№1. Что называют радиоактивным излучением? №2. Что называют... Что называют излучением

Что такое излучение в физике? Определение, особенности, применение излучения в физике. Что такое тепловое излучение в физике

Сегодня поговорим о том, что такое излучение в физике. Расскажем о природе электронных переходов и приведем электромагнитную шкалу.

Божество и атом

Строение вещества стало предметом интереса ученых более двух тысяч лет назад. Древнегреческие философы задавались вопросами, чем воздух отличается от огня, а земля от воды, почему мрамор белый, а уголь черный. Они создавали сложные системы взаимозависимых компонентов, опровергали или поддерживали друг друга. А самые непонятные явления, например, удар молнии или восход солнца приписывали действию богов.

Однажды, долгие годы наблюдая за ступенями храма, один ученый заметил: каждая нога, встающая на камень, уносит крошечную частичку вещества. Со временем мрамор менял форму, прогибался посередине. Имя этого ученого – Левкипп, и он назвал мельчайшие частицы атомами, неделимыми. С этого начался путь к изучению того, что такое излучение в физике.

Пасха и свет

Затем настали темные времена, науку забросили. Всех, кто пытался изучать силы природы, окрестили ведьмами и колдунами. Но, как ни странно, именно религия дала толчок к дальнейшему развитию науки. Исследование о том, что такое излучение в физике, началось с астрономии.

Время празднования Пасхи вычислялось в те времена каждый раз по-разному. Сложная система взаимоотношений между днем весеннего равноденствия, 26-дневным лунным циклом и 7-дневной неделей не позволяла составлять таблицы дат для празднования Пасхи более чем на пару лет. Но церкви надо было все планировать заранее. Поэтому Папа Римский Лев X заказал составление более точных таблиц. Это потребовало тщательно наблюдения за движением Луны, звезд и Солнца. И в конце концов Николай Коперник понял: Земля не плоская и не центр вселенной. Планета – шар, который вращается вокруг Солнца. А Луна – сфера на орбите Земли. Конечно, можно спросить: «Какое отношение все это имеет к тому, что такое излучение в физике?» Сейчас раскроем.

Овал и луч

Позже Кеплер дополнил систему Коперника, установив, что планеты движутся по овальным орбитам, и движение это неравномерное. Но именно тот первый шаг привил человечеству интерес к астрономии. А там недалеко было и до вопросов: «Что такое звезда?», «Почему люди видят ее лучи?» и «Чем одно светило отличается от другого?». Но сначала придется перейти от огромных объектов к самым маленьким. И затем подойдем к излучению, понятию в физике.

Атом и изюм

В конце девятнадцатого века накопилось достаточно знаний о малейших химических единицах вещества – атомах. Было известно, что они электронейтральны, но содержат как положительно, так и отрицательно заряженные элементы.

Предположений выдвигалось множество: и что положительные заряды распределены в отрицательном поле, как изюм в булке, и что атом – это капля из разнородно заряженных жидких частей. Но все прояснил опыт Резерфорда. Он доказал, что в центре атома находится положительное тяжелое ядро, а вокруг него располагаются легкие отрицательные электроны. И конфигурация оболочек для каждого атома своя. Тут-то и кроются особенности излучения в физике электронных переходов.

Бор и орбита

Когда ученые выяснили, что легкие отрицательные части атома – это электроны, встал другой вопрос - почему они не падают на ядро. Ведь, согласно теории Максвелла, любой движущийся заряд излучает, следовательно, теряет энергию. Но атомы существовали столько же, сколько вселенная, и не собирались аннигилировать. На выручку пришел Бор. Он постулировал, что электроны находятся на некоторых стационарных орбитах вокруг атомного ядра, и находиться могут только на них. Переход электрона между орбитами осуществляется рывком с поглощением или испусканием энергии. Этой энергией может быть, например, квант света. По сути, мы сейчас изложили определение излучения в физике элементарных частиц.

Водород и фотография

Изначально технология фотографии была придумана как коммерческий проект. Люди хотели остаться в веках, но заказать портрет у художника было не каждому по карману. А фотографии были дешевыми и не требовали таких больших вложений. Потом искусство стекла и нитрата серебра поставило себе на службу военное дело. А затем и наука стала пользоваться преимуществами светочувствительных материалов.

