Номер 4, страница 251 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

Ответь на вопросы. § 51. Типы оптических спектров. Глава 3. Световые явления. Электромагнитные волны - номер 4, страница 251.

4. Опишите механизм получения линейчатых спектров поглощения.

Опишите механизм получения линейчатых спектров поглощения.

Линейчатые спектры поглощения возникают, когда свет с непрерывным (сплошным) спектром проходит через вещество в газообразном атомарном состоянии, которое является относительно холодным (неизлучающим).

Механизм этого явления объясняется квантовой теорией строения атома:

1. Источник света (например, раскаленное твердое тело, жидкость или плотный газ, как в звезде) создает электромагнитное излучение во всем диапазоне видимых длин волн, то есть сплошной спектр.
2. Этот свет пропускается через холодный, разреженный газ или пар исследуемого вещества. Атомы этого газа находятся преимущественно в основном (невозбужденном) энергетическом состоянии.
3. Согласно постулатам Бора, атом может поглотить фотон света только в том случае, если энергия этого фотона $E = h\nu$ в точности равна разности энергий между каким-либо возбужденным состоянием $E_n$ и основным состоянием $E_k$: $h\nu = E_n - E_k$. Здесь $h$ — постоянная Планка, а $\nu$ — частота света.
4. В результате атомы газа избирательно поглощают из проходящего света фотоны только определенных, характерных для данного химического элемента частот. Электроны в этих атомах переходят на более высокие энергетические уровни.
5. Свет, прошедший через газ, анализируется с помощью спектроскопа. На фоне сплошного спектра источника появляются темные линии — это и есть линейчатый спектр поглощения. Эти темные линии находятся точно на тех местах, где находились бы яркие линии в спектре испускания того же самого нагретого газа.
6. Поглотив фотоны, атомы находятся в возбужденном состоянии очень недолго (около $10^{-8}$ с) и затем возвращаются в основное состояние, излучая фотоны тех же самых частот. Однако это вторичное излучение происходит хаотично, во всех направлениях, а не только в направлении первоначального пучка света. Поэтому в направлении наблюдения интенсивность света на этих частотах оказывается значительно ослабленной, что и воспринимается как темные линии.

Ответ: Линейчатый спектр поглощения получается при прохождении света со сплошным спектром через холодный атомарный газ. Атомы газа поглощают фотоны строго определенных частот, соответствующих возможным переходам электронов на более высокие энергетические уровни. В результате на фоне сплошного спектра появляются темные линии на месте поглощенных частот.

5. В чём заключается суть закона Кирхгофа, касающегося излучения и поглощения?

Закон Кирхгофа для теплового излучения устанавливает фундаментальную связь между способностью тела излучать и поглощать электромагнитные волны при определенной температуре.

Суть закона заключается в следующем: отношение излучательной способности тела к его поглощательной способности одинаково для всех тел при данной температуре и для данной частоты (или длины волны) и не зависит от их природы, формы или размеров. Это отношение равно излучательной способности абсолютно черного тела при той же температуре и на той же частоте.

Математически закон Кирхгофа выражается формулой:

$ \frac{E_{\nu,T}}{A_{\nu,T}} = B_{\nu,T} $

где:

• $E_{\nu,T}$ — спектральная плотность излучательной способности тела (энергия, излучаемая с единицы поверхности тела в единицу времени в единичном интервале частот около частоты $\nu$ при температуре $T$).
• $A_{\nu,T}$ — поглощательная способность тела (безразмерная величина, показывающая, какая доля энергии падающего излучения с частотой $\nu$ поглощается телом при температуре $T$).
• $B_{\nu,T}$ — излучательная способность абсолютно черного тела (универсальная функция Кирхгофа, зависящая только от частоты $\nu$ и температуры $T$).

Из этого закона следует важный вывод: тело, которое лучше поглощает излучение определенной частоты, будет и лучше излучать на той же частоте при той же температуре. И наоборот, тело, которое плохо поглощает (хорошо отражает) свет, является плохим излучателем.

Например, этот закон объясняет явление обращения спектральных линий: холодный газ поглощает свет на тех же самых длинах волн, на которых он сам светится, будучи нагретым. Темные линии в спектре поглощения натрия (например, в спектре Солнца) находятся на тех же длинах волн, что и яркие желтые линии в его спектре испускания.

Ответ: Суть закона Кирхгофа состоит в том, что отношение излучательной способности любого тела к его поглощательной способности при определенной температуре и для определенной частоты является величиной постоянной для всех тел и равной излучательной способности абсолютно черного тела. Проще говоря, вещество поглощает излучение тех длин волн, которые оно само испускает при нагревании.