Absorpcja (fizyka, chemia) (łac. absorbere, wchłaniać) to proces polegający na wnikaniu cząsteczek, atomów lub jonów do wnętrza innej substancji tworzącej dowolną fazę ciągłą - (gazu, cieczy, ciała stałego itp.) Absorpcji nie należy mylić z adsorpcją, która jest zjawiskiem powierzchniowym. Absorpcja, adsporpcja i wymiana jonowa są wspólnie nazywane procesami sorpcji.

Mechanizm absorpcji polega na podziale absorbowanego składnika pomiędzy dwie fazy (ośrodki) objętościowe. Zjawisko to opisuje prawo podziału Nernsta, a w szczególnym przypadku równowagi gaz/ciecz prawo Henry'ego.

Zjawiska absorpcji są powszechne w naturze. Np: oddychanie jest procesem absorpcji tlenu do krwi. Absorpcja jest też stosowana na masową skalę w procesach technologicznych. Stanowi np. podstawowy mechanizm umożliwiający oczyszczanie związków chemicznych przez ekstrakcję

Absorpcja to w optyce proces pochłaniania energii fali przez ciało. W procesie absorpcji (także emisji) światło zachowuje się jak cząstka elementarna i może być pochłaniane tylko w porcjach zależnych od częstotliwości światła. Zjawisko to opisuje poprawnie mechanika kwantowa. Kwant energii fali przenoszony jest przez foton, który zderza się z cząstka, np. elektronem, czy jądrem atomowym. Cząstka pochłania zawsze całą energię fotonu i tylko wtedy, gdy pozwalają jej na to jej dopuszczalne stany kwantowe.

W wyniku absorpcji światła przechodzącego przez substancje (np. gaz) z widma światła zostają usunięte pochłaniane częstotliwości, na tej podstawie można stwierdzić przez jakie substancje przechodziło światło. Zjawisko to służy do badania składu chemicznego mieszanin związków chemicznych, gazów otaczających gwiazdy, obłoków gazowych we wszechświecie, jest to spektroskopia absorbcyjna.

Ilościową miarą wielkości absorpcji są transmitancja i absorbancja promieniowania. Wielkość absorpcji światła można obliczyć na podstawie prawa Lamberta-Beera.

[edytuj]

Transmitancja

Czasami nazywana transmisją, z reguły wyrażana w %:

• I_o - natężenie światła przed absorpcją

• I - natężenie światła po przejściu przez absorbujący ośrodek

[edytuj]

Absorbancja

Absorbancja (dawniej nazywania ekstynkcją) (oznaczana ABS lub ε) jest miarą absorpcji promieniowania i wyraża się wzorem

Źródło: "http://pl.wikipedia.org/wiki/Absorpcja_%28optyka%29"

Emisja promieniowania to wysyłanie przez wzbudzony układ fizyczny (np. atom, jądro atomowe, ciało makroskopowe) energii w postaci promieniowania zarówno fal (np. światła, fal radiowych, dźwięku), jak i korpuskularnego (np. elektronów, cząstek α).

Źródło: "http://pl.wikipedia.org/wiki/Emisja_promieniowania"

Efekt fotoelektryczny

[edytuj]

Z Wikipedii

(Przekierowano z Emisja fotoelektronowa)

Skocz do: nawigacji, szukaj

Efekt fotoelektryczny, zjawisko fotoelektryczne - zjawisko fizyczne polegające na emisji elektronów z powierzchni przedmiotu (tzw. efekt zewnętrzny) lub na przeniesieniu nośników ładunku elektrycznego pomiędzy pasmami energetycznymi (tzw. efekt wewnętrzny), po naświetleniu jej promieniowaniem elektromagnetycznym (na przykład światłem widzialnym) o odpowiedniej częstotliwości, zależnej od rodzaju przedmiotu. Emitowane w ten sposób elektrony nazywa się czasem fotoelektronami. Energia kinetyczna fotoelektronów nie zależy od natężenia światła a jedynie od jego częstotliwości.

