\

Kiirgusnähtused taevas ja maal

Elektromagnetiline kiirgus. Seletav lühisõnastik

Sisukord :

  1. Üldised kiirgusprotsessid ja mõisted
  2. Spetsiifilised efektid. Näited.
  3. Hajumisefektid
  4. Kiirguslikud loodusnähtused
  5. Kiirgusseadused
  6. Kiirgust iseloomustavad suurused ; fotomeetria
  7. Kiirguse vastuvõtjad

  1. Üldised kiirgusprotsessid ja mõisted
  2. elektromagnetiline kiirgus (EMK)
    kahekomponendiline teineteisega risti olevast elektri- ja magnetvektorist koosnev ruumis leviv ristlaine (väli) ; osakesemudeli kohaselt on EMK footonite ehk kiirguskvantide voog, millel on ristsuunaline võnkumine sagedusega ν ja lainepikkus λ, kus
    λν= C ,
    kus C on EMK leviku kiirus (valguse kiirus)
    EMK lainealad (sagedused, spekter) on : raadio, submillimeeter, mikro, kauge infrapunane, lähisinfrapunane (soojus), optiline (visuaalne) ,UV,röntgen,gamma
    elektrodünaamika
    elektromagnetilise kiirguse teooria, mille esitas J.C.Maxwell 1886.a
    elektromagnetilise kiirguse duaalsus-
    EMK avaldumine nii lainena (näit. dispersioon) kui osakestena (näit. fotoeffekt)
    footon
    EMK kvant e. elektromagnetilise vastasmõju ülekandeosakene
    EMK lained
    omavahel risti olevate elekrtilise ja magnetilise komponendi ruumis edasikanduv võnkumine, mis tekib laetud osakeste liikumisel
    kiirgamine
    E ja M komponendiga iseleviv lainetus ruumis
    peegeldumine
    mingile pinnale langeva kiirguse suuna muutumine difuusne - peegeldunud kiirte suund pole samassunaline spekulaarne - peegeldunud kiired on langeva kiire suhtes sama nurga all vastavlt peegeldusseadusele (vt allpool)
    murdumine e. refraktsioon
    kiire suuna muutus erineva optilise tihedusega (erineva murdumisnäitajaga) keskkondade piiril ühest teise üleminekul(vt allpool)
    hajumine
    kiirguse suuna (või ka energia) muutumine vastamõjus mingi keskonna osakestega
    elastne(lainepikkus jääv, muutub vaid suund) -mitteelastne(ka energia muutub)
    yhekordne - mitmekordne (= difusioon)
    isotroopne - anisotroopne
    neeldumine
    kiirguse ja keskkonna vastamõjus toimuv kiirguse energia täielik või oluline kadumine
    polarisatsioon
    EMK lainete võnkumise eelissuuna tekkimine (või muutumine) mingilt keskonnalt peegeldumise, või läbimineku tulemusel
    dirfaktsioon
    valguskiire kaldumine kõrvale sirgjoonest (Fresneli ehk sfäärilise laine, Fraunhoferi ehk tasalaine)
    dispersioon
    valguse murdumise sõltuvus lainepikkusest
    interferents
    erinevate valguskiirte liitumine
    abberatsioon
    valguslaine moonutused atmosfääris ja optilises seadmes: sfääriline, kromaatiline, jmt
    valguse kiirus
    EML lainetuse leviku kiirus (vaakumis C= 299792.45 km/s)
    kiirguse (valguse) faasikiirus
    kiirus, millega levib laine faas : Vp=w/k, kus w laine ringsagedus ja k lainearv ; levikukeskkonna anomaalse dispersiooni puhul võib faasikiirus olla suurem valguse kiirusest vaakumis C
    kiirguse (valguse) grupikiirus
    kiirus, millega levib laine amplituud : Vg=δw/δk , kus δw/δk on osatuletis ringsagedusest lainearvu järgi
    Tagasi

