Лекции по Электрическому приводу

Эффект Рамана – комбинационное рассеяние света, рассеяние света веществом, сопровождающееся заметным изменением частоты рассеиваемого света. Открыт в 1828 г. индийским физиком Раманом на жидкостях и Лондсбергом, Мандельштамом на кристаллах. Если источник испускает линейчатый спектр, то при комбинационном рассеянии света в спектре рассеянного излучения обнаруживаются дополнительные линии, число и расположение которых тесно связано с молекулярным строением вещества.
Согласно квантовой теории, процесс комбинационного рассеяния света состоит из 2-х связанных между собой актов - поглощения первичного фотона с энергией hv и испускания фотона с энергией hv, происходящих в результате взаимодействия электронов молекулы с полем падающей световой волны. Молекула, находящаяся в невозбужденном состоянии, под действием кванта с энергией hv, испуская квант, переходит в состояние с колебательной энергией hvj Таким образом, процесс приводит к появлению линий с частотами v+Vj и v-Vj.
Интенсивность линий комбинационного рассеяния света мала и зависит от частоты возбуждающегося света.

Рис. 12.3. Схема образования стоксовых (V-V^H оптистоксовых (v+Vn)) линий при К.Р.С.

12.4. Испускание и поглощение света

Пламя излучает свет. Стекло поглощает ультрафиолетовые лучи. Обычные фразы, привычные понятия. Однако здесь термины "излучает", "поглощает" описывают только внешне, легко наблюдя, физика этих процессов непосредственно связана со строением атомов и молекул вещества.

Атом – квантовая система, его внутренняя энергия – это, в основном, энергия взаимодействия электронов с ядром; эта энергия согласно квантовым законам, может иметь только вполне определенные для кванта и состояния атомов значения. Таким образом, энергия атома не может меняться непрерывно, а только скачками – порциями, равными разности каких-либо двух разрешенных значений энергии.
Квантовая система (атом, молекула), получая из вне порцию энергии возбуждается, т.е. переходит с одного энергетического уровня на другой более высокий. В возбужденном состоянии система не может находится сколь угодно долго; в какой-то момент происходит самопроизвольный (спонтанный) обратный переход с выделением той же энергии. Квантовые переходы могут быть излучательные и безизлучательные. В первом случае энергия поглощается или испускается в виде порции электромагнитного излучения, частота которого строго определена разностью энергий тех уровней, между которыми происходит переход. В случае безызлучательных переходов система получает или отдает энергию при взаимодействиями с другими системами (атомами, молекулами, электронами) Наличие этих двух типов переходов объясняется оптикоакустический эффект Бейнгерова.
При облучении газа, находящегося в замкнутом объеме, замодулированном потоком инфракрасного излучения в газе возникают пульсации давления (оптико-акустический эффект). Его механизм довольно прост; поглощение инфракрасного излучения происходит с возбуждением молекул газа, обратный же переход происходит безызлучательно, т.е. энергия возбуждения молекул переходит в их кинетическую энергию, что обуславливает изменение давления.
Количественные характеристики эффекта весьма чувствительные к составу газовой смеси. Применение оптико-акустического эффекта для анализа характеризуется простотой и надежностью, высокой избирательностью и широким диапазоном концентрацией компонентов.
Оптико-акустический индикатор представляет собой неселективный приемник лучистой энергии, предназначенный для анализа газов. Промодулированный лучистый поток через флюоритовое окно попадает в камеру с исследуемым газом. Под действием потока меняется давление газа на мембрану микрофона, в результате чего в цепи микрофона возникают электрические сигналы, зависящие от состава газа.
Оптико-акустический эффект используется при измерении времен жизни возбуждения молекул, в ряде работ по определению влажности и потоков излучения. Отметим, что оптико-акустический эффект возможен также в жидкостях и твердых телах.
Атомы каждого вещества имеют свою, только им присущую структуру энергетических уровней, а следовательно, и структуру импульсных переходов, которые можно зарегистрировать оптическими методами (например, фотографически). Это обстоятельство лежит в основе спектрального анализа. Так как молекулы – тоже сугубо квантовые системы, то каждое вещество (совокупность атомов или молекул) испускает и поглощает только кванты определенных энергии или электромагнитное излучение определенных длин волн). Интенсивность тех или иных спектральных линий пропорциональна числу атомов (молекул), излучающих (или поглощающих) свет. Это соотношение составляет основу количественного спектрального анализа.
Пример применения спектрального анализа:
- концентрацию известных газов в смеси измеряют по пропусканию излучения лазерного источника с определенной длиной волны. Предварительно облучают монохроматическими излучениями с различными длинами волн каждый из содержащихся в смеси газов, концентрация которых известна, и определяют коэффициент поглощения каждого газа для каждой длины волны. Затем при этих длинах волн изменяют поглощение испытуемой смеси и, используя полученные величины коэффициента поглощения, определяют концентрацию каждого газа в смеси. При измерениях с излучением, содержанием большее число длин волн, чем находится компонентов в газовой смеси, можно обнаружить наличие неизвестных газов.
Для атомов и молекул спектры излучения будут линейчатыми и полосатыми соответственно, то же и для спектров поглощения. Чтобы получить сплошной спектр, необходимо наличие плазмы, т.е. ионизированного состояния вещества. При ионизации электроны находятся вне атома или молекулы, и, следовательно могут иметь любые, непрерывно меняющиеся, энергии. При рекомендации этих электронов и ионов получается сплошной спектр, в котором присутствуют все длины волн.