连续光谱的电磁辐射

这种光谱发出的任何温暖的物质。热不规则的运动吗电子、原子和分子;越高温度,越快速运动。因为电子比原子更轻,不规则的热运动产生不规则的振荡负责运动,反映了连续频谱的频率。在一个特定的振荡频率可以被认为是一个微小的“天线”,发射和接收电磁辐射。作为一个块铁加热温度越来越高时,它首先会发光吗红色的,然后黄色的,最后白色的。简而言之,所有的颜色可见光谱表示。即使在铁开始发出红色荧光,可以感觉的排放红外波对皮肤的热感觉。一个白热化的铁也发出紫外线辐射,可以检测到一个胶卷。

并不是所有的材料加热到相同的温度发出相同的电磁波的光谱分布和数量。例如,一块玻璃加热铁旁边看起来近无色,但感觉热皮肤(它释放更多的红外线)比铁。这个观察演示了互惠原则:一个身体散发出强烈的频率,它能够吸收,因为两个过程需要的小天线的频率范围。玻璃是透明的光的可见范围,因为它缺乏可能的电子吸收这些特定的频率。因此,玻璃不能发光的红色,因为它不能吸收红。另一方面,玻璃是一种更好的发射器/吸收红外比铁或其他金属,强烈反映了这种低频电磁波。这种选择性的发射率和吸收率对理解很重要温室效应(见下文大气的温室效应)和许多其他的自然现象。的钨灯丝的灯泡温度为2500 K (4040°F)和发出大量的可见光但是红外因为相对较少金属正如上面提到的,小在红外发射率范围。这当然是幸运的,因为人希望光从一个灯泡,但不太热。发出的光蜡烛源于很热碳烟尘粒子的火焰,强烈吸收,从而发出可见光。相比之下,厨房的煤气火焰范围是苍白,即使它是温度比蜡烛的火焰,因为没有烟尘。光星星源于气体的高温表面。广泛的辐射散发出来太阳的表面的温度约为5800 K。辐射输出是6000万瓦每平方米的太阳能表面,相当于一个中等身材的商业发电所产生的光的量,可以供应电力约30000户家庭。

光谱作文激烈的身体取决于身体的材料由。这并不是理想的散热器或吸收器。这样的一个理想对象吸收,从而发出辐射的频率一样,充分。散热器/吸收剂的这种被称为黑体,它的辐射谱被称为黑体辐射,这取决于只有一个参数,它的温度。科学家们设计和研究这样的理想对象,因为他们的属性可以清楚。此信息可以用于确定和理解为什么真正的对象,如一块铁或玻璃,云,或明星,表现不同。

一个好的近似黑体是一块煤炭或者,更好的是,一个腔的煤通过一个小孔是可见的。黑体辐射的有一个属性是每个人都熟悉,但实际上是很神秘的。煤炭加热块的温度越来越高,一分之一的观察一个沉闷的红光,其次是改变颜色鲜红色的;随着温度的增加,黄色的颜色变化,最后为白色。白色本身不是一个颜色的视觉效果,而是所有原色的组合。白色的光芒是观察高温意味着颜色蓝色的已添加到观察到的在较低的温度。这颜色随温度改变是神秘的,因为一个期望,随着能源(或温度)的增加,更多的相同,不是完全不同。例如,增加了权力电台的放大器,一听到音乐声音而不是更高的音调。

颜色的变化频率分布电磁辐射来自加热体在不同的温度下保持一个谜几个世纪。这个神秘的解决方案由德国物理学家马克斯·普朗克了现代的时代物理在20世纪初。他解释说这一现象提出的微型天线加热身体量化,这意味着他们可以发射电磁辐射只有在有限的能源广达电脑的大小hν。的恒量h被称为普朗克常数在他的荣誉。蓝色的光hν= 3电动汽车,而hν为红灯= 1.8 eV。由于高频天线振动指控在固体量子释放更大的能量hν比低频天线,他们只能这样做,当温度,或热原子运动,变得足够高。因此,平均间距,或峰值频率,黑体的电磁辐射与温度增加。