В первую очередь фотографировать стали спектры. Уже давно было известно, что горячий водород испускает конкретные линии. Расстояние между ними подчинялось определенному закону. Но вот спектр гелия был более сложным: он содержал тот же набор линий, что и водород, и еще один. Вторая серия уже не подчинялась закону, выведенному для первой серии. Тут на помощь пришла теория Бора.

Выяснилось, что электрон в атоме водорода один, и он может переходить из всех высших возбужденных орбит на одну нижнюю. Это и была первая серия линий. Более тяжелые атомы устроены сложнее.

Линза, решетка, спектр

Таким образом было положено начало применению излучения в физике. Спектральный анализ – один из самых мощных и надежных способов определения состава, количества и структуры вещества.

Электронный эмиссионный спектр расскажет, что содержится в объекте и каков процент того или иного компонента. Этот способ используют абсолютно все области науки: от биологии и медицины до квантовой физики.
Спектр поглощения расскажет, какие ионы и на каких позициях присутствуют в решетке твердого тела.
Вращательный спектр продемонстрирует, насколько далеко находятся молекулы внутри атома, сколько и каких связей присутствует у каждого элемента.

А уж диапазонов применения электромагнитного излучения и не счесть:

радиоволны исследуют структуру очень далеких объектов и недра планет;
тепловое излучение расскажет об энергии процессов;
видимый свет подскажет, в каких направлениях лежат самые яркие звезды;
ультрафиолетовые лучи дадут понять, что происходят высокоэнергетические взаимодействия;
рентгеновский спектр сам по себе позволяет людям изучать структуру вещества (в том числе и человеческого тела), а наличие этих лучей в космических объектах известят ученых, что в фокусе телескопа нейтронная звезда, вспышка сверхновой или черная дыра.

Абсолютно черное тело

Но есть особый раздел, который изучает, что такое тепловое излучение в физике. В отличие от атомного, тепловое испускание света имеет непрерывный спектр. И наилучшим модельным объектом для расчетов является абсолютно черное тело. Это такой объект, который «ловит» весь попадающий на него свет, но не выпускает обратно. Как ни странно, абсолютно черное тело излучает, и максимум длины волны будет зависеть от температуры модели. В классической физике тепловое излучение порождало парадокс ультрафиолетовой катастрофы. Выходило, что любая нагретая вещь должна была излучать все больше и больше энергии, пока в ультрафиолетовом диапазоне ее энергия не разрушила бы вселенную.

Разрешить парадокс смог Макс Планк. В формулу излучения он ввел новую величину, квант. Не придавая ей особенного физического смысла, он открыл целый мир. Сейчас квантование величин – основа современной науки. Ученые поняли, что поля и явления состоят из неделимых элементов, квантов. Это привело к более глубоким исследованиям материи. Например, современный мир принадлежит полупроводникам. Раньше все было просто: металл проводит ток, остальные вещества – диэлектрики. А вещества типа кремния и германия (как раз полупроводники) ведут себя непонятно по отношению к электричеству. Чтобы научиться управлять их свойствами, потребовалось создать целую теорию и рассчитать все возможности p-n переходов.

fb.ru

Виды излучений.

В наше время известно три вида радиоактивного излучения: альфа, бета, гамма.

Как же они образуются?

Все вышеперечисленные виды излучений являются порождением процесса распада изотопов простых веществ. Атомы всех элементов состоят из ядра и электронов, которые вращаются вокруг него. Ядро меньше всего атома в сто тысяч раз, но, благодаря чрезвычайно большой плотности, его масса почти равна совокупной массе всего атома. В составе ядра находятся положительно заряженные частицы – протоны и не имеющие электрического заряда нейтроны. И те, и другие сцеплены между собой очень плотно. По числу протонов в ядре и определяют, к какому именно химическому элементу данный атом относится, например, – 1 протон в ядре это водород, 8 протонов – кислород, 92 протона – уран. Количество электронов в атоме соответствует количеству протонов в его ядре. Каждому электрону свойственен отрицательный электрический заряд, равный заряду протона, по этой причине в целом атом нейтрален.

Те атомы, которые имеют ядра одинаковые по числу протонов, но разные по количеству нейтронов, являются вариантами одного химического вещества и называются его изотопами. С целью как-то различать их к символу, обозначающему элемент, приписывают число, являющееся суммой всех частиц, находящихся в ядре этого изотопа. Например, ядро элемента уран-238 включает в себя 92 протона, а также 146 нейтронов, а урана-235, так же 92 протона, а вот нейтронов уже 143. Большинство изотопов нестабильны. Например, уран-238, связи между протонами и нейтронами в ядре которого очень слабы и рано или поздно от него отделится компактная группа, состоящая из пары нейтронов и пары протонов, превращая уран-238 в другой элемент - торий-234, также нестабильный элемент, ядро которого содержит 144 нейтрона и 90 протонов. Его распад продолжит цепь превращений, которые прекратятся образованием атома свинца. Во время каждого из таких распадов освобождается энергия, порождающая различные виды радиоактивных излучений.

