Spontánní a stimulované emise – maturitní otázka

 

Otázka: Spontánní a stimulované emise

Předmět: Fyzika

Přidal(a): Denisa

 

 

Při vzájemné interakci světla s látkou mohou nastat 3 děje:

Absorbce

  • Atom je ve stavu (1). dopadá na něj záření s frekvencí splňující podmínku
  • E2-E1= h.f f= h.c/l
  • Atom pohltí foton a přejde ze stavu (1) do stavu (2)

Spontánní emise

  • Dochází k samovolnému přeskoku elektronů z vyšší energetické hladiny do nižší
  • Vyzáří se při tom foton s energií E2-E1= h.f
  • Atom je ve stavu (2)

Stimulovaná emise

  • Atom je ve stavu (2)
  • Dopadá na něj záření a přejde do stavu (1) a přitom vyzáří energii, která je koherentní s dopadajícím zářením
  • K přeskoku elektronu do nižších energetických stavů dochází působením jiných dopadajících fotonů o stejné vlnové délce jako je vlnová délka fotonů vyzařovaných látkou
  • Původní atom se nepohltil, oba fotony letí společně týmž směrem (stejný kmitočet, stejnou fází = jsou koherentní)
  • Dojde k zesílení záření

 

Využití stimulované emise 

  • Konstrukce laseru – záření které slouží jako generátor nebo zesilovač světla v oblasti jak viditelného, tak infračerveného a ultrafialového
    • Raser – laser – vydávající rentgenové záření
    • Gaser – laser – vydávající záření gama
    • Laser – rubínový, neodýmový, plynový (helium-neonový), polovodičový (součástí tiskáren)

 

Dělení Laserů:

  • Lasery vysílající záření nepřetržitě (kontinuálně)
  • Lasery vysílající záření v impulsech
    • Laserový paprsek je monochromatický (=jedna barva), koherentní a jen nepatrně rozbíhavý

 

Užití Laseru:

  • Průmysl – řezání, vrtání, sváření, čištění
  • Medicína – v dermatologii – akné, vyšetřování pigmentových znamének
    • Stomatologie
    • Oftalmologie
    • Chirurgie
    • Gynekologie
  • Vojenství – zbraňové systémy – pozemní vojsko, námořnictví, letectvo
    • Označování cílů
  • Spotřební elektronika – tiskárny, záznamová média
  • Výzkum

 

Užití v lékařství:

  • Oční lékařství – odstranění šedého zákalu – několika impulsy laserového paprsku se poruší tkáň zákalu a hmota zákalu se po určité době vstřebá
  • Léčení některých stádií glaukomů – laserovým paprskem se vytvoří malý otvor v duhovce a uvolní se nitrooční tekutina
  • Chirurgie – laserový skalpel – umožní bezdotykový ostře orientovaný řez, při kterém nedochází ke krvácení (okraj řezu se spálí a drobné cévy v okolí se uzavřou)
  • Lze vrtat do kostí a chrupavek
  • Lze odstraňovat příškvarky u spálenin
  • Vypalovat nádory
  • Odstraňovat ledvinové kameny

 

Elektronový obal atomu

Atomová fyzika má 2 základní obory:

  • Fyziku elektronového obalu
  • Jadernou fyziku
  • Vlnové délky spektrálních čar záření atomu nás přímo informují o energetických stavech atomu. Přesná poloha čar ve spektru (je na ni založena spektrální analýza) svědčí o tom, že energetické stavy atomu nemohou být libovolné

Existují jen určité energetické stavy atomu

Energie atomu může nabývat jen určitých hodnot – je kvantová

 

Každý tento stav charakterizuje:

  • Hlavní kvantové číslo n n=1,2,3…..7
  • Udává energetickou hladinu
  • Základní stav n=+
  • Vybuzený (excitovaný stav) n>1
  • Pro složitější atomy jsou všechny elektrony příslušný témuž kvantovému číslu n uspořádány ve slupce, která obklopuje jádro
  • Tyto slupce se označují pro: n= 1 2 3 4 5 6 7
  • K L M N O P Q
  • Čím větší délka úsečky, tím větší je energie vyzařovaného fotonu a tím menší vlnovou délku má vznikající záření DE= h.f = n.c/l

 

Vedlejší kvantové číslo l

  • Pro dané n nabývá hodnot 0,1,2…..
  • Př: n=3…. l=0, l=1, l=2
  • Charakterizuje tzv. poslupky v příslušné slupce (neboli energetické hladiny nejsou jednoduché, ale štěpí se na více energeticky blízkých hladin
  • l= 0 = S
  • l=1 = p
  • l=2 = d
  • l=3 = f
  • př: stav 3d….. n=3,l=2
  • stav 3p…. n=3,l=1

 

Magnetické kvantové číslo m

  • Pro dané n, l nabývá hodnot m = -1 do +1, neboli 2l+1 hodnot
  • Udává vzájemnou polohu drah elektronu a současně jejich počet v dané podslupce
  • Př l=2…m=-2,-1,0,1,2 à postupka d je tvořena 5 drahami d
  • V Bohrově modelu atomu odpovídají možným energetickým stavům atomu dovolené kvantové dráhy, po níž se pohybuje elektron – v atomu vodíku se pohybuje elektron po kruhové trajektorii kolem atomového jádra

Lze vyjádřit pouze pravděpodobnost s jakou se elektron vyskytuje v určitém bodě prostoru

  • Z těchto představ vychází kvantový model atomu

 

Orbital = oblast s největší pravděpodobností výskytu elektronu

  • Orbital pro různá kvantová čísla se liší rozměrem a tvarem
  • Orbital atomu vodíku pro základní stav n=1 kulový tvar = to znamená že se elektron může vyskytnout v určité vzdálenosti od jádra

 

Elektrony

  • Obíhají kolem jádra – mají mechanický a magnetický moment
  • Mají ještě vlastní mechanický a magnetický moment – Spin
  • Spinové kvantové číslo S=

Pauliho vylučovací princip – v jednom orbitalu nemohou mít 2 elektrony současně všechny 4 kvantová čísla stejná (musí se lišit alespoň číslem spinovým)

 

Orbitaly se obsazují podle rostoucí energie v pořadí:

  • 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p, …
💾 Stáhnout materiál   ✖ Nahlásit chybu
error: Content is protected !!