Wie kann Licht drei Arten von Spektren emittieren?

Die Atomspektren stammen von Elektronenübergängen. Das heißt, wenn ein Atom ein Photon absorbiert, gehen seine Elektronen von einer Konfiguration (möglicherweise dem Grundzustand) in eine Konfiguration mit einer genau liegenden Energie über$E_{ph}$(Energie des Photons) höher. Der umgekehrte Prozess führt zur Emission eines Photons. Das Spektrum ist ein Linienspektrum, weil die Elektronenenergieniveaus quantisiert sind (d. h. nur bestimmte diskrete Energiewerte sind erlaubt) und die folgende Gleichung immer erfüllt ist:

Wobei das Vorzeichen davon abhängt, ob es sich um Absorption oder Emission von Photonen handelt.

Moleküle haben gegenüber Atomen mehr Freiheitsgrade. Stellen Sie sich ein Molekül vor, das aus zwei verschiedenen Atomen aufgebaut ist (zB CO ). Diese Moleküle haben, genau wie einzelne Atome, elektronische Übergänge. Das Molekül hat aber auch Schwingungs- und Rotationsübergänge. Die Schwingungsübergänge kommen daher, dass sich die Atome, die Teil eines Moleküls sind, relativ zueinander bewegen können (z. B. können sich die C- und die O-Atome in CO aufeinander zu oder voneinander weg bewegen).

Die Rotationsübergänge kommen daher, dass sich auch das Molekül drehen kann. (zB können sich die C- und O-Atome in CO um den Massenmittelpunkt drehen, ähnlich wie der Mond und die Erde um sie rotieren.) Die Energien, die mit den Schwingungs- und Rotationsübergängen verbunden sind, werden ebenfalls quantisiert. Der Abstand zwischen ihnen ist jedoch viel geringer als bei den elektronischen Übergängen. Da die Übergänge (und damit die Photonenenergien) so eng beieinander liegen, scheinen die einzelnen Linien ein Band zu bilden. Daher sind Molekülspektren durch Linien- (elektronische Übergänge) und durch Banden- (Vibrations- und Rotations-) Emission gekennzeichnet.

Bisher haben wir von einzelnen Atomen oder Molekülen gesprochen. Das Konzept der Schwarzkörperstrahlung ist jedoch ein thermodynamisches Konzept. Das bedeutet, dass wir uns im thermodynamischen Grenzbereich befinden müssen, damit Schwarzkörperstrahlung auftreten kann: Wir brauchen viele Freiheitsgrade oder einfacher ausgedrückt, wir brauchen viele Atome oder Moleküle. Die Schwarzkörperstrahlung ist eine Eigenschaft oder Wirkung der gesamten Ansammlung von Atomen und Molekülen im Gleichgewicht mit der Umgebung! Die Strahlung entsteht aus der Bewegung dieser Ansammlung von Atomen und Molekülen. Auch bekannt als Masse.

Obwohl wir in der Lage waren, die atomaren und molekularen Spektren mehr oder weniger mit mehr oder weniger äquivalenten Mechanismen (Übergänge zwischen quantisierten Energieniveaus (diese Quantisierung stammt aus der Quantenmechanik)) zu verknüpfen. Eine weitere "Verbindung" zu einem Schwarzkörperspektrum ist nicht möglich (weil es ein Konzept der Thermodynamik ist).

Von dort kommt die Energie, die die spektralen Eigenschaften bestimmt. Bei Schwarzkörperstrahlung ist es die zufällige kollektive Bewegung von Schüttgutbestandteilen. Diese Bewegung ist für die Temperatur eines Objekts verantwortlich, die ein statistisches Maß ist.

Molekülspektren sowie Atomspektren stammen aus den Bewegungen isolierter Atome oder Moleküle, die über ihre Grundzustände hinaus angeregt werden, aber immer noch diskrete Quantenzustände sind. Bei Molekülen sind es meist Schwingungs- oder Rotationsbewegungen von Atomen, aus denen die Moleküle bestehen. Bei Atomen sind es die Elektronen, die von einem Orbital zum anderen springen.

Im Fall von Schwarzkörperstrahlungen ergeben Strahlungen kontinuierliche Spektren

Nein. Die Strahlung ist immer noch quantisiert, sie kann nur nicht so einfach identifiziert werden wie im Fall eines Atoms oder Moleküls. Denn auf einem Schwarzen Körper befinden sich enorm viele Teilchen und es gibt alle möglichen Zustände, die man sich vorstellen kann. Da die Strahlung emittiert wird, weil sich ein Teilchen von einem Zustand in einen anderen bewegt, kann ein schwarzer Körper alle Arten von Strahlung haben. Wir können es als kontinuierlich betrachten, da die Anzahl der Teilchen über die Quantengrenze hinausgewachsen ist, sodass wir die diskreten Spektren nicht mehr wie in einem einzelnen Atom oder Molekül erfassen können. Mit anderen Worten, ein Schwarzer Körper liegt sicher oberhalb der klassischen Grenze, so dass Quanteneffekte mit hinreichender Genauigkeit vernachlässigt werden können.