Если упростить ситуацию, то можно так описать возникновение разных видов излучений: альфа-лучи испускает ядро, которое состоит из пары нейтронов и пары протонов, бета-лучи исходят от электрона. А бывают ситуации, при которых изотоп возбуждается настолько, что выход частицы полностью его не стабилизирует, и тогда он сбрасывает одной порцией избыток чистой энергии, этот процесс носит название гамма-излучения. Такие виды излучений, как гамма-лучи, и подобные им рентгеновские, образуются без испускания материальных частиц. Время, которое необходимо для распада половины всех атомов любого конкретного изотопа в любых радиоактивных источниках, именуется периодом полураспада. Процесс атомных превращений непрерывен, а его активность оценивается количеством произошедших за одну секунду распадов и измеряется в беккерелях (1 атом за одну секунду).

Различные виды излучений характеризуются освобождением разного объема энергии, и проникающая способность у них тоже разная, поэтому на ткани живых организмов они также неодинаково воздействуют.

Альфа-излучение, представляющее собой поток из тяжелых частиц, может задержать даже листок бумаги, оно не способно проникнуть сквозь слой отмерших клеток эпидермиса. Оно не опасно до тех пор, пока вещества, которые испускают альфа-частицы, не проникнут в организм через раны или посредством пищи и/или вдыхаемого воздуха. Вот тогда они и станут чрезвычайно опасными.

Бета-излучение способно на 1-2 сантиметра проникнуть в ткани живого организма.

Гамма-лучи, которые движутся со световой скоростью, самые опасные и задержать их может только толстая плита из свинца или бетона.

Все виды излучений способны вызвать повреждения живого организма, и они будут тем больше, чем больше энергии было передано тканям.

При различных авариях на ядерных объектах и во время боевых действий с применением ядерного оружия, поражающие факторы, воздействующие на организм, важно рассматривать в комплексе. Помимо явных физических воздействий на человека пагубно действуют также разные виды электромагнитных излучений.

fb.ru

№1. Что называют радиоактивным излучением? №2. Что называют...

№2. Что называют радиоактивностью?

№3. Что называют естественной радиоактивностью?

№4. Опишите основные особенности a-, β-, γ- излучения.

№5. Что называют a-распадом? Запишите правило смещения для a-распада.

№6. Что называют β-распадом? Запишите правило смещения для β-распада.

№7. Что представляет собой γ - излучение? Каковы его основные свойства?

№8. Назовите, пояснив, основные методы экспериментального наблюдения и регистрации радиоактивных излучений и заряженных частиц.

№9. Что называют радиоактивным распадом?

№10. Почему радиоактивный распад подчиняется статистическим закономерностям?

№11. Запишите, пояснив, закон радиоактивного распада.

№12. Что называют периодом полураспада? средней продолжительностью жизни радиоак-тивного ядра?

№13. Какая физическая величина характеризует скорость радиоактивного распада? В каких единицах она измеряется?

№14. Какие частицы образуют атомное ядро? Охарактеризуйте их.

№15. Приведите основные характеристики протона и нейтрона. Охарактеризуйте протонно-нейтронную модель ядра.

№16. Что называют зарядом атомного ядра? зарядовым числом? массовым числом.

№17. Что называют изотопами?

№18. Что называют ядерными силами? Каковы их свойства?

№19. Как связаны между собой удельная энергия связи и энергия связи? Что они определя-ют?

№20. Приведите, пояснив, формулы, определяющие дефект массы.

№21. Что можно сказать о массе ядра и массе составляющих его нуклонов?

№22. Поясните, почему деление тяжелых ядер сопровождается выделением большого коли-чества энергии.

№23. Что называют ядерными реакциями? Какие законы выполняются при их протекании?

№24. Что такое искусственная радиоактивность? Сравните ее с естественной радиоактивно-стью.

№25. Что называют цепной ядерной реакцией? Поясните механизм протекания цепной ядер-ной реакции

№26. Что определяет коэффициент k размножения нейтронов? При каких k возможна цепная ядерная реакция?

