Потенціали збудження та іонізації атомів - Конспект, раздел Образование, З дисципліни Астрофізика
Розглянемо Основні Закономірності Поведінки Газів У Зоряних А...
Розглянемо основні закономірності поведінки газів у зоряних атмосферах та міжзоряному газові поблизу гарячих зірок, випромінювання яких іонізує оточуючий їх газ. Основною речовиною в цих середовищах є водень. Вивчення вказаних процесів важливе тому, що міжзоряний газ є тією субстанцією, з якої формуються зірки, й їх дослідження немислиме без знання процесів у газі, що випромінює. Потенціал збудження для водню
ℇnm = 13,56 (1/n2 - 1/m2) (eВ) (2.1)
або
1/λ=(1/n2 - 1/m2)1/912Å.
Потенціал збудження через потенціали іонізації: ℇnm= χm – χn
Для водню з K - шару :
χ1=13,56 еВ
В астрофізиці нейтральний атом позначається символом І, однократно іонізований – ІІ, тощо. Приклади: НІ – нейтральний водень; НІІ – іонізований водень.
2.2. Іонізаційна рівновага. Формула Саха. Рекомбінація в газі (плазмі)
При рекомбінації в іонізованому газі термодинамічна рівновага пов’язана з іонізаційною – розподілом іонів плазми за зарядами. Вона визначається динамічною рівновагою іонізації й рекомбінації та залежить від T, r, інтенсивності зовнішнього опромінення тощо. При великих r й низьких T середовища домінує безвипромінювальна (трьохчасткова) рекомбінація:
Xz+1+2e ®Xz+e (2.2)
де Xz – позначення іона елемента X; z – на одиницю перевищує заряд іона.
Рекомбінація (2.2) йде в щільному міжзоряному газі при осіданні електронів на високі рівні (n≳100). При низьких густинах переважає випромінювальна (двочасткова) рекомбінація (див. нижче).
Іонізація, що породжує двох- та трьохчасткову рекомбінацію, є ударною, якщо немає зовнішнього опромінення газу:
Xz+ e ®Xz+1+2e (2.3)
При високих r без зовнішнього опромінення іонізаційна рівновага зумовлена рівновагою процесів (2.2) й (2.3), що означає локальну термодинамічну рівновагу (ЛТР). При ній кількість переходів n⇄m однакова за 1с, й відношення концентрацій іонів визначається температурою Т і концентрацією електронів Ne.
Це відношення в стані ЛТР визначає ступінь іонізації і дається формулою Саха:
(2.4)
де Uz,Uz+1 – статистичні ваги іонів з z та z+1 з даною енергією En (кратність виродження рівня);
m – маса електрона;
Xn – потенціал іонізації для іона Xz з основного стану за схемою (2.3).
Звичайно
~ 1
При z = І (2.4) дає відношення концентрацій нейтральних атомів X1=XI та перших іонів X2=XII
(2.5)
Те саме через електронний тиск:
(2.6)
Для водню при іонізації (2.5) дає:
(2.7)
де Ne = N+ для водню. Для сонячної атмосфери при T =5700К і повному числі атомів в 1 см3
N=Nн+N+=1016см-3
виходить N+=0,0004N, тобто водень практично не іонізований. В більш високих шарах атмосфери при T ~ 6000К й N = 1011см-3 ступінь іонізації N+/N = 0,2
Для практичних обчислень (2.6) приводиться до вигляду
(2.8)
де U1та U0 – статистичні ваги перших іонів та нейтральних атомів, а χ дається в еВ.
При низьких r термодинамічна рівновага порушується. Нижче корональної межі густини, яка реалізується в сонячній короні, розподіли Больцмана й Саха вже не мають місця (при Ne ~ 108 – 109 см-3). Частотою (2.2) при такій Ne можна знехтувати. Іонізаційна рівновага визначається рівновагою процесів (2.3) й двочасткової рекомбінації – радіаційної або діелектронної. На відміну від (2.2) та (2.3) це процеси різної природи, тому умови далекі від термодинамічної рівноваги.
