Elektromagnetické záření a jeho energie

Přehled elektromagnetického záření

spektrum elektromagnetického záření

  • tvoří ho elektromagnetická záření různých délek – viz tabulka; přechody mezi nimi jsou plynulé

Elektromagnetické záření

Vlnová délka ve vzduchu
rádiové záření 30 km až 30 μm
IR záření 0,3 mm až 760 nm
světlo 760 nm až 390 nm
UV záření 400 nm až 10 nm
rentgenové záření 10 nm až 1 pm
záření GAMA < 300 pm

rádiové záření

  • viz elektřina

IR záření

  • zdrojem tělesa zahřátá na vyšší teplotu – infrazářiče
  • platí pro něj stejné zákony jako pro světlo, λ má delší než červené
  • vyzařují prakticky všechna tělesa – pozorování ve tmě, meteorologie, ovladače

světlo

  • viz výše

UV záření

  • neviditelné, pro oko ale škodlivé, po dopadu na pokožku pigmentace, vitamin D
  • ve větším množství škodlivé – rakovina kůže, používá se ke sterilizaci
  • zdroje – tělesa zahřátá na vysokou teplotu (Slunce, elektrický oblouk), výbojky
  • pohlcuje: sklo, atmosféra – ve vysokých vrstvách způsobuje ionizaci kyslíku – vzniká ozon, který chrání Zemi před dopadem UV záření
  • freony – slučují se s ozonem, tím se snižuje jeho množství a schopnost ozonosféry chránit Zemi – podobně oxidy dusíku z aut

rentgenové záření

  • tvrdé a měkké – viz dále

záření gama

  • zdrojem radioaktivní přeměny v jádrech atomů – viz jaderná fyzika

Přenos energie zářením

E = ΔΦ / ΔS 1 W = 680 lm    E = I / r2.cosα

  • každé elmg. záření má energii, která se zářením přenáší do prostoru

fotometrie

  • zabývá přenosem energie zářením

radiometrie

  • zabývá se širší problematikou elmg. záření

fotometrické veličiny:( u nesvětelných záření – obdobné radiometrické veličiny)

svítivost

  • I – vyjadřuje vlastnost zdroje světla; jednotka candela, značka cd; jednotka SI

světelný tok

  • Φ – vyjadřuje intenzitu určitého zrakového vjemu normálního oka, který je vyvolán zářením o určité energii, vyzářené světelným zdrojem do určitého prostorového úhlu za jednotku času
  • jednotka lumen, značka lm
  • 1 W = 680 lm (kvůli vlastnostem oka)

osvětlení

  • E – závisí na části světelného toku ΔΦ, který dopadá na plochu o obsahu ΔS
  • E = ΔΦ / ΔS     E = I / r2.cosα
  • jednotka lux, značka lx

I……………………………………… cd

Φ……………………………………. lm

E……………………………………… lx

luxmetr

  • měří velikost osvětlení – v kamerách, fotoaparátech pro nastavení clony aj.
  • dostatečné osvětlení pro různé práce stanoveno normami

Elektromagnetické záření těles

tepelné záření

  • vyzařují ho všechna tělesa
  • vlnová délka se liší podle teploty
  • pohlcují ho: mění se jejich vnitřní energie
  • teplejší těleso ho vyzařuje, jeho vnitřní E a teplota klesá, přijímá ho chladnější těleso, jeho energie a teplota roste
  • topné těleso/žárovka – s rostoucím proudem roste teplota a vlnová délka se zkracuje
  • zářivka – trubice naplněna plynem, ve kterém dochází k elektrickému výboji, její vnitřní stěna pokryta látkou, která se působením UV záření výboje rozsvítí – dochází k luminiscenci

luminiscence

  • záření o kratší vlnové délce vyvolá vznik záření o delší vlnové délce
  • fotoluminiscence – vyvolaná elmg. zářením
  • elektroluminiscence – elektrickým polem
  • katodoluminiscence – z dopadajících elektronů

luminofor

  • látka, u které lze vyvolat luminiscenci
  • pevné látky s příměsmi vytvářející tzv.luminiscenční centra
  • sulfidy ZnS, CdS s příměsí Ag, Cu a pod.
  • uplatnění v optolektronice

Záření černého tělesa

λmax = b/T b = 2,9. 10-3 m.K       E = hf        h = 6,625.10-34 J.s

černé těleso

  • těleso, v němž se světlo, které do něj vstoupí, pohltí
  • např. zornice
  • při určité teplotě T vyzařuje do okolí elmg. vlnění různých délek
  • vlnová délka λmax záření, která je vyzařována s největší intenzitou, je tím kratší, čím větší je T tělesa – Wienův posouvací zákon

spektrální hustota vyzařování

  • Mλ – určuje, jaká část energie přísluší při dané teplotě té které vlnové délce; s určováním vztahu pro její výpočet souvisí objev kvantové fyziky

