Сәулелену – бұл физикалық процесс, оның нәтижесі электромагниттік толқындар арқылы энергияның берілуі. Сәулеленуге кері процесс абсорбция деп аталады. Бұл мәселені толығырақ қарастырайық, сонымен қатар күнделікті өмірдегі және табиғаттағы радиацияға мысалдар келтірейік.
Сәулеленудің пайда болу физикасы
Кез келген дене өз кезегінде оң зарядты ядролардан түзілетін атомдардан және ядролардың айналасында электронды қабықшалар құрайтын және теріс зарядты электрондардан тұрады. Атомдар әртүрлі энергетикалық күйде болатындай етіп орналасады, яғни оларда жоғары және төмен энергия болады. Атомның энергиясы ең аз болса, ол оның негізгі күйі деп аталады, атомның кез келген басқа энергетикалық күйі қозған деп аталады.
Атомның әртүрлі энергетикалық күйлерінің болуы оның электрондарының белгілі бір энергетикалық деңгейлерде орналаса алатындығына байланысты. Электрон жоғары деңгейден төменгі деңгейге ауысқанда атом энергияны жоғалтады, ол оны қоршаған кеңістікке фотон – тасымалдаушы бөлшек түрінде таратады.электромагниттік толқындар. Керісінше, электронның төменгі деңгейден жоғары деңгейге өтуі фотонның жұтылуымен бірге жүреді.
Атомның электронын жоғары энергетикалық деңгейге ауыстырудың бірнеше жолы бар, олар энергияны тасымалдауды қамтиды. Бұл сыртқы электромагниттік сәулеленудің қарастырылатын атомына әсер етуі де, оған энергияны механикалық немесе электрлік жолмен беру де болуы мүмкін. Сонымен қатар, атомдар химиялық реакциялар арқылы энергияны қабылдап, содан кейін шығара алады.
Электромагниттік спектр
Физикадағы сәулелену мысалдарына көшпес бұрын, әрбір атом энергияның белгілі бір бөлігін бөлетінін атап өткен жөн. Бұл атомда электрон болуы мүмкін күйлердің ерікті емес, қатаң анықталғандығына байланысты болады. Сәйкесінше, бұл күйлер арасындағы ауысу энергияның белгілі бір мөлшерінің шығарылуымен бірге жүреді.
Атомдағы электрондық ауысулар нәтижесінде пайда болған фотондардың энергиясы олардың тербеліс жиілігіне тура пропорционал және толқын ұзындығына кері пропорционал болатыны атомдық физикадан белгілі (фотон – электромагниттік толқын, ол таралу жылдамдығы, ұзындығы және жиілігі бойынша). Заттың атомы белгілі бір энергия жиынтығын ғана шығара алатындықтан, бұл шығарылатын фотондардың толқын ұзындығының да ерекше екенін білдіреді. Осы ұзындықтардың жиынтығы электромагниттік спектр деп аталады.
Егер фотонның толқын ұзындығы390 нм мен 750 нм арасында жатыр, содан кейін олар көрінетін жарық туралы айтады, өйткені адам оны өз көзімен қабылдай алады, егер толқын ұзындығы 390 нм-ден аз болса, онда мұндай электромагниттік толқындар жоғары энергияға ие және ультракүлгін, рентген деп аталады. немесе гамма-сәулелену. 750 нм-ден асатын ұзындықтар үшін шағын фотон энергиясы тән, олар инфрақызыл, микро- немесе радиосәулелену деп аталады.
Денелердің жылулық сәулеленуі
Абсолюттік нөлден басқа температурасы бар кез келген дене энергия шығарады, бұл жағдайда біз жылулық немесе жылулық сәулеленуді айтамыз. Бұл жағдайда температура жылулық сәулеленудің электромагниттік спектрін де, дененің шығаратын энергиясының мөлшерін де анықтайды. Температура неғұрлым жоғары болса, дене соғұрлым көп энергияны қоршаған кеңістікке шығарады және оның электромагниттік спектрі жоғары жиілікті аймаққа көбірек ауысады. Жылулық сәулелену процестері Стефан-Больцман, Планк және Виен заңдарымен сипатталған.
Күнделікті өмірдегі сәулелену мысалдары
Жоғарыда айтылғандай, кез келген дене энергияны электромагниттік толқындар түрінде таратады, бірақ бұл процесті әрқашан жай көзбен көру мүмкін емес, өйткені бізді қоршаған денелердің температурасы әдетте тым төмен, сондықтан олардың спектрі адам аймағына көрінбейтін төмен жиілікте жатыр.
Көрінетін диапазондағы сәулеленудің жарқын мысалы - электрлік қыздыру шамы. Спираль түрінде өтетін электр тогы вольфрам жіпін 3000 К-ге дейін қыздырады. Мұндай жоғары температура жіптің электромагниттік толқындарды шығаруына әкеледі, максимумкөрінетін спектрдің ұзын толқынды бөлігіне жатады.
Үйдегі радиацияның тағы бір мысалы - адам көзіне көрінбейтін микротолқындарды шығаратын микротолқынды пеш. Бұл толқындарды құрамында суы бар заттар жұтады, осылайша олардың кинетикалық энергиясын және нәтижесінде температурасын арттырады.
Соңында, инфрақызыл диапазондағы күнделікті өмірдегі сәулеленудің мысалы - радиатордың радиаторы. Біз оның сәулеленуін көрмейміз, бірақ оның жылуын сезінеміз.
Табиғи сәуле шығаратын нысандар
Табиғаттағы радиацияның ең жарқын мысалы – біздің жұлдыз – Күн. Күн бетіндегі температура шамамен 6000 К, сондықтан оның максималды сәулеленуі 475 нм толқын ұзындығына түседі, яғни ол көрінетін спектрде жатыр.
Күн айналасындағы планеталарды және олардың серіктерін жылытады, олар да жарқырай бастайды. Бұл жерде шағылған жарық пен жылулық сәулеленуді ажырату қажет. Сонымен, біздің Жерді ғарыштан көк шар түрінде көруге болады. Егер планетаның жылулық сәулеленуі туралы айтатын болсақ, онда ол да орын алады, бірақ микротолқынды спектрдің аймағында (шамамен 10 микрон) жатыр.
Шағылған жарықтан басқа, табиғаттағы радиацияның тағы бір мысалын келтіру қызық, ол крикетпен байланысты. Олар шығаратын көзге көрінетін жарық жылулық сәулеленуге ешқандай қатысы жоқ және атмосфералық оттегі мен люциферин (жәндіктер жасушаларында болатын зат) арасындағы химиялық реакцияның нәтижесі болып табылады. Бұл құбылысбиолюминесценцияның атауы.
