Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

В атоме в одном состоянии может находиться только один электрон.



Этот принцип обосновывает построение таблицы Менделеева. Каждое электронное состояние в атоме характеризуется определенными значениями квантовых чисел. Общее количество этих значений для каждой электронной оболочки ограничено. Поэтому с ростом порядкового номера элемента электроны последовательно заполняют состояния сначала самых близких к ядру электронных оболочек, размеры электронных облаков которых самые маленькие из возможных. Если электронная оболочка полностью заполнена, то у следующих далее в таблице элементов электроны заполняют состояния новой, более удаленной от ядра оболочки, которой соответствуют бóльшие размеры электронных облаков.

Таким образом, в атоме не может быть двух электронов, у которых квантовые числа были бы одинаковы. В целом, электронная структура атомов каждого химического элемента строго индивидуальна, хотя отдельные электронные оболочки могут быть одинаковы. Например, сходство электронных оболочек на периферии атомов обуславливает сходство их химических свойств.

Основы астрофизики

Астрофизика – фундаментальный раздел астрономии, изучающий строение небесных тел и физические явления во Вселенной.

Возникла в XIX веке и первоначально занималась интерпретацией спектров электромагнитного излучения объектов мегамира.

Хотя разложение солнечного света по цветам при помощи стеклянной призмы наблюдал еще Ньютон в XVII веке, детальные исследования спектрального состава электромагнитных волн, испускаемых небесными телами, начались только в XIX веке.

Фраунгофер (1814) догадался рассмотреть солнечный спектр, даваемый призмой, через телескоп и обнаружил, что непрерывная цветная полоска пересечена отдельными темными линиями. Оказалось, что спектры большинства звезд имеют аналогичный вид.

В середине XIX века (1854-1859 гг.) Кирхгоф и Бунзен, изучая спектры световых волн при прохождении их через различные вещества в земных условиях, сравнили их со спектрами Солнца и звезд и пришли к выводу, что темные линии Фраунгофера вызваны поглощением света атомами звездных атмосфер. Следовательно, эти атмосферы, по-видимому, состоят из тех же элементов, что и вещества на Земле, и их химический состав можно изучать методами спектрального анализа.

Интерпретация непрерывной части спектра оказалась возможной только в конце XIX века. Электромагнитные волны испускаются преимущественно электронами, участвующими в тепловом движении, и такое излучение называется тепловым. Эта гипотеза, по-видимому, верна для всего оптического диапазона электромагнитного излучения небесных тел.

Теория теплового излучения построена для идеальной модели абсолютно черного тела (АЧТ). Это тело, которое поглощает все падающие на него электромагнитные волны. В состоянии термодинамического равновесия при температуре Т оно излучает столько же энергии, сколько и поглощает. Однако, распределение излучаемой энергии по длинам волн λ неодинаково. Количественно оно описывается функцией , для которой Планк (1900) вывел формулу:

,

где h = 6,62∙10-34 Дж∙с – постоянная Планка;

k = 1,38∙10-23 Дж/К – постоянная Больцмана;

с ≈ 3∙108 м/с – скорость света.

 

Рисунок 13

Формула Планка позволяет обосновать опытные законы теплового излучения:

1) закон Вина:

наибольшая энергия излучается на длине волны

,

где b = 2,9∙10-3 м∙К – постоянная Вина;

2) закон Стефана-Больцмана:

полная мощность излучения АЧТ с 1 м2 его поверхности

,

где – постоянная Стефана-Больцмана.

Энергетический спектр излучения звезд близок к спектру АЧТ, и это позволяет оценить их температуру. Например, для Солнца кривая непрерывного спектра практически совпадает с кривой АЧТ для Т = 6500 К в области λ > 5∙10-7 м. Наибольшая энергия излучается электромагнитными волнами длиной λmax = 5∙10-7 м; отсюда температура светящейся оболочки (фотосферы) Солнца К.

Такое же значение получается по формуле Стефана-Больцмана:

,

где величина R = 6,41∙107 Вт/м2 получена из наблюдений.

Фотографические исследования спектров звезд, проводимые с 1885 года, позволили более точно определить их температуры и химический состав атмосфер и сгруппировать сходные спектры более 200000 звезд в 10 классов, обозначаемых O,B,A,F,G,K,M,R, N,S, и 10 подклассов, обозначаемых цифрами от 0 до 9. Для запоминания последовательности классов придумана шуточная фраза: "Oh, Be A Fine Girl Kiss Me Right Now, Sweetheart". Эта последовательность характеризуется убыванием Т и изменением цвета звезд. Например:

О: Т ~ 5∙104 К, голубые звезды, λmax находится в УФ-области спектра, состоят из

ионов H, He.

G: Т ~ 6∙103 К, желтые, содержат ионы металлов; Солнце относится к G2.

М: Т ~ 3,6∙103 К, красные, содержат молекулы C2, CN, TiO.

В ХХ веке были установлены зависимости между физическими параметрами звезд. Важнейшие из них – диаграммы «спектр – светимость» и «масса – светимость».

Диаграмма «спектр – светимость» Диаграмма «масса – светимость»

Рисунок 14

 

Светимость – полная мощность электромагнитного излучения звезды (L) [Вт].

Звездные параметры на диаграммах отнесены к солнечным.

Светимость Солнца Вт, его масса кг; оно излучает уже в течение лет и состоит на 71% из водорода (Н) и на 27% из гелия (Не).

Таким образом, большинство звезд имеют температуры фотосфер 103–104 К, излучают огромную электромагнитную энергию в течение, видимо, длительного времени и состоят, в основном, из легких элементов Н и Не.

Согласно принципу сохранения энергии следует предположить, что в недрах звезд происходят процессы, которые выделяют энергию, сравнимую с энергией, излучаемой электромагнитными волнами. Из известных в настоящее время процессов только термоядерные реакции могут обеспечить наблюдаемые значения звездных параметров.

Для Солнца это, по-видимому, термоядерный синтез: Дж.
При превращении всего водорода в гелий выделится Дж, в то время, как за лет излучится только Дж, т.е. энергии синтеза вполне достаточно для стабильного излучения Солнца.

В настоящее время Солнце представляет собой раскаленный газовый шар. Вещество в его недрах сильно ионизировано. Равновесие Солнца обеспечивается равновесием сил гравитации и сил внутреннего газового давления.

Структура Солнца включает следующие оболочки (в солнечных радиусах м):

1 – зону ядерных реакций, 0 – 0,3Rc (T ~ 107 К),

2 – зону переноса энергии излучением, 0,3Rc – 0,7Rc ,

3 – зону конвекции, 0,7Rc – 0,999Rc ,

4 – фотосферу, 0,999RcRc (700 км) (T ≈ 6000 К),

5 – хромосферу, Rc –1,02Rc (Т ↑ до 20000 – 50000 К),

6 – корону, 1,02Rc –2,9Rc (T ~106–107 К).




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.