材料的许多小天线加热块,如上所述,与加速和减速的指控被识别材料的原子的热运动。还有其他来源的连续光谱与热相关的电磁辐射不但是仍然来自加速或减速的指控。x射线例如,由突然停止快速移动电子。这个费用产生的减速轫致辐射(“制动辐射”)。在一个x光管,电子移动的能量E_马克斯= 10000 - 50000 eV (10 - 50 keV)是由一块金属。突然减速的电子产生的电磁辐射是一个连续谱扩展到最大光子能源hν=E_马克斯。

到目前为止最亮的连续体电磁辐射的光谱同步加速器辐射来源。这些不出名,因为他们主要是用于研究和有时商业和医学应用。因为任何改变在运动加速度、循环电流的电子产生电磁辐射。当这些循环电子移动相对论速度(即。,those approaching the speed of light), the亮度巨大的辐射增加。这种辐射首次观察到通用电气公司在1947年一个电子同步加速器(因此这个辐射的名字),这是一个类型的粒子加速器这力量相对电子在圆形轨道通过使用强大的磁场。同步加速器辐射的强度进一步增加超过为人处事孑孓,波纹机移动梁相对论性电子来回通过其他磁场。

产生轫致辐射的条件以及同步辐射在自然界中以各种形式存在。带电粒子的加速和捕捉恒星的引力场,黑洞,或星系是一种高能宇宙射线的来源。伽马射线生产其他种类的宇宙objects-namely,超新星,中子星,类星体。

离散频率源和吸收的电磁辐射

这些都是日常生活中常见的。熟悉的例子离散频率电磁辐射包括不同的灯的颜色充满了不同荧光气体特点的广告标志,染料和颜料的颜色,明亮的黄色的钠灯的蓝绿色色调水星灯,具体的颜色激光。

特定频率的电磁辐射通常的来源原子或分子。每一个原子或分子可以有一定的离散的内部能量,称为量子态。因此一个原子或分子可以改变它的内部能量只有通过离散量。从高到低能量状态,一个量子hν的电磁辐射发射级之间的能量差,正是更高和更低的状态。一个量子的吸收hν的原子从低到高状态hν匹配不同的能量。都喜欢原子是相同的,但每一个化学元素的元素周期表都有自己的特定的一组可能的内部能量。因此,通过测量特性和离散发射或吸收的电磁辐射原子或分子,一个人可以确定哪一种原子或分子发出或吸收辐射。这提供了一种确定化学的手段作文的物质。因为一个人不能一块一颗遥远恒星运行的传统主题化学分析,研究发射或吸收星光是唯一的方法来确定恒星的构成或星际气体和尘埃。

例如太阳,不仅发出辐射的连续光谱,源于其热表面也放射出的辐射量子离散hν是原子组成的特征。许多元素可以检测到在太阳表面,但是最丰富氦。这是因为氦的最终产品核聚变反应,是太阳的基本能量来源。这个特定的元素被命名为氦(来自希腊语赫利俄斯,意思是“太阳”),因为它的存在是首次发现的特征吸收太阳光谱的能量。氦的冷却器外地区的大气吸收太阳能光特征频率低和热区域的太阳。

特点和离散能量hν发现发射和吸收电磁辐射的原子和分子扩展x射线的能量。随着罢工高能电子的金属在一个x射线管,逸出的电子就内部能级的原子。这些空缺由电子从第二或第三壳;发射过程中x射线hν值相对应的能量差异贝壳。因此一个不仅观察到的连续光谱轫致辐射上面所讨论的也离散能量的x射线hν特点的具体元素组成的金属被高能电子的x射线管。

离散电磁辐射能量hν一切物质所发出或吸收的反映不连续性的内部能量的物质。这意味着窗口玻璃和水是透明的可见光;他们无法吸收这些可见光量子因为其内部能量,没有能量差异