<<
>>

ТЕМПЕРАТУРА, ИЗЛУЧЕНИЕ И АТОМЫ

Предположим, что в большой ящик, сделанный из некоего гипотетического неплавящегося вещества, мы поместим набор химических элементов всех видов — водород, гелий, кислород, азот, натрий, кальций, железо, хром, свинец, ...

— и предположим, что можно обеспечить повышение температуры внутри ящика от абсолютного нуля до примерно 50 000 К- Что должно случиться с элементами,'когда содержимое ящика станут нагревать?

При абсолютном нуле все вещества находятся в твердом состоянии; отдельные плотно упакованные атомы тесно связаны

друг с другом в кристаллах или сложных молекулярных структурах. Молекулы находятся в глубокой спячке; их не тревожат ни соседи, ни энергия излучения. При повышении температуры молекулы пробуждаются из своею летаргического сна и начинают шевелиться, иногда вяло подталкивая одна другую. Вскоре более летучие элементы, такие, как водород, кислород и азот, подгоняемые все возрастающими скоростями своих молекул, сперва становятся жидкими, а затем газообразными. По мере того как температура поднимается еще выше, элементы один за другим переходят в жидкое состояние и испаряются. Темп жизни становится более быстрым. Молекулы мечутся как сумасшедшие, сталкиваются друг с другом и обстреливают друг друга электронами, энергия которых затем теряется в форме излуче- нияд Каждая молекула атакуется летящими частицами и быстро осциллирующим волновым излучением. Молекулы не в состоянии долго выносить такое жестокое обращение. В конце концов они одна за другой распадаются на составляющие их атомы. Некоторые молекулы, как, например, гидроксильный радикал ОН, связаны друг с другом сильнее чем другие и могут еще долго существовать после того, как их компаньоны уже исчезли со сцены. Но и они в конце концов оказываются разбитыми, оставляя после себя лишь отдельные атомы с их электронами, быстро скачущими туда и обратно между различными возбужденными уровнями, так как все атомы перехватывают энергию у налетающих на них электронов или ионов и испускают ее в форме квантов излучения.

Некоторые атомы, как водород или гелий, держатся за свои электроны так крепко, что только сильнейшие столкновения или мощные импульсы энергии способны заставить электрон подняться с его самой нижней орбиты на одну из более высоких. У других атомов, как, например, натрия, внешние электроны прикреплены очень слабо, и поэтому гораздо более вежливой встречи или слабого импульса достаточно для их возбуждения.

По мере того как газ становится еще горячее, ярость столкновений и испускание высокочастотного излучения все возрастают. Электроны в атомах теперь подвергаются столь сильному натиску, что один или несколько их могут оказаться полностью оторванными от родительского ядра, т. е. атом становится ионизованным. В общем атомы металлов — натрия, железа и др. — ионизуются гораздо легче атомов легких газов — водорода, гелия, кислорода и азота. Относительные количества энергии, необходимые для ионизации ряда более распространенных элементов, приведены в приложении VI. Заметьте, что гелий почти вдвое труднее ионизовать, чем водород, который, в свои очередь, скреплен вдвое крепче кальция. Это означает, что кальций, водород и гелий будут отпускать свои электроны последовательно при все более высоких температурах. Следует также заметить, что атомы, которые легко ионизуются, возбуждаются тоже легче, чем атомы, которые ионизовать труднее.

До сих пор при описании влияния звездного климата на поведение атомов мы ни разу не упомянули давление или плотность. Раз уж атом ионизован, значит, он приобрел положительный заряд и сделает все возможное для приобретения электронов, чтобы нейтрализовать этот заряд. Повезет или не повезет ионизованному атому в его поисках, будет зависеть от числа электронов в ближайших его окрестностях или, иными словами, от электронной плотности. Поэтому вероятность излучения атомом в ионизованном состоянии будет больше, когда эта плотность низкая, а для нейтрального атома, — когда эта плотность высокая.

Картина, которую мы сейчас нарисовали, впервые была обоснована количественно индийским физиком Мег Лад Саха в 1920 г.

Саха не только показал, что высокая температура и низкая плотность благоприятствуют ионизации, но он сумел точно вычислить, какая доля атомов данного вида будет ионизована при определенных температуре и давлении. Его открытие можно обобщить формулой

число ионизованных атомов               К

число нейтральных атомов число электронов '

где К зависит от сорта атомов и температуры. Степень ионизации любого атома зависит, таким образом, от температуры и обратно пропорциональна числу свободных электронов. Формулой типа формулы Саха можно также воспользоваться для вычисления степени разрушения молекул на атомы, если известна температура. Вместо числа нейтральных атомов надо подставить число молекул, а число ионов и электронов заменить числами двух атомных составляющих, на которые распадается молекула (см. гл. 5). Рассмотрение формулы ионизации в деталях и ее применение даны в приложении VI. 

<< | >>
Источник: А. Аллер. АТОМЫ, ЗВЕЗДЫ И ТУМАННОСТИ. 1976

Еще по теме ТЕМПЕРАТУРА, ИЗЛУЧЕНИЕ И АТОМЫ:

  1. ИОНИЗИРУЮЩЕЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
  2. Влияние ионизирующего излучения на организм
  3. 19.1. Основные характеристики ионизирующих излучений
  4. Первичная атмосфера Земли и возникновение жизни
  5. Вещества, вызывающие глобальные изменения окружающей среды
  6. СЛОЖНЫЕ АТОМЫ
  7. СВЯЗЬ МЕЖДУ ТЕМПЕРАТУРОЙ И СПЕКТРОМ ЗВЕЗДЫ
  8. ТЕМПЕРАТУРА, ИЗЛУЧЕНИЕ И АТОМЫ
  9. СМЫСЛ СПЕКТРАЛЬНОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ
  10. ШИРИНА СПЕКТРАЛЬНЫХ ЛИНИЙ
  11. КАК ОБРАЗУЮТСЯ ЛИНИИ ПОГЛОЩЕНИЯ
  12. ЧИСЛО ПОГЛОЩАЮЩИХ АТОМОВ
  13. НЕКОТОРЫЕ ПРОБЛЕМЫ, СВЯЗАННЫЕ С ПЛАНЕТАРНЫМИ ТУМАННОСТЯМИ
  14. Возникновение более тяжелых элементов