Principalul postulat al teoriei corpusculare radiatie electromagnetica suna asa: uh radiatie electromagnetica (și în special lumina) - este un flux ora tic ,numit fotonii . Fotonii se propagă în vid cu o viteză egală cu limitarea vitezei de propagare a interacțiunii , Cu= 3 10 8 m/s, masa și energia de repaus orice foton zero , energia fotonică E este legată de frecvența radiației electromagnetice ν și de lungimea de undă λ prin formula

Rețineți că formula (2.7.1) se leagă corpuscular caracteristică radiației electromagnetice, energie fotonică, s val caracteristici – frecventa si lungimea de unda. Este o punte între teoriile corpusculare și cele ondulatorii. Existența acestui pod este inevitabilă, deoarece atât fotonul cât și unde electromagnetice - e doar două modele ale aceluiași obiect din viața reală –radiatie electromagnetica .

Orice particulă în mișcare ( corpuscul) are impuls, iar conform teoriei relativității, energia particulei Eși impulsul ei p legate prin formula

(2.7.2)

Unde – energia de repaus a particulei. Deoarece energia de repaus a unui foton este egală cu zero, din (2.7.2) și (2.7.1) decurg două formule foarte importante:

Să ne întoarcem acum la fenomenul de presiune ușoară.

Presiunea luminii a fost descoperită de omul de știință rus P.N. Lebedev în 1901. În experimentele sale, el a descoperit că presiunea luminii depinde de intensitatea luminii și de reflectivitatea corpului. În experimente s-a folosit un spinner cu petale negre și oglindă, plasat într-un balon evacuat (Fig. 2.10).

Orez. 2.10

Să calculăm valoarea presiunii ușoare.

Pe o zonă a corpului S fluxul luminos scade cu energie, unde N – numărul de quante (Fig. 2.11).

Orez. 2.11

KN cuantele vor fi reflectate de la suprafață; (unu - K)N- fi absorbit (Fig. 2.10), K- coeficientul de reflexie.

Un flux de fotoni (lumină) care exercită presiune atunci când lovește o suprafață.

Fluxul de fotoni incident pe o suprafață absorbantă:

Fluxul de fotoni incident pe suprafața oglinzii:

Fluxul de fotoni incidenti pe suprafata:

Semnificația fizică a presiunii ușoare:

Lumina este un flux de fotoni, apoi, conform principiilor mecanicii clasice, atunci când particulele lovesc un corp, ele trebuie să-i transfere impuls, cu alte cuvinte, să exercite presiune.

Instrument, măsurare presiune ușoară, a fost un dinamometru de torsiune foarte sensibil (balanta de torsiune). Acest dispozitiv a fost creat de Lebedev. Partea sa mobilă era un cadru ușor suspendat pe un fir subțire kvarne cu aripi fixate pe el - discuri ușoare și negre de până la 0,01 mm grosime. Aripile au fost făcute din folie metalică. Cadrul era suspendat în interiorul unui vas din care era evacuat aerul. Lumina, căzând pe aripi, a exercitat o presiune diferită asupra discurilor ușoare și negre. Drept urmare, asupra cadrului a acționat un cuplu, care a răsucit firul suspensiei. Presiunea ușoară a fost determinată din unghiul de răsucire al firului.

În formula pe care am folosit-o.

Conform ipotezei lui Einstein asupra cuantelor de lumină, lumina este emisă, absorbită și propagată în porțiuni discrete (cuante) numite fotoni. Energia fotonului ε0=hv. Masa sa se găsește din legea relației dintre masă și energie (vezi (m=E/c2)):

Un foton este o particulă elementară care se mișcă întotdeauna (în orice mediu!) cu viteza luminii c și are o masă în repaus egală cu zero. Prin urmare, masa unui foton diferă de masa unui astfel de foton particule elementare, precum electronul, protonul și neutronul, care au o masă în repaus diferită de zero și pot fi în repaus.

Momentul unui foton se obține dacă formula generala() din teoria relativității, punem masa în repaus a fotonului:

Dacă fotonii au impuls, atunci lumina care cade asupra unui corp trebuie să exercite presiune asupra acestuia. Conform teoria cuantica, presiunea luminii pe suprafata se datoreaza faptului ca fiecare foton, la ciocnirea cu suprafata, isi transfera impulsul.

Presiunea exercitată de lumină pe măsură ce aceasta cade normal pe o suprafață este

Difracția electronilor - procesul de împrăștiere a electronilor pe un set de particule de materie, în care electronul prezintă proprietăți similare cu cele ale unei unde. În anumite condiții, prin trecerea unui fascicul de electroni printr-un material, este posibil să se fixeze un model de difracție corespunzător structurii materialului.

Procesul de difracție a electronilor a fost utilizat pe scară largă în studiile analitice structuri cristaline metale, aliaje, materiale semiconductoare .Difracţia electronilor prin două fante- procesul de apariție pe ecran sau pe placa fotografică a unei imagini a unei distribuții anormale a iluminării, similară unui model de difracție în timpul difracției luminii.