  3. Spetsiifilised kiirgusefektid. Näited loodusest
    • fluorestsenst
      stimuleeritud kiirgus, mis katkeb stiimuli lõppedes.
    • fosforestsents stimuleeritud kiirgus,jatkub ka ilma stim. : jaaniussid
    • luminestsents - mitte musta keha soojuslik kiirgus
    • laserkiirgus
    • holograafia
    • kiirgusrõhk (valgusrõhk) : komeedi gaasi ja tolmusaba moodustub Päikese kiirgusrõhu toimel
    • Doppleri efekt :( kosmoloogiline) punanihe galaktikate spektris Universumi paisumise e. laienemise tõttu, mis avaldub galaktikates
    • Neeldumisspekter : Fraunhoferi neeldumisjooned Päikese spektris
    • Kiirgusspekter
    • Ioniseeriv kiirgus kiirgus mille energia on nii kõrge, et see on võimeline ioniseerida ainet millele ta langeb )footoni energia on korgem aatomi elektonide ionisatsioonipotentsiaalist (vesiniku E = 12.7 eV)
    • reionisatioon Universumi vesiniku taas ioniseerimine pärast rekombinatsiooni esimeste massiivsete ja heledate tähtede kiirguse poolt.
    • pidev spekter
    • absoluutselt musta keha kiirgus (Plancki kiirgus) : reliktkiirgus Universumis
    • fotoefekt
  • Hajumisefektid
    • Tyndalli efekt : valguse hajumine kolloidlahustes ja suspensioonides. Sarnane Rayleigh'i hajumisega molekulidel ja aatomitel , milles hajunud valguse intensiivsus sõltub lainepikkuse 4 ndast astmest, kuid on intensiivsem.
    • Rayleigh'i hajumine : valguse hajumine keskkonna aatomitel ja molekulidel, kus hajunud valguse intensiivsus sõltub lainepikkuse 4 ndast astmest (sinine taevas). Hajumine on elastne, osakesed väiksemad kui lainepikkus.
    • Thompsoni hajumine : kiirguse hajumine laetud osakestel, kus hajunud kiirgus on polariseeritud lineaarselt, sest kui osakesed on mitterelat. siis hajumse määrab elektrikomponent, millega osake kaasa võngub ja risti suunas kiirgab elektromagn diipol kiirgus kiirguskoef. edOdVdLdt e=pi*s/2*I*n*cos2(x) , ristlõige S= (q*q/m*c*c)**2 näit. Päikese K-kroonis kiirguse hajumine elektronidel, reliktkiirgus
    • Comptoni hajumine : Sunyaev-Zeldovichi effekt ehk reliktkiirguse Comptoni pöördhajumine kuuma parvegaasi elektronidel
    • Ramani hajumine : mitteelastne, kombinatsioonhajumine molekulidel
    • Rutherfordi hajumine: elastne elektronide hajumine võrel Coulombi joudude mõjul

  • Erilised kiirgusefektid
    • Cherenkovi effekt : osakeste valguse kiiruse uletamisest vaakumist tihedamas keskonnas tekkiv valgussähvatus e. valguse lööklaine näited: kosmiliste osakeste ja gammakiirguse teleskoobid Maa peal, nn "sinine hiilgus" tuumareaktorite keskel
    • Sünkrotronkiirgus : ka magnetiline pärsskiirgus
    • Pärss e. pidurduskiirgus: soojuslik kiirgus , erinevus Chreenkovi kiirgusest mis tingitud laetud osakese interaktsioonist keskkonnaga, pärsskiirguses aga piduruvad osakesed ise kiirgavad
    • Gravitatsiooniline punanihe :
    • Gravitatsiooniläätse effekt : valguskiire paindumine massiivsest kehast möödumisel : Universumi kaugete objektide valguse (kujutise) moondumine - kaksik-kujutis kvasarist, Einsteini rist (nelikkujutis), Einsteini rõngas,
    • Valguskaja (footonkaja) : ennustas Uno Kopvillem
    • Kosmiline kiirgus, kosmilise kiired
    • Reliktkiirgus e. mikrolaineline kosmiline taustkiirgus : algselt kuuma ja paisuva Universumi kiirgus , mis tekib Thompsoni hajumise tõttu plasmas (footonite,elektronide ja barüonide), mis on pärit kiirguse ja aine vabanemise ajast (rekombinatsioon),mis on praegu isotroopne ja homogeene absoluutselt musta keha kiirgus, temperatuuriga 2.725 K
    • stinstillatsioon,