№27. Почему для деления ядер используют нейтроны? Приведите примеры реакции деления ядра.

№28. Какую энергию называют энергетическим выходом реакции? Как оценить энергетический выход для реакции деления?

№29. Что такое ядерный реактор? Каковы его основные элементы?

№30. Что называется активной зоной и критической массой.

№31. Каковы возможные применения радиоактивных изотопов? Приведите примеры.

№32. Что называют реакцией синтеза атомных ядер? термоядерной реакцией?

№33. Какие условия необходимы для проведения управляемой термоядерной реакции?

№34. Почему синтез легких ядер энергетически более выгоден, чем реакция деления тяжелых?

№35. Почему реакции слияния легких ядер могут протекать лишь при температурах порядка миллионов градусов?

№36. Что называют поглощенной дозой излучения? Какова ее единица?

№37. Что называют экспозиционной дозой излучения? Какова ее единица?

№38. Приведите примеры биологического воздействия радиоактивного излучения на живые организмы.

№39. Что подразумевается под предельно допустимой дозой облучения? Каков порядок ее величины?

№40. Какое ионизирующее излучение представляет естественный радиационный фон? Чему равно среднее значение эквивалентной дозы поглощенного излучения, обусловленной естественным радиационным фоном?

dvoechka.com

Билет 8

а). Что называют серым телом? Какой физический смысл имеет коэффициент излучения теплового излучателя (коэффициент черноты)?

Серое тело – это тело, поглощательная способность которого < 1 и не зависит от длины волны падающего излучения и температуры тела. Поглощательную способность называют еще и коэффициентом черноты. Поглощательная способность тела al,T - число, показывающее, какая доля энергии излучения, падающего на поверхность тела, поглощается им в диапазоне длин волн от l до l+dl, т.е. . Тело, для которого al,T=const<1 во всем диапазоне длин волн называют серым.

Физический смысл коэффициента черноты: он показывает какая доля энергии падающего излучения поглощается телом.

б). Приведите все известные вам примеры использования явления фотоэффекта в науке, технике, быту и т.д.

в). Какие условия необходимы для возникновения вынужденного излучения в веществе? Что такое инверсия населенностей?

Если на возбужденный атом действует электромагнитная волна с частотой v, удовлетворяющей соотношению энергии квантовых состояний атома, возникает вынужденное излучение. В каждом акте вынужденного излучения участвуют два фотона. Один из них, распространяясь от внешнего источника (соседнего атома), воздействует на атом, в результате которого испускается фотон. Оба фотона имеют одинаковое направление распространения и поляризации, а также одинаковые частоты и фазы. То есть вынужденное излучение всегда когерентно с вынуждающим.

Чтобы вынужденное излучение превосходило спонтанное излучение и вынужденное поглощение необходимо создать неравновесное состояние системы, при котором число атомов в возбужденных состояниях было бы больше, чем их число в основном состоянии. Такие состояния называются состояниями с инверсией населенности или инверсными. Для того, чтобы происходило усиление излучения, необходимо, чтобы интенсивность вынужденного излучения превышала интенсивность поглощения фотонов. Вынужденное излучение возможно тогда, когда создана инверсия населенностей энергетических уровней, т.е. на более высоком энергетическом уровне находится больше электронов, чем на более низком..

г). Укажите как можно больше различий между альфа-, бета- и гамма-излучением.

Принципиальная разница этих видов излучений в том, что бета-излучение (как, впрочем и альфа-) это материальное излучение, - излучение частиц. А гамма-излучением называется излучение энергии. Различна физическая природа этих излучений: - излучение ядер Не, - быстрых электронов, - излучение электромагнитных волн с длинами .

частицы положительно заряжены, - отрицательно, - электромагнитные.

Различна проникающая способность: - наименьшая, - наибольшая.

2. Небольшой идеально отражающее зеркальце массы m=10мг подвешено на невесомой нити длины 1=10 см. Найти угол, на который отклонится нить, если по нормали к зеркальцу в горизонтальном направлении произвести "выстрел" коротким импульсом лазерного излучения с энергией Е= 13 Дж. За счет чего зеркальце приобретет кинетическую энергию?

3. Потенциал ионизации водородного атома 13.6В. Исходя из этого, вычислить значение постоянной Ридберга.

koriolan404.narod.ru

№1. Что называют радиоактивным излучением? №2. Что называют...

16 июня 2017

Физика

10 - 11 классы

№1. Что называют радиоактивным излучением?