Un model de difracție este un model care apare pe un ecran sau pe o placă fotografică atunci când un obstacol cu ​​două fante este plasat între tunul cu electroni și ecran.

În cazul în care o singură fante este deschisă, înnegrirea plăcii se observă doar direct opus fantei. Când ambele fante sunt deschise, imaginea arată așa cum se arată în figură, în partea dreaptă a acesteia.Este bine stabilit că fiecare electron trece printr-o singură fantă. De asemenea, nu există nicio îndoială că difracția electronilor se observă numai cu ambele fante deschise și este independentă de frecvența trecerii electronilor prin fante.

Difracția electronilor este o combinație a rezultatelor a trei procese fizice.

1. Introducerea electronilor în ecran strict în spatele fantelor și întunecarea corespunzătoare a ecranului.

2. Apariția undelor De Broglie în timpul trecerii electronilor prin sloturi.

3. Difracția undelor De Broglie rezultate din trecerea electronilor și apariția modelului corespunzător de întunecare a plăcii fotografice (detalii pe pagina unde electromagnetice - definiții, descrieri și proprietăți).

Mecanica cuantică a explicat difracția electronilor prin apariția incertitudinii în unghiul de deviere al unui electron pe măsură ce acesta trece printr-o fantă. Mai devreme am arătat că nu există nicio incertitudine aici. Dacă înțelegeți explicațiile date pe paginile de difracție și interferență, atunci nu ar trebui să aveți dificultăți în înțelegerea procesului de difracție a electronilor.

Waves de Broglie - unde asociate cu orice particulă materială în mișcare. Orice particulă în mișcare (de exemplu, un electron) se comportă nu numai ca un obiect în mișcare localizat în spațiu - un corpuscul, ci și ca o undă, iar lungimea acestei unde este dată de formula = h / p, unde h = 6,6 .10-34 J.sec este o constantă Planck, iar p este impulsul particulei. Acest val a fost numit val de Broglie (în onoarea fizicianului teoretician francez Louis de Broglie, care a emis prima ipoteză despre astfel de valuri în 1923). Dacă particula are masa m și viteza v<< с (с – скорость света), то импульс частицы р = mv и дебройлевская длина волны связаны соотношением = h/mv.

Proprietățile de undă ale obiectelor macroscopice nu apar din cauza lungimilor de undă mici. Deci, pentru un corp care cântărește 200 g, care se mișcă cu o viteză de 3 m / s, lungimea de undă este de 10-31 cm, ceea ce depășește cu mult posibilitățile de observație. Cu toate acestea, pentru microparticule, lungimile de undă se află în regiunea accesibilă observației. De exemplu, pentru un electron accelerat de o diferență de potențial de 100 volți, lungimea de undă este de 10-8 cm, ceea ce corespunde mărimii unui atom.

Fotometrie eu, o ramură a fizicii aplicate care se ocupă cu măsurătorile luminii. În ceea ce privește fotometria, lumina este o radiație capabilă să producă o senzație de luminozitate atunci când este expusă ochiului uman. Această senzație este cauzată de radiații cu lungimi de undă de la ~0,38 până la ~0,78 μm, cea mai strălucitoare fiind radiația cu o lungime de undă de cca. 0,555 µm (galben-verde). Deoarece sensibilitatea ochiului la diferite lungimi de undă variază de la persoană la persoană, în fotometrie sunt acceptate o serie de convenții. În 1931, Comisia Internațională pentru Iluminare (CIE) a introdus conceptul de „observator standard” ca un fel de medie pentru persoanele cu percepție normală. Acest standard CIE nu este altceva decât un tabel de valori pentru eficiența luminoasă relativă a radiației cu lungimi de undă în intervalul de la 0,380 la 0,780 microni la fiecare 0,001 microni. Pe fig. 1 prezintă un grafic construit conform acestui tabel și prezintă intervalele de lungimi de undă corespunzătoare culorilor spectrului solar. Luminanța măsurată conform standardului CIE se numește luminanță fotometrică sau pur și simplu luminanță.

Cantități fotometrice - intensitatea luminoasă, iluminarea, fluxul luminos, luminozitatea, transmitanța și reflectanța.

Candela (cd). Candela este o unitate de intensitate luminoasă; unitatea de bază a sistemului SI. O candela este egală cu intensitatea luminii într-o direcție dată a unei surse cu parametri setați cu precizie.

transmitanța. Transmitanța este raportul dintre fluxul de radiație care a ieșit dintr-un strat de materie și fluxul de radiație incident pe acesta.

Lux (lux). Lux - în SI - o unitate de iluminare; iluminare creată de un flux luminos de 1 lm, distribuit uniform pe o suprafață de 1 mp.

Lumen (lm). Lumen - în SI - o unitate de măsură a fluxului luminos. Un lumen este egal cu fluxul luminos emis de o sursă de lumină punctuală de 1 cd într-un unghi solid de 1 sr.

