Kontinuierliche vs. diskrete Spektren in verschiedenen Materialien

Diese Aussagen zeigen große Verwirrung in den Konzepten der modernen Physik.

Ich habe gelesen, dass der Grund, warum Festkörper kontinuierliche Spektren emittieren, darin besteht, dass sie keine Zeit haben, ihre Elektronen zerfallen zu lassen – sie sind zu nahe beieinander.

Es ist verwirrend, in Bezug auf Emissionen von Zeit zu sprechen, und Sie geben keinen Zusammenhang an.

Zunächst auf atomarer Ebene, in jeder Phase von Materie, Gas, Flüssigkeit, Feststoff, Plasma, ist das Gerüst die Quantenmechanik. Die Quantenmechanik arbeitet mit Potentialen der Elektronen im Atom und zwischen Atomen/Molekülen und mit den intermolekularen Van-der-Waals-Kräften im Gitter von Festkörpern.

Gasatomspektren stammen von Anregungen der Elektronen und möglichen Schwingungsübergängen der Atome, wenn sie sich im Gas bewegen und aneinander streuen. Beachten Sie die hohen Erregungswerte, die von der Stromquelle benötigt werden, 5000 Volt.

Hohe Anregungswerte sind auch erforderlich, um Emissionsspektren von Festkörpern zu sehen, aber lange bevor die Eingangsenergie die Energien auf atomarer Ebene erreicht, die zur Anregung der elektronischen Atombahnen erforderlich sind, werden die intermolekularen Energielinien angeregt. Eisen in der Schmiede glüht, meist im Infraroten. Die Strahlung erscheint dem Auge und den Instrumenten kontinuierlich, weil es sehr viele Energieniveaus zwischen Molekülen gibt, deren Wert sich aufgrund der Komplexität der ~10^23 Moleküle pro Mol in Materie überlappt, die alle in "Berührung" mit Nachbarn dicht komprimiert sind. Es ist effektiv die Schwarzkörperstrahlung , die von Festkörpern dominiert. Dies zeigt die Quantennatur nicht in einzelnen Linien, sondern in der Vermeidung der UV- Katastrophe , wobei das Modell von harmonischen Oszillatoren ist, die Energieniveaus ändern.

Da Elektronen in der Größenordnung von 100 Nanosekunden zerfallen

Elektronen zerfallen nicht. Der Zerfall kann der Abregung des Atoms durch Emission oder der Abregung des Gitters in Festkörpern zugeschrieben werden. Die Zeit der Entregung hängt von der Energie ab und entspricht den Grenzen der Heisenbergschen Unschärferelation.

Bewegen elektromagnetische Wellen auch die Elektronen oder das Atom oder beides?

Beide. Wenn die Frequenz für das Energieniveau richtig ist, kann ein Elektron hochgeschleudert werden oder ein Molekül auf ein höheres Rotationsniveau gehen oder ein Ensemble von Molekülen auf ein höheres Niveau gehen.

Wenn es nur die Elektronen anregt, weiß ich nicht, warum es auch der Schwingung der Atome weichen sollte.

siehe oben

Wenn es Vibrationen weicht, sollten dann nicht auch Gase kontinuierlichen Spektren weichen?

Wenn Gase molekular sind, haben sie molekulare Schwingungsniveaus , aber die Frequenzen werden nicht optisch sein, da diese Niveaus von viel weicherer Energie sind. Materie in der Gasphase ist sehr diffus und intermolekulare Kräfte existieren vorübergehend, wenn sie kinetische Energie streuen und auf molekulare Ebenen übertragen, die dann in den Grundzustand zerfallen.

Das Erscheinungsbild eines Kontinuums für das Auge kann wie bei Quecksilberdampflampen erreicht werden . Die Linien sind diskret.

Nun, gewöhnliche Atomlinienspektren haben eine Grenzfrequenz, an der das Elektron aus dem Atom ausgestoßen wird. Umgekehrt kann ein ionisiertes Atom, wie ein freies Proton, ein freies Elektron einfangen, das absolut jeden beliebigen Energiewert haben kann, sodass oberhalb der spektralen Frequenzgrenze der Atomlinie ein echtes Kontinuumsspektrum vorhanden ist, das den Spektren ionisierter Atome entspricht. Das Kontinuum ist KEIN Kamm aus dicht gepackten Linienspektren, es ist ein wirklich kontinuierliches Spektrum mit jeder Wellenlänge oder Frequenz jenseits der Grenze des atomaren Linienspektrums.

