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, …