Iluminare. Iluminare - cantitatea de flux de lumină incidentă pe suprafața unității. Iluminarea se măsoară în lux.

Luminozitate - cantitatea de flux luminos emis de o unitate de suprafață. Unitățile de luminozitate sunt lux și ph.

Fluxul luminos - cantitatea totală de lumină care trece printr-o anumită suprafață pe unitatea de timp. Unitatea de măsură a fluxului luminos este lumenul.

Intensitatea luminoasă - intensitatea fluxului luminos pe unitatea de unghi solid (steradian).

efect fotoelectric - emisia de electroni de către o substanță atunci când absoarbe cuante de e-mag. radiații (fotoni). F. a fost descoperit de G. Hertz (1887). Descoperirea și cercetarea F. a jucat un rol important în experiment. fundamentarea teoriei cuantice. Numai pe baza ipotezei cuantizării energiei el.-mag. domeniu, manifestat în procesele de emisie şi absorbţie a luminii, A. Einstein (1905) a reuşit să explice principalele. legi F.: independenta max. cinetică energia fotoelectronilor asupra intensității luminii, o dependență liniară de frecvența acesteia co și existența unei frecvențe limitative (min.) w0 (energia de prag) F.

Un electron liber nu poate absorbi un foton, deoarece în acest caz legile de conservare a energiei și impulsul p nu pot fi respectate simultan. Acest lucru se poate vedea deja din faptul că pentru optică. trecerea unui electron liber din stare, p1 la stare, p2 în absența celui de-al 3-lea corp (mediu de condensare, atom sau foton împrăștiat) legile conservării energiei și impulsului, p2-p1=/c sunt incompatibile pt. orice viteză a electronului u =F. Conform terminologiei stabilite, F. în condensator. mediu numit. se numește emisia de fotoelectroni și tranziția unui electron de la una dintre stările legate dintr-un atom sau moleculă la un spectru continuu. Fotoionizare.

Legile efectului fotoelectric. Cuvântare legea 1 efect fotoelectric: numărul de electroni ejectați de lumină de pe suprafața unui metal în 1 s este direct proporțional cu intensitatea luminii.

Conform a 2-a lege efect fotoelectric, energia cinetică maximă a electronilor ejectați de lumină crește liniar cu frecvența luminii și nu depinde de intensitatea acesteia.

a 3-a lege efect fotoelectric: pentru fiecare substanță există o margine roșie a efectului fotoelectric, adică frecvența minimă a luminii v0 (sau lungimea de undă maximă y0) la care efectul fotoelectric este încă posibil și dacă v

Prima lege este explicată din punctul de vedere al teoriei electromagnetice a luminii: cu cât este mai mare intensitatea undei luminoase, cu atât numărul de electroni va fi transferat suficientă energie pentru a scăpa din metal. Alte legi ale efectului fotoelectric contrazic această teorie.

Explicația teoretică a acestor legi a fost dată în 1905 de Einstein. Potrivit lui, radiația electromagnetică este un flux de cuante individuale (fotoni) cu energie hv fiecare (constanta h a lui Planck). Cu efectul fotoelectric, o parte din radiația electromagnetică incidentă este reflectată de suprafața metalului, iar o parte pătrunde în stratul de suprafață al metalului și este absorbită acolo. După ce a absorbit un foton, electronul primește energie de la acesta și, făcând funcția de lucru, părăsește metalul:

Hv=A+mv2/2, unde

mv2 este energia cinetică maximă pe care o poate avea un electron când părăsește metalul. Se poate defini:

U 3 - tensiune de întârziere.

Einstein Ur-e . A. Einstein în 1905 a arătat că fenomenul efectului fotoelectric și legile acestuia pot fi explicate pe baza teoriei cuantice a efectului fotoelectric pe care a propus-o. Potrivit lui Einstein, lumina cu frecvența v nu este doar emisă, așa cum a presupus Planck (vezi § formulele Rayleigh-Jeans și Planck), ci se propagă și în spațiu și este absorbită de materie în porțiuni separate (quanta), a cărei energie este ε0=hv . Astfel, propagarea luminii trebuie considerată nu ca un proces continuu de undă, ci ca un flux de cuante discrete de lumină localizate în spațiu, deplasându-se cu o viteză c de propagare a luminii în vid. Cuantele de radiație electromagnetică se numesc fotoni.

Potrivit lui Einstein, fiecare cuantă este absorbită de un singur electron. Prin urmare, numărul de fotoelectroni ejectați trebuie să fie proporțional cu intensitatea luminii (legea I a efectului fotoelectric). Inerția efectului fotoelectric se explică prin faptul că transferul de energie în ciocnirea unui foton cu un electron are loc aproape instantaneu.

Energia fotonului incident este cheltuită pentru lucrul electronului A din metal și pentru comunicarea energiei cinetice la fotoelectronul emis. Conform legii conservării energiei:

Ecuația se numește ecuația lui Einstein ziua efectului fotoelectric extern.

