Anregung der Atome durch mechanischen Stoß

Inhalt Emission und Absorption elektromagnetischer Strahlung bei Änderung in der Elektronenkonfiguration eines Atoms Anregung der Elektronen durch Stoß mit Atomen im „thermischen Gleichgewicht“ Abzählung der Zustände mit Hilfe des „Boltzmann Faktors“

Bohrsches Atommodell r4=16r1 r3=9r1 r2=4r1 r1 E1=-0,85 eV E3=-1,5 eV

Energie der Strahlung bei Bahnwechsel Einheit Anmerkung 1 1/s „Rydbergfrequenz“ Frequenz der emittierten elektromagnetischen Strahlung Zur Anregung eines neuen elektronischen Zustands muss die Energie der elektromagnetischen Strahlung der Energiedifferenz zur Anregung des neuen Zustands entsprechen

Bohrs Atommodell: Wasserstoff mit Absorption und Emission elektromagnetischer Strahlung beim Übergang 2 1 n m Anregung 1 2 ca. 10-8 s Emission λ=121,6 nm r2=4r1 r1 E2=-3,4 eV E1=-13,6 eV

Frequenzbereiche der Oszillatoren Technische Schwingkreise Molekül-schwingungen Valenz Elektronen 380 nm Violett 7,9 1014Hz 780 nm rot 3,8 1014Hz Innere Orbitale Kern-reaktionen

Stoß-Anregung Kinetische Energie dient zur elektronischen Anregung Bei vielen Teilchen in gleicher Umgebung ist die Temperatur das Maß für die mittlere kinetische Energie der Teilchen

Strahlungsemission beim Übergang (21) Anregung durch Stoß n m Anregung 1 2 ca. 10-8 s Emission 121,6 nm

Anregung im thermischen Gleichgewicht

Anregung im thermischen Gleichgewicht: Der Boltzmann Faktor Die Wahrscheinlichkeit, im Gewimmel der Teilchen eines mit Anregung in einer Umgebung des Energiezustands W zu finden, ist proportional zum „Boltzmann Faktor“:

Anmerkung: Die Formulierung „…eines mit Anregung in einer Umgebung des Energiezustands W zu finden“ ist der Genauigkeit der Aussage geschuldet: Analog dazu: Anzahl der Menschen in der Mitte des Pariser Platzes in Berlin oder des Marienplatzes in München: Die Mitte kann mit beliebiger Genauigkeit angeben werden, exakt in der Mitte steht nie einer Die Anzahl der „Menschen in der Mitte“ ist proportional zum Bereich, der zur Mitte gezählt wird

Anregung im thermischen Gleichgewicht: Der Boltzmann Faktor Das Verhältnis der Anzahl der Teilchen mit Anregung „in den Zuständen W1 und W2“ ist deshalb: Gemeint ist eine gleichgroße, kleine Umgebung der Energie-Werte Analog: Verhältnis der Menschen „in Mitte“ des Pariser zu denen „in Mitte“ des Marienplatzes

Ursachen für mechanische Stöße Kollision mit beschleunigten Elektronen Röntgenröhre Gasentladungen, Blitze Kollision mit benachbarten Teilchen aufgrund ihrer thermischen Bewegung

Beispiel für die Emission an freien Atomen Emissionsspektrum der Quecksilberdampflampe Quelle: Meyers Enzyklopädisches Lexikon

Emission der Sonne (ähnlich einem heißen Festkörper) „Weiße“ Strahlung der Sonne (an der Oberfläche ca. 6000 K) (Vergessen Sie zunächst die schwarzen Linien) Quelle: Meyers Enzyklopädisches Lexikon

Fraunhofer Linien im Sonnenspektrum Beispiel für die Absorption an freien Atomen: Fraunhofer Linien im Sonnenspektrum Gasatome in der Atmosphäre der Sonne und der Erde werden durch die passenden Frequenzen im Sonnenspektrum angeregt Von der Erde aus betrachtet „fehlen“ diese Frequenzen im Sonnenspektrum Diese schwarzen Linien bezeichnet man als „Fraunhofer-Linien“ Joseph von Fraunhofer (1787-1826) entdeckte sie 1814 zeitgleich mit William Hyde Wollastone (1766-1828)

Zusammenfassung Die Anregung zum Bahnwechsel kann entweder durch Absorption von Strahlung oder durch Stoß erfolgen In einem Medium erfolgt die Anregung mit der kinetischen Energie der Temperaturbewegung Im thermischen Gleichgewicht dient der Boltzmann Faktor der Abzählung der Zustände in einem Intervall gegebener Energie: Boltzmann Faktor: exp(-W/kT)

Position der Emissionslinie im elektromagnetischen Spektrum 77,5 kHz DCF 77 H2 Linie 9 GHz Cs Uhr 50 kV Röntgen-strahlung 2,5GHz Mikro-wellenherd 60 kHz (Versuch) 50 Hz (Netz) Kosmische Sekundär-Strahlung 380 nm Violett 7,9 1014Hz 780 nm rot 3,8 1014Hz