Što je zračenje u fizici? Definicija, značajke, primjena zračenja u fizici. Što je toplinsko zračenje u fizici

Danas ćemo razgovarati o tome što je zračenje u fizici. Pričajmo o prirodi elektroničkih prijelaza i dajemo elektromagnetsku mjerilu.

Božanstvo i Atom

Struktura materije postala je predmetom interesa znanstvenika prije više od dvije tisuće godina. Filozoci antičkih Grka postavljali su pitanja, kako se zrak razlikuje od vatre, a zemlja od vode, zašto je mramor bijeli, a ugljen je crn. Stvorili su složene sustave međuovisnih komponenti, opovrgnuli ili podržavali jedni druge. I najteže neshvatljive pojave, na primjer, udara munje ili izlazak sunca pripisan djelovanju bogova.

Jednom, dugi niz godina gledajući korake hrama, jedan je znanstvenik promatrao: svaka noga koja stoji na stijeni izvlači sićušnu česticu materije. Tijekom vremena, mramor je promijenio oblik, zakrivljen u sredini. Ime tog znanstvenika je Leucippus, a on je nazvao najmanji atom čestica, nedjeljiv. Od toga je počelo put proučavanja zračenja u fizici.

Uskrs i svjetlo

Tada je došlo mračno doba, znanost je napuštena. Svi oni koji su pokušali proučavati sile prirode nazivali su vještice i čarobnjaci. Ali, čudnovato, religija je potaknula daljnji razvoj znanosti. Proučavanje onoga što takvo zračenje u fizici započinje astronomijom.

Vrijeme slavljenja Uskrsa izračunalo se u tim vremenima svaki put na različite načine. Složen sustav odnosa između dana proljetnog ekvinocija, 26 dana lunarnog ciklusa i 7 dana tjedno nije dopustila količine datume stola za proslavu Uskrsa više od nekoliko godina. Ali crkva je morala unaprijed planirati sve. Stoga je papa Leo X naredio pripremu točnijih tablica. To je zahtijevalo pažljivo promatranje kretanja mjeseca, zvijezda i sunca. Na kraju, Nikola Kopernik shvatili da Zemlja nije ravna, a ne središte svemira. Planet je lopta koja se vrti oko Sunca. A Mjesec je sfera na Zemljinoj orbiti. Naravno, možete pitati: „Što je sve to na činjenicu da je takvo zračenje u fizici?” Sada se otkrilo.

Ovalna i zraka

Kasnije je Kepler dopunio Kopernikov sustav, utvrdivši da se planeti kreću u ovalnim orbiti, a kretanje je neujednačeno. Ali bio je to prvi korak koji je u čovječanstvu ulijevao interes za astronomiju. I bilo je blizu pitanja: "Što je zvijezda?", "Zašto ljudi vide njegove zrake?" I "Što je jedna zvijezda drugačija od druge?". Ali prvo morate ići od ogromnih predmeta do najmanjih. A onda dolazimo do zračenja, koncepta u fizici.

Atom i grožđice

Potkraj devetnaestog stoljeća, dovoljno znanja o najmanjim kemijskim jedinicama materi - atoma. Poznato je da su električki neutralni, ali sadrže i pozitivno i negativno nabijene elemente.

Iznijela mnoge pretpostavke: da su pozitivni i negativni naboji raspoređenih na terenu u kolač kao grožđice i atom - kap heterogenih dijelova tereti tekućine. Ali sve je razjasnilo Rutherfordovo iskustvo. Pokazalo se da je teški jezgra je pozitivan, a svjetlo negativnih elektrona su postavljeni oko središnjeg atoma. A konfiguracija školjaka za svaki atom je različita. Ovdje se također nalaze značajke zračenja u fizici elektroničkih prijelaza.

Bor i orbita

Kada su znanstvenici otkrili da su svjetlosni negativni dijelovi atoma elektroni, pojavilo se još jedno pitanje - zašto ne pada na jezgru. Naposljetku, prema Maxwellovoj teoriji, sva pokretna naboja emitiraju, stoga, gube energiju. Ali atomi su postojali jednako kao i svemir i nisu namjeravali uništiti. Bor je došao do spašavanja. Pretpostavljao je da su se elektroni nalazili na nekim stacionarnim putevima oko atomske jezgre i mogu se nalaziti samo na njima. Prijelaz elektrona između orbita postiže se trzajem apsorpcijom ili emisijom energije. Ta energija može biti, na primjer, kvantna svjetlost. Zapravo, sada smo iznijeli definiciju zračenja u fizici elementarnih čestica.