Wienův posouvací zákon

  • λmax = b/T , vyjadřuje nepřímou závislost vlnové délky, která je vyzařována s největší intenzitou, na termodynamické teplotě tělesa
  • b je konstanta, b = 2,9. 10-3 m.K

Planckova teorie

  • elektromagnetické záření je vyzařováno nebo pohlcováno jen po kvantech
  • každé toto kvantum záření má energii E, která souvisí s frekvencí záření podle vztahu E = hf
  • h je Planckova konstanta, h = 6,625.10-34 J.s
  • = základní idea kvantové fyziky

Spektra látek

emisní spektrum

  • spektrum světla vyzařované látkou (viz výše)

čárové spektrum

  • vyzařují různé prvky – páry sodíku, vodík, rtuť, …
  • zastoupeny jen úzké pruhy určitých barev

spojité spektrum

  • vyzařují rozžhavené pevné látky (vlákno žárovky)
  • zastoupeno světlo všech vlnových délek

absorpční spektrum

  • vzniká po průchodu látkou – pohltí ty délky, které by sama vyzářila
  • i sluneční – světlo z vnitřní části fotosféry – prochází vnější vrstvou chromosférou – ta pohltí záření určitých vlnových délek

pásové spektrum

  • zdroj: zářící molekuly látek
  • velké množství čar ležících v těsné blízkosti

spektrální analýza

  • na základě záření, které látka vyzáří, zjistíme její složení
  • spektroskop – záření rozděluje na jednotlivé složky; dříve hranolový, dnes na principu CCD snímačů – zjištění He na Slunci dřív než na Zemi

Rentgenové záření

2dsinυ =

měkké rentgenové záření

  • větší vlnová délka

tvrdé rentgenové záření

  • menší vlnová délka – blíží se gama záření

trocha historie

  • objevil Röntgen; zkoumal katodové záření (proud elektronů urychlený elektrickým polem) zjistil, že při dopadu elektronů s velkou kinetickou energií na kovovou anodu vzniká záření
  • záření nazval paprsky X – první snímek – rentgenogram: ruka jeho manželky
  • Max von Laue  – prokázal jeho interferenci při průchodu krystalem – po průchodu  krystalem se objevil na desce laueogram – interferenční obrazec rentgenového záření
  • >prostorová mřížka krystalu ovlivňuje rentgenové záření obdobně jako optická mřížka světlo

praktické využití

  • jako zdroj se používá rentgenka
  • využívá se schopnosti pronikat látkami
  • specifického způsobu pohlcování v látkách
  • působení na fotografickou emulzi
  • ionizace látky, kterou rentgenové záření prochází

rentgenka

  • speciální trubice používaná jako zdroj rentgenového záření – viz str. 151
  • katoda emituje elektrony, mezi ní a anodou je velký potenciálový rozdíl, takže na anodu dopadají elektrony s velkým zrychlením, tím jak dopadají na anodu vzniká rentgenové záření
  • =>anoda se zahřívá, nutno chladit

rentgenová diagnostika

  • vychází se z toho, že při průchodu rentgenového záření látkou dochází k pohlcování a změně na vnitřní E látky
  • čím vyšší pořadí prvku v tabulce, tím víc je pohltí
  • např. počítačový tomograf – CT

CT

  • kolem těla se v rozsahu 180° otáčí rám s rentgenkou a snímačem
  • snímky se vytváří po několikamilimetrových vrstvách
  • získané hodnoty se vyhodnotí počítačem

rentgenová strukturní analýza

  • na základě rentgenové spektrografie
  • monofrekvenční záření dopadá na krystal, který se otáčí
  • odráží se jen při určitých úhlech dopadu – Braggův úhel υ
  • tento závisí na vzdálenosti rovin v krystalu, odražené záření se šíří ve směrech, které odpovídají Braggově rovnici – něco jako interference světla na tenké vrstvě

Braggova rovnice

  • 2dsinυ = , kde n = 1, 2, …  odvození viz nákres str. 155

rentgenová defektoskopie

  • zkoumá skryté vady materiálu, zavazadla na letišti, zkoumání obrazů

rentgenová astronomie

  • studuje zdroje rentgenového záření ve vesmíru
Příspěvek byl publikován v rubrice Optika se štítky , . Můžete si uložit jeho odkaz mezi své oblíbené záložky.

Komentáře nejsou povoleny.