Procese fotobiologice apar ca urmare a expunerii la lumină a corpului. Cea mai importantă fotosinteză la plante sunt fotosinteza (sinteza moleculelor organice folosind energia luminii solare), fototaxia (mișcarea organismelor, cum ar fi bacteriile, către sau departe de lumină), fototropismul (rotația frunzelor sau tulpinilor plantelor către sau departe de lumină) și fotoperiodism.(reglarea ciclurilor zilnice și anuale ale vieții prin efectele ciclice ale luminii – întuneric).

La oameni și animale, viziunea, fotoperiodismul și altele sunt denumite fotoperiodism. Sub acțiunea radiațiilor UV, vitamina D se formează în organism din provitamine. Pigmentarea pielii (arsuri solare) este un F. p. protector, care duce la formarea melaninei.

Luminescență - radiația, care este un exces față de radiația termică a corpului la o anumită temperatură și având o durată care depășește semnificativ perioada undelor luminoase.

Prin urmare, pentru apariția luminiscenței, este necesară o sursă de energie diferită de energia internă de echilibru a unui corp dat, corespunzătoare temperaturii acestuia.

După cum reiese din definiția în sine, conceptul de luminescență nu se referă la atomi sau molecule radianți individuali, ci și la agregatele lor - corpuri. Actele elementare de excitare a moleculelor și de emisie de lumină pot fi aceleași în cazul radiației termice și al luminiscenței. Diferența constă doar în numărul relativ al anumitor tranziții energetice.

Natura fizică a luminiscenței constă în tranzițiile radiative ale electronilor atomilor sau moleculelor de la starea excitată la starea fundamentală. În acest caz, diverși factori pot servi drept cauză a excitației lor inițiale: radiații externe, temperatură, reacții chimice etc.

Substanțele cu electroni delocalizați (sisteme conjugate) au cea mai puternică luminiscență . Antracen, naftalina, proteine care conțin aminoacizi aromatici și unele grupe protetice, mulți pigmenți vegetali și în special clorofilă, precum și o serie de medicamente, au o capacitate pronunțată de a luminesce. Substanțele organice capabile să formeze complexe luminiscente cu compuși anorganici slab luminiscenți sunt adesea folosite în analiza luminescenței.

Strălucirea luminiscentă a corpurilor este de obicei împărțită în următoarele tipuri:

fotoluminiscență - strălucesc sub acțiunea luminii (vizibil și în domeniul UV). Acesta, la rândul său, este împărțit în

fluorescență (durată de viață 10-9-10-6 s);

fosforescenta (10-3-10 s);

chemiluminiscență - o strălucire care folosește energia reacțiilor chimice;

catodoluminiscența – cauzată de iradierea cu electroni rapizi (raze catodice);

sonoluminescență - luminiscență cauzată de sunetul de înaltă frecvență;

luminescență cu raze X - strălucesc sub acțiunea razelor X.

radioluminescență - când o substanță este excitată de radiații γ;

triboluminiscență - luminiscență care apare la frecare, zdrobire sau despicare a fosforilor. Triboluminiscența este cauzată de descărcări electrice care apar între părțile electrificate formate - lumina de descărcare determină fotoluminiscența fosforului.

electroluminiscența – apare atunci când un curent electric este trecut prin anumite tipuri de fosfor.

În prezent, fotoluminiscența este cea mai studiată.

După tipul de excitare distingeți: ionoluminiscență, candoluminiscență, catodoluminiscență, radioluminiscență, luminiscență cu raze X, electroluminiscență, fotoluminiscență,

chemiluminiscenţă, triboluminiscenţă.

După durata luminiscenței distinge între fluorescență (scurtă strălucire) și fosforescență (strălucire lungă).

Fluorimetrie (analiza luminiscenței) - determinarea concentraţiei unei substanţe prin intensitatea fluorescenţei care apare atunci când substanţa este iradiată cu raze ultraviolete. În condiții adecvate, prezența unor urme de substanță poate fi detectată în acest fel. Analiza luminescentă este împărțită în macroanaliză - atunci când este observată cu ochiul liber și microanaliza, când este observată cu ajutorul unui microscop.Fluorimetria este o metodă de determinare a cantității de substanță luminiscentă prin intensitatea luminescenței care apare în anumite condiții. Se presupune că există o anumită relație între intensitatea luminiscenței și concentrația substanței. Metodele fluorimetrice, deși în mod fundamental nu sunt diferite de metodele fotometrice și reprezintă doar o varietate de metode optice, au însă propriile lor caracteristici specifice. Efectuarea cu succes a determinărilor fluorimetrice necesită respectarea strictă a unui număr de condiții. În plus, dacă măsurătorile fotometrice nu necesită o stabilizare prea strictă a surselor de lumină, deoarece dispozitivele sunt de obicei construite după o schemă diferențială, atunci în cazul măsurătorilor fluorometrice, condițiile de stabilitate ale sursei de lumină devin de o importanță capitală, deoarece datorită unor dificultăți tehnice este de obicei imposibil de a construi un dispozitiv (fluorimetru) într-un model în două sensuri. În plus, spre deosebire de măsurătorile fotometrice, care necesită o aranjare liniară a sursei de lumină, obiectului și receptorului de lumină, măsurătorile fluorimetrice permit construirea de instrumente cu aranjamente diferite de surse de lumină, eșantion și receptori de lumină. Și aceasta, la rândul său, afectează dependența intensității radiației de concentrația substanței.