Vodik i fotografija

U početku je tehnologija fotografije izumljena kao komercijalni projekt. Ljudi su htjeli ostati u stoljećima, ali ne bi svi mogli priuštiti naručiti portret iz umjetnika. Fotografije su bile jeftine i nisu zahtijevale takva velika ulaganja. Zatim je umjetnost stakla i srebro nitrata stavila vojnu službu u službu. A onda je znanost počela iskoristiti fotosenzibilne materijale.

Prije svega, snimljeni su spektri. Već je poznato da vrući vodik emitira betonske crte. Udaljenost između njih bila je podložna određenom zakonu. Ali ovdje je spektar helija bio složeniji: sadržavao je isti niz linija kao vodik i još jedan. Druga serija više se nije pridržavala zakona, izvedena za prvu seriju. Ovdje je došlo do pomoći Bohrove teorije.

Ispalo je da je elektron u atomu vodika jedan, a može proći od svih viših uzbudnih orbita na jedan niži. Ovo je bila prva serija linija. Teži atomi su složenije.

Objektiv, rešetka, spektar

Tako je započela uporaba zračenja u fizici. Spektralna analiza je jedna od najmoćnijih i najpouzdanijih metoda za određivanje sastava, količine i strukture tvari.

1. Elektronički emisijski spektar će vam reći što se nalazi u objektu i koji postotak ove ili one komponente. Ova metoda koristi se apsolutno svim područjima znanosti: od biologije i medicine do kvantne fizike.
2. Apsorpcijski spektar će vam reći koje ione i na kojim mjestima su prisutni u rešetki čvrste.
3. Rotacijski spektar će pokazati koliko su molekule unutar atoma, koliko i koje su veze prisutne za svaki element.

A raspon primjene elektromagnetskih zračenja i ne treba uzeti u obzir:

• radio valovi istražuju strukturu vrlo udaljenih objekata i dubine planeta;
• toplinsko zračenje će vam reći o energiji procesa;
• Vidljiva svjetlost će vam reći u kojim smjerovima leže najsjajnije zvijezde;
• Ultraljubičaste zrake učinit će jasno da dolazi do visoke energetske interakcije;
• Rendgenski spektar sama omogućava ljudima proučavati strukturu materije (uključujući i ljudsko tijelo) i prisutnost tih zraka u prostoru objekata poznatih znanstvenika da je fokus teleskopa neutronskih zvijezda, supernova eksplozije ili crne rupe.

Apsolutno crno tijelo

Ali postoji poseban odjeljak koji proučava toplinska zračenja u fizici. Za razliku od atomske, toplinska emisija svjetlosti ima kontinuirani spektar. A najbolji modelni objekt za izračunavanje je apsolutno crno tijelo. To je objekt koji "hvata" svu svjetlost koja ga udara, ali ga ne oslobađa. Ironično, apsolutno crno tijelo zrači, a maksimalna valna duljina ovisit će o temperaturi modela. U klasičnoj fizici toplinsko zračenje stvara paradoks ultraljubičastog katastrofa. Pokazalo se da svaka grijana stvar mora zračiti sve više i više energije, sve dok u ultraljubičastom području njegova energija ne uništi svemir.

Max Planck je uspio riješiti paradoks. U formuli zračenja uveo je novu količinu, kvantu. Ne dajući joj posebno fizičko značenje, otvorio je cijeli svijet. Sada je kvantizacija količina temelj suvremene znanosti. Znanstvenici su shvatili da se polja i fenomeni sastoje od nedjeljivih elemenata, kvanta. To je dovelo do dubljih istraživanja materije. Na primjer, moderni svijet pripada poluvodičima. Prije toga, sve je bilo jednostavno: metal provodi tekuće, druge tvari - dielektrici. A tvari poput silicija i germanija (samo poluvodiči) ponašaju se neshvatljivo u pogledu struje. Da bi naučili kako upravljati svojim svojstvima, bilo je potrebno stvoriti cjelovitu teoriju i izračunati sve mogućnosti p-n prijelaza.