Вызовет ли электромагнитное излучение с единственной частотой в видимом диапазоне длин волн, равной 3 микрометра

Солнечный_Наркоман

52

Для ответа на этот вопрос нам необходимо понять, как происходит взаимодействие электромагнитного излучения с молекулами.

Молекулы состоят из атомов, которые могут испытывать вращательные и колебательные движения. Вращательное движение связано с вращением молекулы вокруг своей оси, а колебательное движение - с изменением расстояния между атомами в молекуле.

Электромагнитное излучение, такое как свет, представляет собой электромагнитные волны различных длин волн. Когда эти волны попадают на молекулу, они могут взаимодействовать с вращательными и колебательными уровнями вещества.

Основное состояние молекулы обозначают как \(v = 0\) для колебательного и \(J = 0\) для вращательного уровня, где \(v\) - квантовое число колебательного уровня, а \(J\) - квантовое число вращательного уровня.

Частота колебаний молекулы в основном состоянии обозначается как \(\nu_0\), а частота вращательных переходов как \(\nu_{rot}\).

Теперь давайте рассмотрим конкретный случай данной задачи. Длина волны электромагнитного излучения равна 3 микрометра, что соответствует визуальному диапазону (фиолетовому, синему, зеленому, желтому, оранжевому и красному свету). Частоту \(f\) можно рассчитать, используя формулу скорости света \(c\) и длины волны \(\lambda\):

\[ f = \frac{c}{\lambda} \]

где \( c = 3 \times 10^8 \) м/с - скорость света в вакууме.

\[ f = \frac{3 \times 10^8 \, \text{м/с}}{3 \times 10^{-6} \, \text{м}} = 10^14 \, \text{Гц} \]

Проверим, выходит ли данная частота вращательных и колебательных переходов молекулы в ее основном состоянии.

Частота вращательных переходов (\(\nu_{rot}\)) обычно находится в диапазоне от \(10^9\) до \(10^{13}\) Гц. В данном случае, так как данная частота излучения визуального диапазона гораздо больше, чем частота вращательных переходов, то излучение не вызовет возбуждения вращательных уровней молекулы.

Частота колебательных переходов (\(\nu_0\)) обычно находится в диапазоне от \(10^{12}\) до \(10^{14}\) Гц. В данном случае, частота излучения также находится в этом диапазоне (равна \(10^{14}\) Гц), следовательно, возбуждение колебательных уровней молекулы может произойти.

Таким образом, электромагнитное излучение с единственной частотой в видимом диапазоне длин волн, равной 3 микрометра, вызовет возбуждение колебательных, но не вращательных уровней молекулы hf в ее основном состоянии.