    • Kiirguslikud loodusnähtused
      • Vikerkaar - päikesevalguse dispersioon sfäärilises veepiisas murdumise ja peegeldumise tõttu ( 40-42 kraadi) 2 kordne vikerkaar (2-kordne murdumine 50-53 kraadi) sõltub murdumisnäitajast (mere kohal vikerkaare nihe , vihma ja merevee murdumisnäitajad erinevad) Seespool lilla , väljas punane, 2-kordses pööratult. http://en.wikipedia.org/wiki/Rainbow
      • välk - (äike,pikne) elektrilised gaaslahendused atmosfääris ( miks välk ja müristab Hori 4/2003)
      • keravälk (vt teksti allpool)
      • Virmalised e põhjavalgus
      • Päikese kroon, halo, nimbus, gloria, roheline kiir, miraazhi, hot spot
      • Kuu halo
      • Päikese sammas
      • tuhkvalgus - Kuu tumedamalt osalt (Päikese poolt otse valgustamata osalt) peegelduv nõrk valgus, mis on põhjustatud Maalt peegeldunud Päikesevalguse langemisest Kuule. Maa peegeldusvõime on Kuu omast suurem ning ta paistab noorkuu ajal "täismaana" kuutaevas pindalalt 16 korda suuremana kui täiskuu Maa taevas ning tingib umbes 50 korda suurema valgustatuse kui Kuust tingitud valgustatus Maal. Tuhkvalguse intensiivsus sõltub Kuu poole pööratud Maakera poole peegeldusvõimest. (lume peegeldustegur on 40 - 90%, pilved 50%, maapind 10-25%, vesi 10%). Kõige tugevam on tuhkvalgus aprillis-mais, 10% keskmisest intensiivsem. On nimetatud ka da Vinci valguseks, sest da Vinci oletatavasti esimesena seletas tuhkvalguse. (ingl.k.: Earthshine)
      • Zodiaagivalgus
      • Tundmatud kiirgusnähtused Kiirgusallikad http://en.wikipedia.org/wiki/List_of_light_sources Kiirgusseadused Peegeldumisseadus Täielik sisepeegeldus Murdumisseadus Kirchhoffi kiirgusseadus Rayleighl-Jeansi seadus UV katastroof Plancki valem ja Plancki kiirgus E=hv Wieni nihkeseadus Stefan-Boltzmanni seadus L=s*T^4 Kiirgusülekande võrrand Kasvuhoone effekt Kiirgust iseloomustavad suurused energia voimsus heledus voog valgustatus optiline paksus läbipaistvus peegeluskoefitsient e albeedo murdumisnäitaja Kiirguse taju suurused Kiirgust vastuvõtvad seadmed , fotomeetria Silm silma ehitus ja füsioloogia nägemisaistingu seadused : Weber- Fechneri effect, Pogsoni valem Teleskoop amatöörteleskoobid ja nende hinnad. Head lingid alustuseks oleksid: http://www.teleskoop.com/ http://www.telescope.com/ http://www.meade.com/ http://www.celestron.com/ http://www.cloudynights.com/
        kiirgusallikas
        EMK emiteeriv keha
        kollimaator fookuskaugus apertuur valgusjõud suurendus