Für die Wasserstoffspektren beträgt das Ionisationspotential 13,6 Volt. Aus Einsteins photoelektrischer Gleichung E = hf = 1,2398 eV um können wir die kürzeste Wellenlänge des neutralen Wasserstoffspektrums mit 91,12 nm im Vakuum-UV berechnen.

Ich verwende ein ziemlich modernes Physikhandbuch als meine primäre Referenz für genaue numerische Daten zu physikalischen Phänomenen. Es ist ein Handbuch, kein Lehrbuch, also erklärt es nichts; es zitiert nur Gleichungen und Zahlen. Die Herausgeber sind Walter Beneson, John W. Harris, Horst Stocker und Holger Lutz. Es ist eine ursprünglich im Jahr 2000 veröffentlichte Übersetzung aus dem Deutschen. Unter "Atom- und Molekülspektren" und dem Wasserstoffatom, auf Seite 856, Abb. 25.5, zeigen sie ein Energiediagramm des Wasserstoffspektrums mit den Reihen Lyman, Balmer, Paschen und Brackett ; wobei die UV-Lyman-Reihe vom Ionisationsniveau des Energieniveaus Null bis zum Grundzustand von -13,595 eV reicht. Oberhalb des Nullniveaus zeigen sie ein Kontinuum für Elektronenanfangsenergien > Null, was dem Einfangen freier Elektronen durch ein Proton entspricht. Die vier Reihen sind natürlich für n = 1, 2, 3, 4. Sie listen auch eine fünfte „Pfund“-Reihe für N=5 auf. Sie zeigen, dass sich die Klammerserie von 1459 nm bis etwa 4.000 nm erstreckt, wobei die Lyman-Serie von 91,16 nm bis etwas über 120 nm für die Lyman-Alpha-Linie reicht. Bei sehr großen Werten werden die Linienspektren für n und m natürlich immer dichter; aber sie sind immer noch diskrete Frequenzen, wie sie von der Bohr-Atomtheorie beschrieben werden. Der Kontinuumteil des Spektrums ist nicht diskret, da das obere Energieniveau einen beliebigen positiven Wert hat. wie von der Bohr-Atomtheorie beschrieben. Der Kontinuumteil des Spektrums ist nicht diskret, da das obere Energieniveau einen beliebigen positiven Wert hat. wie von der Bohr-Atomtheorie beschrieben. Der Kontinuumteil des Spektrums ist nicht diskret, da das obere Energieniveau einen beliebigen positiven Wert hat.

In Plancks Schwarzkörper-Spektrumanalyse bestimmte er (1900), dass die emittierte Energie BEI JEDER FREQUENZ aus einer ganzzahligen Anzahl von Paketen (Photonen) bestehen muss, jedes mit der Energie hf, aber er schlug nie vor, dass die Emissionsfrequenzen in irgendeiner Weise quantisiert oder diskret seien ebenso wie die Linien des Bohr-Atom-Wasserstoffspektrums. Die Photonenenergien sind keineswegs auf diskrete Werte beschränkt; aber bei JEDER Frequenz ist die Photonenenergie hf, was bedeutet, dass die Plancksche Konstante (h) einfach die Menge der "Wirkung" ist, die in einem Zyklus der zugehörigen Wellenfrequenz enthalten ist. (in Einheiten von Joule Sekunden).

Plancks Quantisierung des Schwarzkörperstrahlungsspektrums ist nicht mehr quantisiert als zu sagen, dass das Spektrum der auf der Erde gefundenen Gesteine ​​quantisiert ist, sodass Gesteine ​​gezählt werden können, aber Sie können nicht 0,35 eines Gesteins haben; Aber Sie können ohne Einschränkung einen Stein in jeder gewünschten Größe haben. Ich sollte hinzufügen, dass das Produkt E.lambda einfach hflambda ist, was einfach hc ist, was die Einstein-Konstante von 1,2398 eV für den photoelektrischen Effekt ist.

Aber ein ionisiertes Wasserstoffatom (Proton) kann ein Elektron mit einer beliebigen Menge an kinetischer Energie einfangen, das in jeden der Wasserstoffquantenzustände fallen kann, und ein Photon mit einer Energie größer als 13,6 eV emittieren, abhängig von der Anfangsenergie des Eingefangenen Elektron, und das Ergebnis ist ein nicht quantisiertes Kontinuumsspektrum, das sich von 91,12 nm bis zu viel kürzeren Wellenlängen im Gammaspektrum fortsetzt.