En ole fyysikko ja koulussa saadut opit alkavat olla pahasti haalistuneita, niissä on reikiä ja isompiakin aukkoja. Olen yrittänyt paikata niitä aukkoja vuosikymmenien jälkeen. Voisitteko te nuoret ja fiksut tuoreine aivoinenne ja tietoinenne vähän avittaa. Toki vanhempien ja kokeneiden alan ihmisten apukin kelpaa.
Varsinkin energiaan liittyvät kysymykset askarruttavat tänä päivänä minua ja varmaan monia muitakin, ne ovat näinä aikoina kovasti tapetilla. Aukko tiedoissani - tai ainakin tiedon epämääräisyys liittyy energialajin muutokseen eli konversioon. Energian säilymisen lakihan on yksi fysiikan kulmakivistä. Einsteinhan vähän justeerasi tätä lakia, mutta energian konversiossa se silti vielä pätee täysin.
Eli kun säteilyenergia m,uuttuu lämmöksi niin miten se tapahtuu? Kun säteily kohtaa ainetta niin käsitykseni mukaan voi tapahtua seuraavaa:
a) säteily heijastuu aineesta
b) säteily läpäisee aineen
c) säteily muuttuu ainehiukkasten liike-energiaksi eli lämmöksi
Kun säteily heijastuu niin se ei muutu, sen aaltopituuskaan ei ymmärtääkseni muutu. Säteily voi läpäistä kaasun ja nesteen, mutta kiinteän aineen voi läpäistä vain riittävän energinen säteily. Säteilyn energisyyden ja altopituuden välillä on yhteys. Läpäisevä energinen säteily on lyhytaaltoista.
Aurinko säteilee monilla aaltopituuksilla. Ymmärtääkseni auringon spektri ulottuu ultravioletista infrapunaan. Kyseisellä aallonpituusalueella tapahtuva säteily aineen kohdatessaan joko heijastuu tai muuttuu lämmöksi. Se kysymys, johon en ole löytänyt oikein selvää vastausta kuuluu, että mitä tapahtuu kun säteily muuttuu lämmöksi. Olen nyt ymmärtänyt niin, että säteily ei muutu suoraan lämmöksi vaan homma tapahtuu niin, että aine absorboi säteilyn, mikä tarkoittaa, että molekyylin atomien elektonikuoren kvanttitila muuttuu ja energiataso kohoaa. Tuohan ei kuitenkaan ole vielä lämpöä. Lämpö on kineettistä energiaa, joko vapaata liikettä (kaasut ja nesteet) tai värähtelyä (kiinteät kiteiset aineet). Virittynyt molekyyli vapautuu viritystilasta emittoimalla infrapunasäteilyä, se on sitä lämpösäteilyä. Lämpösäteily on kuitenkin ymmärtäälseni eri juttu kuin lämpö. Eli mistä tulee ja missä vaiheessa syntyy se varsinainen lämpö? Vai olenko ymmärtänyt väärin ja säteily sittenkin synnyttää suoraan lämpöä, potkii atomit ja molekyylit liikkumaan. Vai liikkuuko se virittynyt molekyyli niinkuin sillä olisi tuli perseessä.
Voisivatko palstan fyysikot selittää tänän energiaan liittyvän peruskysymyksen.
7
89
Vastaukset
- Anonyymi
Kysymyksesi kuuluu: Miten sähkömagneettinen säteily vuorovaikuttaa epäelastisesti (energiaansa menettäen) esimerkiksi kiinteän aineen kanssa?
Kunnollinen vastaus kysymykseesi olisi varsin laaja ja sisältäisi yksityiskohtaista kiinteän olomuodon fysiikkaa sisältäen kuvauksen siitä, mitä tarkoittaa elektronivyörakenne. Tässä hyvin ylimalkainen vastaus:
Tuossa on työssään sama ilmiö, jonka vuoksi näet aineiden olevan erivärisiä. Lehdet ovat vihreitä siksi, että vain vihreä valo heijastuu muun absorboituessa. Katsoessasi näet sen osan valosta joka heijastuu ja absorboituneen osan (absorptiospektrin) määrää aineen mikroskooppinen ja kvanttimekaaninen rakenne.