Odkrycie i wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego przyczyniło się do rozwoju korpuskularno-falowej teorii materii, w której obiektom mikroświata przypisywane są jednocześnie własności falowe i materialne (korpuskularne). Wyjaśnienie i matematyczny opis efektu fotoelektrycznego zawdzięczamy Albertowi Einsteinowi, który wykorzystał hipotezę kwantów wysuniętą w 1905 roku przez Maxa Plancka.

Spis treści [ukryj] 1 Historia odkrycia 1.1 Doświadczenie Hertza z cewką 1.2 Thomson i odkrycie elektronu 1.3 Obserwacje Von Lenarda 1.4 Einstein i hipoteza kwantów 2 Objaśnienie zjawiska 3 Zastosowania

[edytuj]

Historia odkrycia

[edytuj]

Doświadczenie Hertza z cewką

W roku 1887 Hertz opublikował wyniki swych badań nad przeskokiem iskier w iskrowniku cewki odbierającej fale elekromagnetyczne. Zbudowany przez niego odbiornik fal składał się z obręczy i cewki zapłonowej - ilekroć odbiornik rejestrował fale elektromagnetyczne, na cewce przeskakiwała iskra. Hertz umieścił swe urządzenie w ciemnym pudle, by iskra była lepiej widoczna i zaobserwował, że spowodowało to osłabienie iskry. Okazało się, że szyba izolująca źródło fal i odbiornik pochłaniała promieniowanie ultrafioletowe, które towarzyszyło przeskokowi elektronów w szczelinie cewki. Zastąpienie szkła kwarcem nie powodowało zmniejszenia iskry, gdyż kwarc nie pochłania promieniowania ultrafioletowego. Hertz nie analizował dalej zaobserwowanego przez siebie zjawiska i ograniczył się do publikacji swych wyników.

[edytuj]

Thomson i odkrycie elektronu

W roku 1899 Thomson badał promieniowanie ultrafioletowe powstające w lampie katodowej. Zainspirowany pracami Maxwella stwierdził, że promienie katodowe są strumieniem ujemnie naładowanych cząstek, które nazwał korpuskułami, a które dziś znamy jako elektrony. Odwracając eksperyment Thomson umieścił metalową blaszkę (katodę) w rurze próżniowej i wystawił ją na promieniowanie o wysokiej częstotliwości. Zmienne pole elektromagnetyczne powodowało powstawanie w metalu prądu o natężeniu zależnym od natężenia i barwy światła jakim naświetlał rurę.

[edytuj]

Obserwacje Von Lenarda

Trzy lata później, w roku 1902, Philipp von Lenard stwierdził zależność między energią emitowanych elektronów, a intensywnością światła padającego na powierzchnię. Lenard używał mocnego światła łukowego, dzięki któremu mógł w dużym zakresie regulować jego natężenie i częstotliwość. Zmieniał także napięcie między płytką emitującą (katodą) a odbierajacą elektrony. Zauważył, że powyżej pewnej wartości dodatniego napięcia przyłożonego do płytki zanika prąd emisji, przy czym napięcie to zależy wyłącznie od częstotliwości padającego światła, a nie jego natężenia. Przykładając napięcie ujemne obserwował początkowo wzrost prądu przy zwiększaniu napięcia, później natężenie prądu nie rosło. Maksymalne natężęnie prądu zależało od natężenia oświetlenia. Jego eksperymenty dostarczały zbyt mało danych ilościowych, by na ich podstawie móc wyjaśnić obserwowany fenomen. Doświadczenie opracowane przez Leonarda wzbudziło zainteresowanie zjawiskiem.

[edytuj]

Einstein i hipoteza kwantów

Wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego jest niemożliwe na gruncie fizyki klasycznej (elektrodynamiki klasycznej) zakładającej, że światło jest falą elektromagnetyczną - należałoby raczej oczekiwać, że energia fotoelektronów zależy od natężenia fali świetlnej.

Zjawisko zostało wyjaśnione w roku 1905 przez Alberta Einsteina opierającego się na założeniach mechaniki kwantowej.

