a β negatív töltésű, az α is részecskékből áll (1900) tiszta rádiumsó (1902) fizikai Nobel-díj (1903) fémrádium (1910) kémiai Nobel-díj (1911) leukémia

34 Joseph John Thomson (1856-1940)
a katódsugarak részecskéinek tömege 1/1837-ed része a H atoménak, töltésük stb. (1897)

35

36 mazsolás puding atommodell (1903)
az elektronok csoportosulnak az atomban  periódusos rendszer (1904) Nobel-díj (1906) a tömegspektrometria alapelve (1907) izotópok vizsgálata ( )

37 Ernst Rutherford ( ) felfedezi az α és β sugarakat, valamint a radont (1899) a radioaktív bomlás elmélete - az atomok átalakulása (1902) az α sugarak pozitív töltésű részecskék, megjósolja a transzuránokat (1903) kémiai Nobel-díj (1908)

38 töltött részecskék észlelése (Geiger-cső, 1909)
az α részecskék kétszeresen ionizált He atomok A cm átmérőjű atommagok felfedezése α bombázással ( ) a proton felfedezése ( ) mesterséges magátalakítás (1919) a neutron feltételezése (1920) a tömeg-energia ekvivalencia igazolása magátalakuláskor (1933) iskolaalapító: Bohr, Geiger, Haan, Cockroft, Moseley, Oliphant, Chadwick, Kapica, Hariton

39 Philipp Eduard Anton von Lenard (1862-1947)
Lenard-ablak (1893) a fényelektromos hatást elektronok okozzák (1899) a kilépő elektronok száma (az áram) arányos a fény intenzitásával (1900) a kilépő elektronok maximális kinetikus energiája a fémtől és a fény rezgésszámától (hullámhosszától) függ, egy minimumfrekvencia alatt nincs elektron (1902)

40 W. Wien Albert Einstein (1879-1957)
a csősugárzás részecskéi atom-méretűek (1898) a csősugarak elhajlanak elektromos és mágneses térben (1902) Albert Einstein ( )

41 a Brown-mozgás molekuláris-statisztikai elmélete (1905)
a fényelektromos hatás magyarázata a foton-hipotézissel (1905) a szilárd testek fajhője  az atomi mozgások is kvantáltak (1907) Nobel-díj (1922)

42 Robert Andrews Millikan (1868-1953)
az elektron pontos töltésének megmérése ( )

43

44 a fényelektromos hatás Einstein-féle elméletének kísérleti bizonyítása, h mérése (1913)
Nobel-díj (1923) a kozmikus sugárzás kozmikus eredetének bizonyítása (1925)

45 Arnold Johannes Wilhelm Sommerfeld (1868-1951)
tudatosítja és felhasználja, hogy a h mechanikai hatás dimenziójú (1911) atommodell a színképvonalak finomszerkezetének magyarázatára (ellipszispályák, azimutális kvantumszám), a Zeeman-effektus kvantumelmélete (1916) mágneses kvantumszám (1920) fémek kvantumelmélete (elektrongáz, ) müncheni elméleti fizikai iskola: Heisenberg, Pauli, Raabi, Debay, Bethe

46 Niels Hendrik David Bohr (1885-1962)
atommodell (1913)

47

48 Gustav Ludwig Hertz (1887-1975)
korrespondencia-elv ( ) Nobel-díj (1922) komplementaritási elv ( ) magfizika (1930-) James Franck ( ) Gustav Ludwig Hertz ( ) atomok gerjesztése és ionizációja elektronnal való bombázással ( )

49 Nobel-díj (1925)

50 Henry Moseley ( ) röntgenvizsgálatok  az atommag töltése azonos a rendszámmal (1913)

51 Otto Stern ( ) közvetlenül megmérte a molekulák sebességét és igazolta Maxwellt (1920)

52 Walter Gerlach ( ) az atom mágneses momentuma - térbeli kvantálás (1922) Nobel-díj (1943)

53 Arthur Holly Compton (1892-1962)
a röntgensugárzás hullámhosszának megváltozása elektronon történő szóráskor - kísérlet és magyarázat (1923) Nobel-díj (1927) Louis de Broglie ( ) a kettős természetet kiterjeszti az anyagra is (1923) vezérhullám-elmélet (1927) Nobel-díj (1929)