Схема двочасткової радіаційної рекомбінації:
Xz+1+e® Xz+γ (2.9)
тобто надлишок енергії вільного електрона уноситься γ - фотоном
(2.10)
де χn – енергія зв’язку електрона в атомі для того рівня, на який рекомбінує електрон. Випромінення має неперервний спектр. Збуджені атоми при подальших каскадних переходах на нижчі рівні дають емісійний лінійчатий спектр. Так формується випромінення в зонах HII – світлих туманностях навколо гарячих зірок. Такі об’єкти поширені в місцях зореутворення, в скупченнях міжзоряного газу, в рукавах спіральних галактик. Близько від нас знаходиться Велика Туманність Оріона – саме такий об’єкт. До того ж – знамениті Стожари, та й інші розсіяні зоряні скупчення. Унікальними, вражаючими своїми гігантськими розмірами та потужністю випромінювання є зони НІІ в малих неправильних галактиках типу Магеланових хмар – супутників нашої Галактики.
Діелектронна рекомбінація – захоплення електрона іоном без випромінювання на збуджений рівень, з збудженням одного з електронів іона. Одержаний іон (атом) переходить в звичайний збуджений стан, випромінюючи фотон:
(2.11)
Рекомбінація (2.11) неможлива для водню. Вона відбувається в короні - самій зовнішній частині сонячної атмосфери. Для гелію при Т = 3·105К імовірність (2.11) в 100 разів вища, ніж (2.9).
Дніпродзержинський державний технічний університет... КОНСПЕКТ ЛЕКЦІЙ З дисципліни Астрофізика...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Потенціали збудження та іонізації атомів
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
З дисципліни Астрофізика
Для студентів спеціальності 6.070102 (фізика твердого тіла)
Затверджено редакційно-видавничою
секцією науково-методичної ради ДДТУ
протоко
Астрофізика як наука та предмет її досліджень
Астрофізика вивчає будову, фізичні властивості космічних об’єктів та явища, що відбуваються у світовому просторі. Предметом досліджень астрофізики є область Всесвіту
Видима зоряна величина.
Астрофотометрія досліджує блиск небесних світил, тобто освітленість Е – світловий потік, що падає на одиницю поверхні, нормальної до променів. Інтенсивність
I = E
Показник кольору
Різниця блиску зірки в різних ділянках спектра називається показником кольору:
Світність та абсолютна зоряна величина. Модуль відстані
Абсолютна зоряна величина характеризує світність зірки і являє собою видиму величину, яку мала б зірка на відстані 10 парсек. Один парсек – відстань, з якої радіус земної орбіти вид
Часові масштаби релаксаційних процесів
За час релаксації параметр системи зменшується у е=2,72 рази, тобто система наближається до рівноважного стану. Релаксаційними є процеси рекомбінації та переходів з вищих рів
Заборонені лінії
Це лінії, заборонені правилами вибору. Оскільки спін протона , то повний момент атома
Розподіли Больцмана та Максвелла
В класичній фізиці розподіл частинок ідеального газу по енергетичним рівням в умовах термодинамічної рівноваги описується функцією Больцмана:
Ефект Доплера
Ефект Доплера має виключно важливе значення в астрофізиці, тому що дозволяє по зміщенню та уширенню ліній визначати променеві швидкості об’єктів, швидкості руху газових хмар, рукаві
Рівняння переносу
Первісні γ-кванти, що виникають при ядерних реакціях в надрах зірок ( λ~ 0,001Å,
Коефіцієнт поглинання
При тепловому випромінюванні (поглинанні) відбуваються такі переходи електрона:
1) зв’язано-зв’язані; 2) зв’язано-вільні; 3) вільно-вільні. При першому з них (ν
Бальмерівський стрибок
По відомому α при даній Теф можна обчислити інтенсивність випромінювання, що виходить на поверхню зірки. Максимальним α стає за межею
Матеріальна єдність світу
Вивчення спектральних ліній зоряних атмосфер дозволяє оцінити загальну кількість поглинаючих атомів даного елемента, що знаходиться в певному енергетичному стані і межах визначеного
Спектральна класифікація зірок та її фізичні основи
Спектр випромінювання зірок – суцільний, з темними лініями поглинання (в зоряних атмосферах) та іноді – з яскравими емісійними лініями, що виникають у верхніх шарах зірок. Вид спект