Riittävän suurienergiainen valo eli UV tai pehmeä röntgensäteily absorboituu (foto)ionisaation kautta eli se irrottaa aineesta elektroneja joille osa valon energiasta siirtyy. Elektronit törmäävät muihin aineen elektroneihin ja atmeihin jota kautta tuo energia muuttuu lämmöksi eli kidehilan värähtelyiksi.
Pienempienergiainen valo aiheuttaa aineessa viritystiloja eli elektronit tai aineen toisiinsa kytkeytyneet molekyylit nousevat korkeampiin energiatilohin. Aineen elektroni(vyö)rakenne määrää sen, millaisia viritystiloja on tarjolla. Aikanaan korkeammalle elektronivyölle tai viritystilaan päätynyt hiukkanen/hiukkaset siirtyy takaisin alempaan tilaan ja varsin usein tuossa vapautuva energia muuttuu fotonin (valokvantti) sijaan fononiksi eli aineen kidehilan akustisen värähtelyn kvantiksi. Aineen lämpö ilmenee sen kidehilan värähtelyinä eli fononeina. Jotkut aineet kuitenkin vapauttavat tuon varastoituneen energian valona joko heti, jolloin kyseessä on fluoresenssi tai myöhemmin jolloin kyseessä on fosforisoiva eli valaisun jälkeen pimeässä loistava materiaali.
Kiinteä aine voi elektronirakenteensa vuoksi olla läpinäkyvä näkyvälle valolle (lasi), kovalle ultravioletille (kvartsi) tai jopa pitkäaaltoiselle eli hyvin pienienergiaiselle lämpösäteilylle (germanium, pii). Jotkut materiaalit pystyvät tuohon kaikkeen samanaikaisesti. Esimerkiksi hyvin puhtaasta kaliumbromidista KBr voi kasvattaa kiteitä ja valmistaa linssejä, jotka toimivat aallonpituusalueella 0.25µm - 26µm eli UVC ultravioletista valosta varsi kylmän kappaleen lämpösäteilyyn asti. Hakusanaksi thermal camera lense material. Läpäisyyn ei siis tarvitse suurta energiaa, oikeansuuruinen riittää. - Anonyymi
Pitäisi ymmärtää myös, miten yksiatominen kaasu lämpenee ja edetä siitä molekyylikaasun ominaisuuksiin. Fononit ovat melkein ainoastaan kiinteän aineen ominaisuus, Fononit eivät myöskään kaikki ole termisiä. Lämpötilan muodostavat vain fononit, jotka ovat puhdasta kohinaa, jolloin kappaleen osilla on fononeista peräisin olevaa kineettistä energiaa, joka on termisesti jakautunut. Mustan ja valkoisen kappaleen ero on myös siinä, että toinen muodostaa saapuvasta valosta kohinaa ja toinen emittoi valoa fononeistaan ja elektroneistaan samalla aallonpituudella ja intensiteetillä.
Kaasussa, jossa on korkeammalle atomikuorelle virittynyt elektroni, atomi säilyttää tilan toistaiseksi, mutta voi tuona aikana kokea myös kaasutörmäyksen toisten atomien kanssa. Törmäykset ovat sähkömagneettisia, ja elektronin orbitaali sekä atomin kineettinen ydin vaihtavat energioita näissä törmäyksissä. Toisin päin ajateltuna tarpeeksi kuuma perustilojen kaasu ravistaa elektronit irti ja ionisoituu.
Molekyylissä on myös värähtelyä kahden atomin välillä, mitä ei yleensä sanota fononiksi, ja käsittely näillä on varmaan aina ollut kvanttimekaaninen. Yksi molekyyli ei ole lämpötilassa, eikä ensimmäinen molekyyli myöskään muutu paljon nopeammaksi (vaikka liikemäärä säilyy kaikissa fotonien tapahtumissa), vaan nämäkin värähtelevät molekyylit vuorovaikuttavat seuraavaksi toistensa liikemäärien kanssa.- Anonyymi
Sähkömagneettisen säteilyn absorboitumisesta kaasuun oli hetki sitten oma keskustelunsa, joten en siihen asiaan tässä vastauksessa ottanut kantaa.