Bouguer - Lambert - Legea berii - o lege fizică care determină atenuarea unui fascicul de lumină monocromatic paralel atunci când acesta se propagă într-un mediu absorbant.

Legea se exprimă prin următoarea formulă:

Unde I 0 este intensitatea fasciculului de intrare, l este grosimea stratului de substanță prin care trece lumina, kλ este indicele de absorbție (deseori denumit incorect coeficient de absorbție).

Indicele de absorbție caracterizează proprietățile unei substanțe și depinde de lungimea de undă λ a luminii absorbite. Această dependență se numește spectrul de absorbție al substanței.

Istoria descoperirii legii

Legea Bouguer-Lambert-Beer a fost descoperită experimental de omul de știință francez Pierre Bouguer în 1729, examinată în detaliu de omul de știință german I. G. Lambert în 1760, iar în raport cu concentrația C a fost testată experimental de omul de știință german A. Beer în 1852. .

Absorbția luminii prin soluții

Pentru soluțiile de substanțe absorbante în solvenți neabsorbanți, indicele de absorbție poate fi scris ca

Unde este un coeficient care caracterizează interacțiunea unei molecule de substanță absorbantă cu lumina cu lungimea de undă λ, C este concentrația unei substanțe dizolvate.

Afirmația că χλ nu depinde de C se numește legea lui Beer (a nu se confunda cu legea lui Baer). Semnificația sa este că capacitatea unei molecule de a absorbi lumina nu depinde de starea altor molecule din jur. Cu toate acestea, se observă numeroase abateri de la această lege, mai ales în cazul concentrațiilor mari de C.

Densitatea optică D, o măsură a opacității unui strat de materie la razele de lumină. Este egal cu logaritmul zecimal al raportului dintre fluxul de radiație F0 incident pe strat și fluxul F care a trecut prin acest strat, slăbit ca urmare a absorbției și împrăștierii: D = lg (F0/F), în caz contrar, densitatea optică este logaritmul inversului transmitanței la coeficientul stratului de substanță: D = lg(1/t). Densitatea optică este utilizată în special pentru evaluarea cantitativă a straturilor fotografice dezvoltate atât în ​​fotografia alb-negru, cât și în cea color, unde metodele de măsurare formează conținutul unei discipline separate, densitometria. Densitatea optică depinde de setul de frecvențe n (lungimi de undă l) care caracterizează fluxul inițial; valoarea sa pentru cazul limită al unui singur n se numește densitate optică monocromatică

Transmisie direcțională a luminii (t) este raportul dintre valoarea fluxului luminos care trece în mod normal prin eșantion (Фt) și valoarea fluxului luminos care incide în mod normal pe eșantion (Ф0), raportul dintre puterea transmisă și puterea radiației incidente pentru condițiile date de compoziție spectrală, polarizare și distribuție geometrică. Cantitatea de lumină care se scurge prin suprafața unui material este determinată de transmisie,și cantitatea care se dizolvă complet în material - coeficient de absorbție. Parametrii cantitativi ai acestor trei coeficienți - reflexie, transmisie și absorbție - pot diferi în diferite caracteristici, dar observăm că în absolut toate situațiile suma totală a tuturor coeficienților este egală cu unu. În realitate, nu există un singur element care să aibă măcar unul dintre cei trei coeficienți egal cu unul. Cea mai mare oglindire difuză este caracteristică zăpezii proaspăt căzute, sulfatului de bariu absolut steril din punct de vedere chimic și oxidului de magneziu. Cea mai bună reflectare a oglinzii este în argint lustruit fără impurități și în aluminiu lustruit profesional.

Puterea coeficientului de penetrare este scrisă în diverse cărți de referință pentru orice lățime a materialului (adesea pentru 1 cm). Cele mai transparente elemente includ în special cuarțul pur și câteva tipuri de metacrilat de polimetil (altfel numit sticlă organică). Ele se caracterizează printr-o substanță teoretică (nu are loc cu adevărat!) cu un coeficient de dizolvare în material măsurat cu 1, numită „corp negru absolut”. Alături de reflexie, transmisia luminii este creată prin aspirare (pentru sticla organică sau silicată, policarbonat, cuarț, polistiren etc.), difuză sau dispersată (de exemplu, pentru sticla de tip lăptoasă), împrăștiată direcțional (pentru paharele de tip mată) si amestecate.