Ефекти обертання та турбулентності
Розбіжність в спектрах зірок одного класу пов'язана також з різними швидкостями їх обертання навколо осі, а також з міцними турбулентними рухами в зоряних атмосферах. За рахунок ефе
Загальна характеристика нетеплового випромінювання
Нетеплове випромінювання генерується в нерівноважних умовах, коли розподіл електронів по швидкостям не є максвеловським. Спостереженнями в радіодіапазоні встановлено, що значна част
Синхротронне випромінювання
Нетеплове випромінювання, що генерується релятивістськими зарядженими частинками в зовнішніх магнітних полях, знайдене в синхротронах і тому назване синхротронним. Електрон рухаєтьс
Розсіювання плазмових хвиль на релятивістських електронах
В умовах космосу в плазмі можливі повздовжні та поперечні плазмові хвилі. Заряд в плазмі нейтралізується зарядами протилежного знаку за межами сфери радіуса D (дебаївський ра
Прояви сонячної активності, що спостерігаються
Фотосфера виглядає як кипляча поверхня із світлих гранул на темному фоні, діаметром ~700 км з температурою, більшою на 400 К від темних проміжків. Гранули – не виверження газів дого
Радіо – та рентгенівське Сонце
В цих діапазонах Сонце – слабке джерело. Є чимало об'єктів (радіопульсари, залишки вибухів зірок, радіогалактики, релятивістські зірки тощо), які в них мають ту ж потужність, незва
Гідростатична рівновага Сонця
В газовій кулі масою m радіусом R виділимо на відстані r1 від центра стовпчик газу висотою
Динаміка зовнішніх шарів Сонця
Визначимо умову, при якій порушується променева рівновага й виникає конвекція. Нехай конвективний елемент газу в нижній фотосфері був адіабатно зміщений догори на
Теорія сонячних спалахів
Кількісно ця теорія ще не розроблена внаслідок великої складності процесів, що протік
Утворення протуберанців
Протуберанці – це утворені потоками газу викиди речовини з підвищеною густиною й пониженою температурою, що виходять в корону. Спокійний протуберанець (h = 15–100 тис. км,
Джерела енергії Сонця
Джерелами енергії Сонця та зірок можуть бути гравітаційне стискання (див. розділ 6.6) та термоядерні реакції. Гравітаційна потенційна енергія:
Діаграма колір – світність.
Незалежно Е. Герцшпрунг та Г.Реесел на початку XX ст. встановили емпіричну залежність між світністю зірок та їх кольором (спектральним класом). На діаграмі К–С зірки у
Залежність маса-світність
Маса – найважливіша, але й найскладніша для визначення характеристика зірки. Надійного засобу визначення маси одиноких зірок взагалі не існує. Однак чимало зірок є подвійними, тобто
Залежність маса-світність
Маса – найважливіша, але й найскладніша для визначення характеристика зірки. Надійного засобу визначення маси одиноких зірок взагалі не існує. Однак чимало зірок є подвійними, тобто
Модель білих карликів
Перший з білих карликів було відкрито в подвійній системі Сіріуса (Bеликого Пса): нав
Еволюція зірок
Зірки утворюються шляхом гравітаційної конденсації в газопилових комплексах (зони НІ з
Пульсуючі фізично змінні зірки.
Це зірки, що виконують коливання за рахунок енергії, що вивільняється в надрах, причому промениста енергія переходить в механічну. Овновні типи:
1. Довгоперіодичні цефеїди
Вибухи наднових зірок.
На пізніх стадіях еволюції масивні зірки вибухають, і їх світність збільшується неймовірно. Зірка, зовсім невидима на фото до спалаху, раптово з'являється. Тому їх і нарекли досить
Пульсари. Нейтронні зірки.
В 1967р. відкриті джерела короткоперіодичного радіовипромінювання, названі пульсарами (
Чорні дірки.
При навіть тиск виродженого нейтронного газу не здатний зупинити гравітаційне стиска
ЛІТЕРАТУРА
1. Д.Я.Мартынов. Курс общей астрофизики. - М.: Наука, 1971. - 616с.
2. Физика космоса. Под ред.Р.А.Сюняева. - М.:Сов.энциклопедия, 1986. - 783 с.
3. И.В.Савельев. Курс общей физик
Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
визначається температурою Т і концентрацією електронів Ne.
(2.4)
~ 1
(2.5)
(2.6)
(2.7)
(2.8)
(2.10)
(2.11)
Новости и инфо для студентов