Tässäpä tuo aiempi keskustelu kaasujen ja lämpösäteilyn vuorovaikutuksesta:
https://keskustelu.suomi24.fi/t/17035856/avustusanomus-
Katso mitä on jo vastattu ja mihin keskustelu jäi. Samoja asioita ei kannata kopioida palstalle viikon kuluessa useaan kertaan. Keskustelussa kerrottiin myös mistä tietoa saa lisää. - Anonyymi
Anonyymi kirjoitti:
Sähkömagneettisen säteilyn absorboitumisesta kaasuun oli hetki sitten oma keskustelunsa, joten en siihen asiaan tässä vastauksessa ottanut kantaa.
Tässäpä tuo aiempi keskustelu kaasujen ja lämpösäteilyn vuorovaikutuksesta:
https://keskustelu.suomi24.fi/t/17035856/avustusanomus-
Katso mitä on jo vastattu ja mihin keskustelu jäi. Samoja asioita ei kannata kopioida palstalle viikon kuluessa useaan kertaan. Keskustelussa kerrottiin myös mistä tietoa saa lisää.Aiemmassa keskustelussa ei mainittu jalokaasuja. Ne eivät esiinny molekyyleinä vaan erillisinä atomeina. Ilmakehän yleisin jalokaasu on argon (Ar 9300 ppm), neon (Ne 18 ppm), helium (He 5.2 ppm), krypton (Kr 1 ppm) ja ksenon (Xe 0.08 ppm)
Yksiatomisella jalokaasulla huoneen lämpötilassa perustilan jälkeen ensimmäinen mahdollinen viritystila on ensimmäinen elektronin viritystila kun mitään rotaatio- tai vibraatiotiloja ei ole tarjolla. Taulukkoarvoista näkee, että esimerkiksi argonin virittämiseen tarvittaan luokkaa 11.6 eV, mikä fotonin energiana on kovan ultravioletin eli UVC-alueen yläpäässä. Neonilla alin viritetty tila on 18.7 eV ja heliumilla 20.6 eV eli niiden saaminen viritettyyn tilaan vaatii vieläkin suurempaa energiaa. - Anonyymi
Anonyymi kirjoitti:
Aiemmassa keskustelussa ei mainittu jalokaasuja. Ne eivät esiinny molekyyleinä vaan erillisinä atomeina. Ilmakehän yleisin jalokaasu on argon (Ar 9300 ppm), neon (Ne 18 ppm), helium (He 5.2 ppm), krypton (Kr 1 ppm) ja ksenon (Xe 0.08 ppm)
Yksiatomisella jalokaasulla huoneen lämpötilassa perustilan jälkeen ensimmäinen mahdollinen viritystila on ensimmäinen elektronin viritystila kun mitään rotaatio- tai vibraatiotiloja ei ole tarjolla. Taulukkoarvoista näkee, että esimerkiksi argonin virittämiseen tarvittaan luokkaa 11.6 eV, mikä fotonin energiana on kovan ultravioletin eli UVC-alueen yläpäässä. Neonilla alin viritetty tila on 18.7 eV ja heliumilla 20.6 eV eli niiden saaminen viritettyyn tilaan vaatii vieläkin suurempaa energiaa.Argon
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/argontable6.htm
tasolta
3s23p4(1D)4p
tasolle
3s23p4(1D)4p
on noin 2.247 * 10 ^(-6) eV
Infrapuna-alue on aina hyvin edustettu ja lähestyy jatkuvaa spektriä, mille tahansa atomille. Spektrin arvot ovat aina samat eivätkä vastaa esim. yhden Stefan-Boltzmann jakauman kaivattua aluetta lämpötilalle, mutta jokin intensiteetti niillekin muodostuu funktiona kaasun lämpötilasta. - Anonyymi
Anonyymi kirjoitti:
Argon
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/argontable6.htm
tasolta
3s23p4(1D)4p
tasolle
3s23p4(1D)4p
on noin 2.247 * 10 ^(-6) eV
Infrapuna-alue on aina hyvin edustettu ja lähestyy jatkuvaa spektriä, mille tahansa atomille. Spektrin arvot ovat aina samat eivätkä vastaa esim. yhden Stefan-Boltzmann jakauman kaivattua aluetta lämpötilalle, mutta jokin intensiteetti niillekin muodostuu funktiona kaasun lämpötilasta.Hyvin korkeissa energiatiloissa oleva kuuma yksiatominen kaasu emittoi ja absorboi myös infrapuna-alueella kun elektronit ovat korkeissa energiatiloissaan, joiden välinen energiaero on pieni. Kylmä kaasu ei siihen pysty kun sen elektronit jököttävät alimmissa energiatiloissaan. Kylmässä kaasussa absorptio vaatii vähintään sen energiamäärän jolla elektroni saadaan perustilasta nostettua ensimmäiseen viritettyyn tilaansa. Argonilla tuo energia on jo aiemmin mainittu 11.6 eV mikä siis on UVC - alueen kovassa päässä. Tässä esimerkki argonin energiatasoista:
https://www.researchgate.net/figure/Energy-level-scheme-of-the-argon-atom-illustrating-all-the-effective-levels-incorporated_fig1_224488753
Huomattava on se, että terminen energia yksiatomisella kaasulla (kolme vapausastetta) on atomia kohti (3/2)*kT joka huoneenlämpötilassa (T=297K) on kutakuinkin 0.04 eV. Jos kaasu olisi happi-asetyleeni-hitsausliekin lämpötilassa 3100 C eli 3370K niin silloinkin energiaa olisi keskimäärin tarjolla vain 0.43 eV eli kahden atomin törmäyksessä 0.86 eV.
