• Nem Talált Eredményt

Klasszikus fényforrások

In document Rédey Tibor - Kozma László (Pldal 36-40)

cm)

Afényforrásokegyik nagy csoportjátaz ún. termikusfényforrások adják, ame­ lyeknéla test magas hőmérséklete miatt a kibocsátott elektromágneses sugárzásban látható fényisvan. A tárgyakugyanis minden hőmérsékletensugároznak. Akisugárzott k elektromágneses hullámok egy nagyon széles

hullámhossztartományon oszlanak el, a távoli IR-től a láthatónkeresztülazUV-ig.A 33.ábra az abszolút feketetest sugárzási spektrumát mutatjakülönböző hőmérsékleteken. Teljesül a következőkét törvény: 1. A kisugárzott energia (amit a színképalatti terület ad meg)a hőmérséklet negyedik hatványával arányos. Ezt mutatja a görbékemelkedése ahőmérséklet növekedésé­

vel.2. A hőmérsékletemelkedésévelaszínkép a rövidhullámokfelé (nagyfotonenergiák felé) toló­ dik el,úgy, hogy a színkép maximumához tar­

tozóA-max hullámhosszés a hőmérséklet szorza­ ta állandómarad

Az ábra jól mutatja aspektrumok hőmérséklettől való függését. Aláthatófény­

nek megfelelő tartományt satírozással jelöltük Atermikus sugárzók által kibocsátott fény jelentős része az IR tartományba esik Látható fény emissziója csak magasabb hőmérsékleten figyelhető meg, alacsonyabb hőmérsékleten csak IR sugárzás keletke­ zik. A kisugárzott energiát a testtermikus energiája fedezi. Meg kell itt említeni, hogy a 33. ábránlátható sugárzási spektrumokelméleti értelmezése vezetett a modem kvan­ tumfizika kialakulásához. Planck 1900-banmegjelent dolgozatában írta le az elektro­

mágneseshullámot kibocsátóoszcillátor kvantáltságát, azazazt a tényt, hogyaz oszcil­ látor E energiájanemvehetfel tetszőleges értéket, csakegy állandó h mennyiségnekaz egészszámútöbbszörösét,aholha Planck féleállandó, a v egészszám pedig az oszcil­ látor rezgésszáma. .

Ezzela feltételezéssela 33. ábránbemutatott kísérletilegmért spektrumokelmé­ leti úton is kiszámíthatók. Ezenelméletfontosságamellett a termikus sugárzókazért jelentősek, mert korábbana fényforrások döntő többségét adták, demég napjainkban is

széleskörbenalkalmazzák őket (izzólámpák), bár a láthatófény kibocsátásának hatásfoka igen kicsi.

A klasszikus fényforrások másik nagy csoportjaa hidegsugárzók. Ez aztjelenti, hogy alacsony hőmérsékleten a sugárforrás részecskéi nagy energiájúfotonokat sugá­ roznak ki. A részecskék (atomok, ionok vagy molekulák) valamilyen módon energiát vesznek felakörnyezetüktől, majd rövid idő múlvakisugározzákazt fény formájában.

A mikrorendszerek kvantáltanvehet­ nekfel energiát és csak adottértékkel változtathatják meg energiájukat. A 34. ábrán két egymástól különböző részecske lehetséges energiaértékét tüntettük fel úgy, hogy a függőleges skálánberajzoltuk a részecskék lehet­ séges energiaértékét és egy-egy víz­

szintes vonallal jelöltük ezeket a le­ hetséges állapotokat. Sokszornem az E energiaértékekkel számolnak és jellemzik grafikusan a mikrorend­

szereket, hanem az energiának egy konstans számmal szorzott értékével,az úgynevezetttérmértékkel. Ennek a mennyi­

ségnek a mértékegysége 1/cm, ígya termek különbsége (ami arányos az energiaértékek különbségével) közvetlenüla közöttük lehetségesátmenetekheztartozó fény hullámhosz- szávalhozhatókapcsolatba.Azarányosságpontos ismeretében hol az energianívókról, hol a termnívókról beszélnek, amitmi is felváltva teszünk a következőkben.Ezek a termrendszerek minden anyagra jellemzően különböznek egymástól. A legalsó Eq

energiájú szintet alapállapotnak nevezzük, mivel energiafelvétel nélkül ebben az álla­

potban találhatók tartós ideig a részecskék, ahonnét csak energiafelvétellel, mégpedig a kétenergianívó közöttiEn-Eo energiakülönbségnek megfelelő energia felvételével ke­

rülhetnek felsőbb energiájú állapotba, felsőbb termre.

35.ábra

Az ábrán felfele mutató nyilak jelölik ezeket a külső hatással kikényszerített gerjesztéses átmeneteket. A nyilak hossza az átmenethezszükségesenergiával arányos.