[edytuj]

Objaśnienie zjawiska

Zaproponowane przez Alberta Einsteina wyjaśnienie zjawiska i jego opis matematyczny oparte jest na założeniu, że energia wiązki światła pochłaniana jest w postaci porcji (kwantów) równych hν, gdzie h jest stałą Plancka a ν oznacza częstość fali. Kwant energii może być zamieniony na energię tylko w całości, na zasadzie wszystko lub nic. Einstein założył dalej, że usunięcie elektronu z metalu (substancji) wymaga pewnej pracy zwanej pracą wyjścia, która jest wielkością charakteryzującą daną substancję, pozostała energia rozprasza się częściowo w substancji a częściowo pobiera ją emitowany elektron. Z tego wynika wzór:

Gdzie:

• h - stała Plancka;

• ν - częstość padającego fotonu;

• W - praca wyjścia;

• E_k - maksymalna obserwowana energia kinetyczna emitowanych elektronów.

Jest ono zgodne z obserwacjami, a hipoteza kwantów wyjaśnia dlaczego energia fotoelektronów jest zależna od częstości światła oraz, że poniżej pewnej częstotliwości światła nie zachodzi zjawisko fotoelektryczne.

Otrzymane równanie nadaje się do weryfikacji doświadczalnej i zostało potwierdzone w słynnym eksperymencie przeprowadzonym w roku 1915 przez Millikana. Równanie to pozwala też, po dokonaniu odpowiednich pomiarów, wyznaczyć wartość stałej Plancka, co również zostało uczynione przez Millikana.

Za wyjaśnienie efektu fotoelektrycznego Albert Einstein otrzymał w 1921 roku Nagrodę Nobla.

Idea kwantu energii została zapożyczona przez Einsteina z prac Plancka dotyczących wyjaśnienia zjawiska promieniowania ciała doskonale czarnego. pochłanianiem fal elektromagnetycznych.

[edytuj]

Zastosowania

Efekt fotoelektryczny jest powszechnie wykorzystywany w bateriach słonecznych, fotopowielaczach, elementach CCD w aparatach cyfrowych, fotodiodach itd. Pochłaniane przez te urządzenia światło wykorzystywane jest do wytwarzania prądu elektrycznego i generowania ładunku, którego ilość można zmierzyć.

Źródło: "http://pl.wikipedia.org/wiki/Efekt_fotoelektryczny"

Luks (lx) - jednostka natężenia oświetlenia E w układzie SI (Jednostka pochodna układu SI)

1 lx = 1 cd·sr·m^-2

Luks (lx) określany jest jako oświetlenie wywołane przez równomiernie rozłożony strumień świetlny o wartości równej 1 lumen (lm) padający na powierzchnię 1m², a więc: 1 lx = 1 lm/m².

Strumień światła

Podstawową wielkością radiometryczną jest strumień światła.

[lm]=[cd×sr]

1 lumen (lm) jest to strumień światła odpowiadający 1 kandeli (cd) jego natężenia przechodzący przez kąt bryłowy 1 steradiana (sr)

Kierunkowe natężenia światła

Światłość I w pewnym kierunku wyraża się stosunkiem elementarnego strumienia świetlnego dF, płynącego przez elementarny kąt bryłowy dw do wartości kąta.

Przy równomiernym rozkładzie światła wewnątrz kąta bryłowego w otrzymujemy zależność prostszą:

Natężenie oświetlenia

W celu scharakteryzowania oświetlenia powierzchni, na którą pada strumień światła, przyjęto wielkość nazwaną natężeniem oświetlenia E. Miarą natężenia oświetlenia powierzchni S jest stosunek strumienia świetlnego padającego na tę powierzchni, do jej wielkości:

W fotometrii powszechnie stosuje się prawo wyrażające zależność natężenia oświetlenia powierzchni od odległości tej powierzchni od źródła światła. Wprowadzenie tego prawa wymagało założenia, że istnieje punktowe źródło światła, które emitując strumień świetlny w obrębie pewnego kąta bryłowego, znajduje się w wierzchołku tego kąta.

Powyższe równanie nazywa się fotometrycznym prawem odległości. Można je stosować również dla niepunktowych źródeł światła, gdy odległość źródła od oświetlanej powierzchni jest dostatecznie duża w stosunku do wymiarów źródła.

---