Colorimetrie

acesta este denumirea uneia dintre metodele de determinare cantitativă a conținutului de substanțe în soluții; Metodele K. sunt aplicabile la determinarea cantitativă a tuturor acelor substanțe care dau soluții colorate, sau pot fi, cu ajutorul oricărei reacții, transformate în soluție într-un compus colorat. Metodele colorimetrice se bazează pe o comparație fotometrică a densității de culoare a soluției de testat, văzută în lumină transmisă, cu culoarea unei soluții normale care conține o anumită cantitate din această materie colorantă sau cu culoarea unui centru colorat selectat empiric, luată. ca norma. K. se bazează pe următoarele prevederi: 1) puterea de absorbție a luminii a unei soluții de substanță colorată într-un solvent incolor crește proporțional cu concentrația și grosimea stratului lichid, deci: 2) dacă se prepară două soluții de concentrații diferite ale aceleiași substanțe colorante în același solvent incolor și găsiți straturi de o astfel de grosime, încât văzute în lumină transmisă vor da o intensitate de lumină și culoare, atunci grosimea acestor straturi este invers proporțională cu conținutul de materia colorantă din ele. Orice comparație fotometrică se reduce la determinarea condițiilor în care apare egalitatea a două iluminări și, prin urmare, în K., luând în considerare lumina care a trecut printr-un strat al unui lichid normal și lumina care a trecut printr-un strat al lichidului studiat, schimbăm aceste straturi până obținem egalitate în puterea luminii transmise

Dispozitivul și principiul de funcționare a colorimetrului fotoelectric este conceput pentru a determina concentrația unei substanțe în soluții colorate prin densitatea lor optică sau coeficientul de transmisie a luminii.

O lampă incandescentă (1) este utilizată ca sursă de lumină în KFK-2. Fluxul luminos de la lampa incandescentă trece prin diafragma (2), lentila (3), care amplifică lumina de 10 ori și filtrul de lumină (4). KFK-2 are un set de filtre de lumină. Utilizarea unui filtru de culoare specific permite razelor cu o anumită lungime de undă să treacă prin soluție, a cărei absorbție este caracteristică substanței studiate. De obicei, lungimea de undă efectivă și culoarea filtrului sunt specificate în metoda utilizată. Fluxul luminos, care trece printr-un filtru de lumină și o cuvă cu o soluție (5), cade pe un receptor de lumină (6, 7) - o fotocelulă F-26 (în regiunea spectrală de 315-540 nm) sau o fotodiodă ( în regiunea spectrală de 590-980 nm). În fotodetectoare, energia luminii este convertită în energie electrică, a cărei modificare a cantității este reflectată de un microampermetru (9). Citirile microampermetrului sunt proporționale cu puterea fluxului de lumină care a trecut prin soluția de testare.

Biofizica radiațiilor

radiații ultraviolete e(ultraviolete, UV, UV) - radiație electromagnetică, ocupând intervalul dintre capătul violet al radiației vizibile și radiația cu raze X (380 - 10 nm, 7,9 × 1014 - 3 × 1016 Hz). Gama este împărțită condiționat în ultraviolete apropiate (380-200 nm) și departe, sau în vid (200-10 nm), cea din urmă denumită astfel deoarece este absorbită intens de atmosferă și este studiată doar de dispozitive cu vid. Mulți oameni de știință, inclusiv Ritter, au ajuns la acord că lumina constă din trei componente separate: o componentă oxidantă sau termică (infraroșu), o componentă de iluminare (lumină vizibilă) și o componentă reducătoare (ultravioletă). La acea vreme, radiațiile ultraviolete erau numite și „radiații actinice.” Principala sursă de radiații ultraviolete de pe Pământ este Soarele.

Tipuri de radiații ultraviolete

Nume Lungime de undă, nm Cantitatea de energie pe foton Aproape NUV 400 nm - 300 nm 3,10 - 4,13 eV

MUV mediu 300 nm - 200 nm 4,13 - 6,20 eV

FUV îndepărtat 200 nm - 122 nm 6,20 - 10,2 eV

EUV extrem, XUV 121 nm - 10 nm 10,2 - 124 eV

Vacuum VUV 200 nm - 10 nm 6,20 - 124 eV

Ultraviolete A, unde lungi, UVA

400 nm - 315 nm 3,10 - 3,94 eV

Lumină neagră

Ultraviolete B (gamă medie) UVB

315 nm - 280 nm 3,94 - 4,43 eV

Ultraviolete C, unde scurte, UVC

280 nm - 100 nm 4,43 - 12,4 eV

Biolog. acțiune F. Mărește tonusul sistemului simpatico-suprarenal, activează mecanismele de apărare, crește nivelul de imunitate nespecifică și, de asemenea, crește secreția unui număr de hormoni. Sub influența radiațiilor UV (UVR), se formează histamina și substanțe similare, care au efect vasodilatator, cresc permeabilitatea vaselor pielii. Modificări ale metabolismului carbohidraților și proteinelor în organism. Acțiunea radiațiilor optice modifică ventilația pulmonară - frecvența și ritmul respirației; crește schimbul de gaze, consumul de oxigen, activează activitatea sistemului endocrin. Deosebit de semnificativ este rolul radiațiilor UV în formarea vitaminei D în organism, care întărește sistemul musculo-scheletic și are efect anti-rahită. De remarcat este faptul că deficiența UVR pe termen lung poate avea efecte adverse asupra corpului uman, denumite „foame ușoară”. Cea mai frecventă manifestare a acestei boli este o încălcare a metabolismului mineral, scăderea imunității, oboseala etc.