54 Hendrik Anthony Kramers (1894-1952)
Wolfgang Pauli ( ) feltevés a magspinről és a mágneses momentumról, a kizárási elv (1924) a spin kvantummechanikája (1927) kvantumelektrodinamika: térkvantálás (1929) neutrinó-hipotézis (1931) Nobel-díj (1945) Hendrik Anthony Kramers ( ) Stark-effektus (1920) diszperziós formula (1925) - a korrespondencia-elv alkalmazása

55 Werner Karl Heisenberg (1901-1976)
mátrixmechanika (1925) határozatlansági reláció (1927) kvantumelektrodinamika (1929) Nobel-díj, izotópspin, magerők (1932) S-mátrix módszer (1943) Erwin Schrödinger ( ) a hullámmechanika és ekvivalenciája (1926)

56

57 Max Born (1882-1970) Nobel-díj (1933)
valószínűségi interpretáció, Born-közelítés, operátor-fogalom (1926) kétatomos molekula (Oppenheimer, 1927) Nobel-díj (1954)

58 Paul Adrien Maurice Dirac (1902-1984)
matematikai apparátus (1926) másodkvantálás: elektromágneses tér, kvantumtérelmélet, a sugárzás kvantumelmélete, relativisztikus kvantumelmélet, pozitron, antirészecskék, vákuumpolarizáció ( ) Nobel-díj (1933)

59 A magfizika története Radioaktivitás + kvantummechanika
központok: M. Curie, E. Rutherford, … magátalakítás: α, Rutherford, Bohr    Chadwick a sugárzás kvantummechanikája: George Gamow ( ) alagúteffektusként (1928)

60 Magtömeg-spektrometria magspin, - Francis William Aston (1877-1945), 1919-1927

61 magspektrum: β sugárzás  neutrino (Pauli, 1927-1931)
neutron - James Chadwick ( ), 1932 kozmikus sugárzás, pozitron - Dirac, Carl David Anderson ( ), 1932

62 gyorsítók: Ernest Orlando Lawrence (1901-1958) - Berkeley (1929)

63 Magerők, mezonok (1934-): Hideki Yukawa (1907-1981)
Maghasadás (urán + neutron, 1938): Otto Hahn ( ), Lise Meitner ( )

64

65

66

67

68

69 A relativitáselmélet története
James Bradley ( ) a parallaxis keresése közben felfedezi az aberrációt ( ) ennek alapján becsülhető a fény sebessége mérései során felfedezi a nutációt ( )

70 Dominique Francois Jean Arago (1786-1853)
a csillagfény ugyanúgy törik meg a prizmán, akár a Föld mozgásirányában, akár ellenkező irányban halad (1810) Fresnel a Föld a sebességgel arányos mértékben magával ragadja az étert (1818)

71 Armand-Hippolyte-Louis Fizeau (1819-1896)
fénysebesség-mérések részben Foucault-val közösen az éter kimutatására is ( ) mozgó vízben

72 George Biddell Airy (1801-1892) Michelson
vízzel töltött távcső (1871) Michelson a fény sebessége km/s ( ) interferométer a Föld sebességének mérésére ( )

73 Edward Williams Morley (1838-1923)
negatív eredmény

74 George Francis FitzGerald (1851-1901)
Hendrik Antoon Lorentz ( ) kontrakciós hipotézis ( ) lokális idő (1895) Lorentz-transzformáció (1904)

75 Einstein A mozgó testek elektrodinamikájáról (1905)
a fénysebesség határsebesség a tömeg relatív Jules Henri Poincaré ( ) eredményei (1906)

76 az általános relativitáselmélet (1916)
Hermann Minkowski ( ) a négydimenziós tér-idő (1907) az általános relativitáselmélet (1916) a gravitációs és tehetetlenségi erők ekvivalenciája Eötvös Loránd ( ) torziós ingája (1886-) a „görbült” tér-idő a bizonyítékok a Merkúr perihélium-precessziója a fény gravitációs elhajlása (1919) a gravitációs vöröseltolódás (1960)

77 a relativitáselmélet alkalmazásai
relativisztikus energia a magfizikában, a részecskefizikában részecskegyorsítók kozmológia Edwin Powell Hubble ( ) a távolodó galaxisokról ( )