Jotta argon-atomeita löytyisi absorptioita varten ylemmissä energiatiloissaan niin kaasun lämpötilan T pitäisi olla todella korkea, luokkaa yli 10000K. - Anonyymi
Anonyymi kirjoitti:
Argon
https://physics.nist.gov/PhysRefData/Handbook/Tables/argontable6.htm
tasolta
3s23p4(1D)4p
tasolle
3s23p4(1D)4p
on noin 2.247 * 10 ^(-6) eV
Infrapuna-alue on aina hyvin edustettu ja lähestyy jatkuvaa spektriä, mille tahansa atomille. Spektrin arvot ovat aina samat eivätkä vastaa esim. yhden Stefan-Boltzmann jakauman kaivattua aluetta lämpötilalle, mutta jokin intensiteetti niillekin muodostuu funktiona kaasun lämpötilasta.Luitko mitä käyttämäsi taulukon yläreunassa luki kun hait tuon 3s23p4(1D)4p tason? Siinä lukee "Energy Levels of Singly Ionized Argon ( Ar II )" eli katselit neutraalin argonin sijaan ionisoitununeen argonin eli argon-plasman ominaisuuksia.
Tässä keskusteltiin huoneenlämpöisen kaasun ominaisuuksista, ei plasmasta. Plasma absorboi jopa radioaaltoja sillä se on sähköä johtava aineen hyvin kuuma olomuoto.
Ketjusta on poistettu 0 sääntöjenvastaista viestiä.
Luetuimmat keskustelut
Nurmossa kuoli 2 Lasta..
Autokolarissa. Näin kertovat iltapäivälehdet juuri nyt. 22.11. Ja aina ennen Joulua näitä tulee. . .1397800Joel Harkimo seuraa Martina Aitolehden jalanjälkiä!
Oho, aikamoinen yllätys, että Joel Jolle Harkimo on lähtenyt Iholla-ohjelmaan. Tässähän hän seuraa mm. Martina Aitolehde411999Kaksi lasta kuoli kolarissa Seinäjoella. Tutkitaan rikoksena
Henkilöautossa matkustaneet kaksi lasta ovat kuolleet kolarissa Seinäjoella. Kolmas lapsi on vakasti loukkaantunut ja251940- 911653
Miksi pankkitunnuksilla kaikkialle
Miksi rahaliikenteen palveluiden tunnukset vaaditaan miltei kaikkeen yleiseen asiointiin Suomessa? Kenen etu on se, että1801575Tunnekylmä olet
En ole tyytyväinen käytökseesi et osannut kommunikoida. Se on huono piirre ihmisessä että ei osaa katua aiheuttamaansa p1071030Taisit sä sit kuiteski
Vihjata hieman ettei se kaikki ollutkaan totta ❤️ mutta silti sanoit kyllä vielä uudelleen sen myöhemmin 😔 ei tässä oik5949- 50945
Odotathan nainen jälleenkohtaamistamme
Tiedät tunteeni, ne eivät sammu johtuen ihanuudestasi. Haluan tuntea ihanan kehosi kosketuksen ja sen aikaansaamaan väri28830- 34822