Презентація на тему:
Оптична спектроскопія молекул та кристалів

Оптична спектроскопія молекул та кристалів

Оптична спектроскопія – це наука майбутнього, але вже зараз вона активно застосовується. І цією роботою я хочу саме це і показати.

Спектроскопія- розділ фізики, який вивчає спектри електромагнітного випромінювання. Методами спектроскопії досліджують рівні енергії атомів, молекул і утворених із них макроскопічних систем, будують кількісну теорію спектра. Важливими областями застосування спектроскопії є спектральний аналіз і астрофізика.

Виникнення Виникнення спектроскопії можна віднести до 1666 року, коли І. Ньютон вперше розклав сонячне світло в спектри. У другій половині 19 століття - на початку 20 століття спектроскопія почала розвиватися як окрема наука і за цей час зібраний величезний матеріал про оптичні спектри атомів і молекул. У 1913 році Н. Бор пояснив ці закономірності на основі квантової теорії, відповідно до якої електромагнітні випромінювання виникають при квантових переходах атома з одного стаціонарного стану до іншого. Бор спирався на ідеї Планка про дискретне значення енергії осцилятора й ідеї Ейнштейна про існування світлових квантів. Успіх теорії Бора був разючий, усім ученим стало зрозумілим, що Бор знайшов правильний шлях розвитку теорії. Пізніше цей шлях привів до створення стрункої теорії руху мікрочастинок - квантової механіки. Свої постулати Бор використав для розрахунку найпростішої атомної системи - атома водню. Теорія Бора приводить до кількісного узгодження з експериментом . Усі частоти випромінювання атома водню утворюють ряд серій, кожній з яких відповідає певне значення числа n. Частоти даної серії випромінюються під час переходів з вищих енергетичних рівнів на один з нижчих. Зокрема , серія Бальмера випромінюється під час переходів на другий рівень з усіх верхніх. Час життя атома в збудженому стані дорівнює величині порядку 10 Секунд.

Квантові джерела світла - лазери. Ейнштейн у 1917 році передбачив вимушене (індуковане) випромінювання світла атомами , тобто випромінювання збуджених атомів під впливом світла, яке на них падає. Мовою квантової теорії вимушене випромінювання означає перехід атома з вищого енергетичного стану до нижчого, але не самовільно, як при звичайному випромінюванні, а від зовнішнього впливу.

Властивості лазерного випромінювання Ще в 1940 році радянський фізик В.О.Фабрикант вказував, що можна використовувати явища вимушеного випромінювання для підсилення електромагнітних хвиль. У 1954р. радянські вчені М.Г. Басов та О.М. Прохоров. У 1960 р. в США було створено перший лазер - квантовий генератор електромагнітних хвиль у видимому діапазоні спектра. Лазерні джерела світла мають ряд істотних переваг порівняно з іншими джерелами світла. Лазери можуть створювати дуже вузькі пучки світла. Світло лазера винятково монохроматичне. На відміну від звичайних джерел світла, атоми яких випромінюють світло незалежно один від одного, у лазерах атоми випромінюють світло узгоджено. Лазери - це найпотужніші джерела світла.

Принцип Трирівнева дії лазерів. система У звичайних умовах більшість атомів перебуває в найнижчому енергетичному стані. Тому при низьких температурах речовини не світяться. Коли електромагнітна хвиля проходить через речовину, то при цьому вбирається електромагнітна енергія. Під впливом енергії хвилі частина атомів збуджується, тобто переходить до вищих енергетичних станів. При цьому енергія світлового променя зменшується на те,що дорівнює різниці енергій між рівнями Є різні методи утворення середовища із збудженими станами атомів. У рубіновому лазері використовують для цього спеціальну потужну лампу. Атоми збуджуються в наслідок вбирання світла Але двох рівнів енергії для роботи лазера недостатньо. Яким би потужним не було світло лампи, кількість збуджених атомів не буде більша від не збуджених. Бо світло одночасно збуджує атоми й спричинює індуковані переходи з верхнього рівня на нижній.

Застосування лазерів Застосовуються й напівпровідникові лазери неперервної дії. Вони створені вперше у нашій країні. Енергія для випромінювання подається до, них у вигляді електричного струму. Є й хімічні лазери, в яких атоми збуджуються від хімічних реакцій. Застосування лазерів. Досить перспективне застосування лазерного променя для зв'язку, особливо в космічному просторі, де немає хмар, що вбирають світло. Величезну потужність лазерного променя використовують для випарову вання матеріалів у вакуумі, для зварювання і т.д. За допомогою променя лазера можна робити хірургічні операції, наприклад «приварювати» сітківку, що від шарувалася від дна ока. За допомогою лазерів дістають об'ємні зображення предметів, використо вуючи когерентність лазерного променя (так звана голографія). Кільцеві лазери можна використовувати для точного визначення географічної широти, бо обер тання Землі впливає на властивості проміння. А втім тепер навіть важко перелічити усі застосування лазерів.