Actiunea radiatiilor ultraviolete asupra pielii, depasind capacitatea naturala de protectie a pielii (bronzare) duce la arsuri.Expunerea pe termen lung la radiatiile ultraviolete contribuie la dezvoltarea melanomului, a diferitelor tipuri de cancer de piele, accelereaza imbatranirea si aparitia riduri.

Radiațiile ultraviolete sunt imperceptibile pentru ochiul uman, dar cu expunerea intensă provoacă o leziune tipică prin radiații (arsura retinei).

Raze X. Radiația . raze X- un tip de radiație electromagnetică având o lungime de undă mai scurtă decât undele electromagnetice ultraviolete. Lungimea de undă a razelor X variază de la 70 nm la 10-5 nm. Cu cât lungimea de undă a razelor X este mai mică, cu atât energia fotonilor acestora este mai mare și puterea de penetrare este mai mare. Razele X cu o lungime de undă relativ mare (mai mult de 10 nm) sunt numite moi. Lungimea de undă 1 - 10 nm caracterizează razele X dure. Au o mare putere de penetrare.

Razele X sunt produse atunci când electronii rapizi sau razele catodice se ciocnesc de pereții sau anodul unui tub de descărcare de joasă presiune. Un tub modern de raze X este un recipient de sticlă evacuat cu un catod și un anod situat în el. Diferența de potențial dintre catod și anod (anticatod) ajunge la câteva sute de kilovolți. Catodul este un filament de wolfram încălzit de un curent electric. Acest lucru duce la emisia de electroni de către catod ca rezultat al emisiei termoionice. Electronii sunt accelerați de un câmp electric într-un tub cu raze X. Deoarece există un număr foarte mic de molecule de gaz în tub, electronii practic nu își pierd energia în drumul lor către anod. Ele ajung la anod cu o viteză foarte mare.

Razele X sunt întotdeauna produse atunci când electronii de mare viteză sunt întârziați de materialul anodului. Cea mai mare parte a energiei electronilor este disipată sub formă de căldură. Prin urmare, anodul trebuie să fie răcit artificial. Anodul din tubul cu raze X trebuie să fie realizat dintr-un metal care are un punct de topire ridicat, cum ar fi wolfram.

O parte din energia care nu se disipă sub formă de căldură este convertită în energie unde electromagnetice (raze X). Astfel, razele X sunt rezultatul bombardării cu electroni a materialului anodic. Există două tipuri de raze X: bremsstrahlung și caracteristice.

tub cu raze X, un dispozitiv electrovacuum care servește ca sursă de raze X. O astfel de radiație apare atunci când electronii emiși de catod decelerează și lovesc anodul (anticatodul); în acest caz, energia electronilor accelerată de un câmp electric puternic în spațiul dintre anod și catod este parțial convertită în energie de raze X. Radiația R.t. este o suprapunere a razelor X bremsstrahlung pe radiația caracteristică a substanței anodice (vezi razele X). R. t. distingeți: după metoda de obținere a unui flux de electroni - cu un catod termoionic (încălzit), un catod cu emisie de câmp (ascuțit), un catod bombardat cu ioni pozitivi și o sursă (b) radioactivă de electroni; conform metodei de aspirare - sigilat, pliabil; în funcţie de timpul de radiaţie - acţiune continuă, pulsată; în funcție de tipul de răcire a anodului - cu apă, ulei, aer, răcire prin radiații; în funcție de dimensiunea focalizării (zona de radiație pe anod) - macrofocus, focalizare clară și microfocus; după forma sa - inel, rotund, riglat; după metoda de focalizare a electronilor pe anod - cu focalizare electrostatică, magnetică, electromagnetică.

Principalul postulat al teoriei corpusculare a radiațiilor electromagnetice este următorul: uh radiatie electromagnetica (și în special lumina) - este un flux ora tic ,numit fotonii . Fotonii se propagă în vid cu o viteză egală cu limitarea vitezei de propagare a interacțiunii , Cu= 3 10 8 m/s, masa și energia de repaus orice foton zero , energia fotonică E este legată de frecvența radiației electromagnetice ν și de lungimea de undă λ prin formula

Rețineți că formula (2.7.1) se leagă corpuscular caracteristică radiației electromagnetice, energie fotonică, s val caracteristici – frecventa si lungimea de unda. Este o punte între teoriile corpusculare și cele ondulatorii. Existența acestui pod este inevitabilă, deoarece atât fotonul cât și unde electromagnetice - e doar două modele ale aceluiași obiect din viața reală –radiatie electromagnetica .