A felfele irányuló kényszerített átmenet során teháta részecske energiát nyel el, ab­

szorbeál, és a stabilis alapállapotból labilis geijesztett állapotba kerül. Ebbőla felsőbb labilis állapotból egybizonyostátlagos idő után, minden külső behatás nélkül a ré­

szecskék visszajutnak azalapállapotba, miközben a szintekközötti energiák különbsé­

gét kisugározzák. A minden egyes részecskére és energiaszintre jellemző t időtaz adottgerjesztettállapot élettartamának hívják.Ez a visszafele valóátmenetspontán jön létre,annak megfelelően,hogyatermészetbenlétezik egy olyan törvény, amely szerint bármely rendszer a legalacsonyabb energiájú állapotba igyekszik, s ebben nagyon hosszú ideig tartózkodhat. Az átmenetnélkisugárzott foton energiájaakétszint ener­

giakülönbségétőlfügg,és ha előzetesen megtörtént a felfele való átmenetet biztosító energiafelvétel, amitabszorpciónak,gerjesztésnek vagy pumpálás­

nak nevezünk,akkorfüggetlenüla sugárzó hőmér­

sékletétől, az energiaszintek által meghatározott energiájú foton,azaz ennekmegfelelő színű fény emissziója jön létre. A 33.ábramutatja, hogy látha­ tó fény termikus kisugárzásacsak magas hőmér­ sékleten jön létre és azzalegyidőben a sugárforrás nagy mennyiségű hősugárzást bocsátki.A35.ábrán egy három szintes termrendszerrel jellemezhető hidegsugárzó energiaszintjeit és köztük a lehetsé­

ges átmeneteket rajzoltuk fel. Amennyiben az E2-Ej és Ej-Eq és E2-E0energiakülönbségek alátható

tartománynak felelnek meg, akkor eza rendszer csak ezt aháromféle látható fotont su­

gározza,és hősugárzás egyáltalán nincs.

A hidegsugárzás az ún. lumineszcencia sugárzás, amelyneknagyon sokfajtája van. Amennyiben a gerjesztés fényelnyeléssel történik, akkor a jelenség foto- lumineszcencia. Gyakran történik gerjesztés úgy, hogy elektromos kisülésben felgyorsult elektronok ütköznek a világításra képes részecskékkel, átadják azoknak kinetikusenergiájukat, létrejön afelsőbb szintrevaló átmenet, majd, a gerjesztésután, lejátszódik a hideg fényemisszió. Ez a sugárzási mechanizmus valósul meg a reklámcsövekben és fénycsövekben. Az utóbbiakban a belső gáztérben lévő Hg atomok elektrolumi-neszcencia révén UV fotonokat is kibocsátanak, s ezt úgy transzformálják látható fénnyé, hogy a cső falát bevonják olyan anyaggal, amelyelnyeli az UV fényt, és látható fényt (fotolumineszcencia) emittál. Több állat világít (szentjánosbogár, mélytengeri halak, stb.) úgy, hogy bizonyos vegyi folyamatoknál felszabaduló energiával geijesztik a világítómolekulákat, s azokfényt sugároznak ki.

Ezeknek a bio- ill. kemolumi­

neszcencia folyamatoknak a fényhatásfoka igen nagy, közel 100%.

Mind a termikus, mind a hidegsugárzásnak a következő na­

gyon lényeges tulajdonságai van­ nak: A sugárzó részecskék között nincs semmilyen kapcsolat,egymástólteljesen függetlenül sugároznak, tehát akisugár­ zott elemi fényhullámok között nincs semmilyen csatolás.A 36. ábrán azelmondottak szemléltetésére fehér körökkel sugárzásraképes geijesztett részecskéket tüntettünk fel.

Azegymástól térben távollévő A és B részecskékkisugároznakegy-egy elemi hullá­ mot, amelyeka külsőP pontba jutnak.Mivel akisugárzás véletlenszerű volt, P-ben a két hullám teljesen véletlenszerű módon találkozik, nincs semmilyenelőrevárható fá­

zisviszony, vagy polarizáció-kapcsolat közöttük. A fényforrás többi pontjából érkező fényhullámok hasonló rendezetlenségben találkoznak.Tehát atér bármely P pontjában az elemi hullámok zajszerűösszevisszaságban találkoznak. Ennek a sugárzási tér ren­ dezetlenségnek azakövetkezménye, hogy akoherenciafok kicsiny, afénynempolari­ zált. Mivel ezáltalábanfennállmindenklasszikus fényforrásra, ezért ezeket a fényfor­

rásokat nemkoherensfényforrásoknak nevezzük.

In document Rédey Tibor - Kozma László (Pldal 36-40)