Orice particulă în mișcare ( corpuscul) are impuls, iar conform teoriei relativității, energia particulei Eși impulsul ei p legate prin formula

(2.7.2)

Unde – energia de repaus a particulei. Deoarece energia de repaus a unui foton este egală cu zero, din (2.7.2) și (2.7.1) decurg două formule foarte importante:

Să ne întoarcem acum la fenomenul de presiune ușoară.

Presiunea luminii a fost descoperită de omul de știință rus P.N. Lebedev în 1901. În experimentele sale, el a descoperit că presiunea luminii depinde de intensitatea luminii și de reflectivitatea corpului. În experimente s-a folosit un spinner cu petale negre și oglindă, plasat într-un balon evacuat (Fig. 2.10).

Orez. 2.10

Să calculăm valoarea presiunii ușoare.

Pe o zonă a corpului S fluxul luminos scade cu energie, unde N – numărul de quante (Fig. 2.11).

Orez. 2.11

KN cuantele vor fi reflectate de la suprafață; (unu - K)N- fi absorbit (Fig. 2.10), K- coeficientul de reflexie.

Mai jos sunt condițiile problemelor și soluțiile scanate. Dacă trebuie să rezolvați o problemă pe acest subiect, puteți găsi o condiție similară aici și o puteți rezolva pe propria dvs. prin analogie. Încărcarea paginii poate dura ceva timp din cauza numărului mare de imagini. Dacă aveți nevoie de rezolvare a problemelor sau de ajutor online în fizică, vă rugăm să ne contactați, vom fi bucuroși să vă ajutăm.

Fenomenul fizic - presiunea luminii la suprafata - poate fi considerat din doua pozitii - teoriile corpusculare si ondulatorii ale luminii. Conform teoriei corpusculare (cuantice) a luminii, un foton este o particulă și are un impuls care, atunci când un foton lovește o suprafață, este transferat complet sau parțial la suprafață. Conform teoriei undelor, lumina este o undă electromagnetică care, atunci când trece printr-un material, are un efect asupra particulelor încărcate (forța Lorentz), ceea ce explică presiunea luminii în această teorie.

Lumina cu o lungime de undă de 620 nm incide în mod normal pe o suprafață înnegrită și exercită o presiune de 0,1 µPa. Câți fotoni cad pe o suprafață cu o suprafață de 5 cm2 într-un timp de 10 s?

Lumina cade în mod normal pe o suprafață oglindă și exercită o presiune de 40 μPa asupra acesteia. Care este energia de iluminare a suprafeței?

Lumina cu o lungime de undă de 600 nm incide în mod normal pe suprafața unei oglinzi și exercită o presiune de 4 µPa. Câți fotoni lovesc o suprafață de 1 mm2 în 10 s?

Lumina cu o lungime de undă de 590 nm incide pe suprafața oglinzii la un unghi de 60 de grade. Densitatea fluxului luminos este de 1 kW/m2. Determinați presiunea luminii pe suprafață.

Sursa este situată la o distanță de 10 cm de suprafață. Presiunea ușoară pe suprafață este de 1 MPa. Găsiți puterea sursei.

Un flux de lumină cu o putere de 0,8 W cade în mod normal pe o suprafață de oglindă cu o suprafață de 6 cm2. Găsiți presiunea și forța presiunii ușoare.

Un flux de lumină de 0,9 W cade în mod normal pe suprafața unei oglinzi. Găsiți forța presiunii ușoare pe această suprafață.

Lumina incide în mod normal pe o suprafață cu o reflexie de 0,8. Presiunea ușoară exercitată pe această suprafață este de 5,4 µPa. Ce energie vor fi aduse de fotonii incidenti pe o suprafata cu suprafata de 1 m2 intr-un timp de 1 s?

Găsiți presiunea luminii exercitată pe suprafața înnegrită a becului unei lămpi cu incandescență din interior. Considerați balonul ca o sferă cu o rază de 10 cm și luați spirala lămpii ca o sursă punctiformă de lumină cu o putere de 1 kW.

Un flux luminos cu o putere de 120 W/m2 cade normal la suprafață și exercită o presiune de 0,5 µPa. Aflați coeficientul de reflexie al suprafeței.

Lumina este incidenta in mod normal pe o suprafata perfect reflectanta cu o suprafata de 5 cm2. Intr-un timp de 3 min, energia luminii incidente este de 9 J. Aflati presiunea luminii.

Lumina incide pe o suprafață de oglindă cu o suprafață de 4,5 cm2. Energia de iluminare a suprafeței este de 20 W/cm2. Ce impuls vor da fotonii de suprafață în 5 s?

Lumina cade normal pe o suprafață înnegrită și în 10 minute aduce o energie de 20 J. Suprafața este de 3 cm2. Găsiți energia de iluminare a suprafeței și presiunea luminii.

Lumina cu o putere de flux de 0,1 W/cm2 cade pe suprafața oglinzii la un unghi de incidență de 30 de grade. Determinați presiunea luminii pe suprafață.