Почему не 5000 кельвинов

[HochReiter]

Остался нераскрытым вопрос, почему спектр железа в дуге линейчатый, а того же железа, льющегося из домны - сплошной. А главное - почему, как утверждает Дмитрий М, "Люминофоры априори имеют линейчатый спектр (поскольку кванты получаются от перехода с уровня на уровень возбужденных атомов)"

[Eddy_Em]

А ничего, что в домене железо холодное - пара тысяч Кельвин всего, а в дуге - горячее, десятки тысяч Кельвин!?

[HochReiter]

Не десятки, меньше: "При горении дугового разряда при атмосферном давлении формируется плотная низкотемпературная плазма, температура которой зависит от материала электродов. Для угольных электродов она достигает 7000 К, для медных и железных электродов –5300 К," (из пособия "Эмиссионный анализ твёрдых и порошкообразных образцов на СЛ-13". Солнце с его сплошным спектром горячее. Пламя бытовой газовой плиты - пара тысяч, не больше, а от медной проволоки зеленеет. Люминофор белого светодиода ещё холоднее.

[Eddy_Em]

Если б там не было участков с температурой в сотни тысяч Кельвин, то и рентгеновского излучения дуга не давала бы. Да даже для жестого УФ, от которого кожа обгорает, если не защитить, нужно минимум тысяч 15.
5000К — это температура той "лужицы", что в шве образуется. Она и дает континуум. А к нему добавляется излучение дуги. Там температуры более высокие, так что вместо чернотельного излучения появляется эмиссионный спектр.

[Дмитрий М]

HochReiter писал(а):

Остался нераскрытым вопрос, почему спектр железа в дуге линейчатый, а того же железа, льющегося из домны - сплошной. А главное - почему, как утверждает Дмитрий М, "Люминофоры априори имеют линейчатый спектр (поскольку кванты получаются от перехода с уровня на уровень возбужденных атомов)"

В дуге есть явление возбуждения ионов от соударения, это дискретный процесс. Если просто раскалить железо (а не возбуждать его ионы), то оно будет излучать по Стефану-Больцману.
По люминофорам приведу цитату:
Принцип действия люминофоров заключается в следующем:
Происходит поглощение световой энергии, на уровне активатора
сопровождающееся переходом электрона с основного уровня активатора на
возбужденный, а излучение света происходит при обратном перемещении
электрона. Возникает явление флуоресценции.
Электроны, вырванные возбуждающим светом, могут перейти в зону проводимости
и локализоваться на ловушках. Освободиться из ловушек электроны могут лишь в
том случае, если им сообщить необходимое количество энергии. При этом
электроны либо переходят в зону, либо будут повторно захвачены ловушками. В
этом случае возникает явление фосфоресценции (длительное свечение)[3].
При поглощении света на уровне основного вещества электроны переходят в зону
проводимости из валентной зоны. В валентной зоне образуются дырки, которые
переходят и могут локализоваться в зоне активатора. Помимо образования
электронно-дырочных пар, в решетке могут образоваться экситоны (квазичастицы,
представляющие собой электронное возбуждение в кристалле), которые способны
ионизировать центры свечения. Возникает явление люминесценции[

[HochReiter]

Не буду спорить с тем, что в дуге не бывает участков с температурой с сотни тысяч кельвин: нигде и никогда об этом не читал, а потому лень. Температура железной лужицы - не более 3100К - температура кипения. В пламени кухонной газовой плиты таких температур явно нет, а пламя, если внести в него соду - оранжевое, если медный купорос - зелёное и т. д., с линейчатым спектром. Процитирую статью для готовящихся к ЕГЭ:

"Непрерывным спектром обладает не только солнечный свет, но и, например, свет электрической лампочки. Вообще, оказывается, что любые твёрдые и жидкие тела (а также весьма плотные газы), нагретые до высокой температуры, дают излучение с непрерывным спектром.
Ситуация качественно меняется, когда мы наблюдаем свечение разреженных газов. Спектр перестаёт быть непрерывным: в нём появляются разрывы, увеличивающиеся по мере разрежения газа. В предельном случае чрезвычайно разреженного атомарного газа спектр становится линейчатым — состоящим из отдельных достаточно тонких линий"

Из Вики: "Механизмы уширения линий, которые обусловлены влиянием посторонних частиц, называются эффектами давления, так как при увеличении давления увеличивается и влияние этих частиц".

В статье о люминофорах упоминаются не только уровни, но и зоны, а спектр белого светодиода наводит на мысль о ширине этих зон. Не видно в нём никаких линий.

[Eddy_Em]

Да, понятное дело: очень важно, чтобы излучающее вещество было более-менее газообразным. В жидкости такой ионизации не получится.

[HochReiter]

Возвращаясь к люминофорам: они все твёрдые, все холодные, а спектр у них бывает всякий.

[Eddy_Em]

Советую учебник по физике почитать!

[HochReiter]

В каком учебнике почитать про участки в электрической дуге с температурой в сотни тысяч?

[Eddy_Em]

HochReiter, ну элементарная же атомная физика! При каких температурах что с атомами металла происходит. Когда они имеют металлическую связь, когда начинают терять ее, превращаясь в расплав, когда испаряются, а когда превращаются в частично или полностью ионизированную плазму.
И в зависимости от электронной конфигурации будем иметь разные спектры. Пока атом в металле, валентные электроны обобщены и представляют собой эдакий электронный газ. При нагреве их энергия меняется почти непрерывно, поэтому когда они взаимодействуют с атомами, испускают тот самый континуум. В плазме же все зависит от температуры: в низкотемпературной свободные электроны имеют почти околонулевую энергию, поэтому, будучи захваченными металлами, они и дают резкий линейчатый спектр: в зависимости от того, на какой энергетический уровень попадут (и могут быть каскадные переходы с возбужденных и метастабильных уровней на стабильные). В высокотемпературной плазме рекомбинационное излучение уже имеет практически сплошной спектр, но только там уже максимум в рентгене или даже гамма-диапазоне.
Что до люминофоров, то физика их свечения вообще другая: в них электроны поглощают энергетичный квант (УФ, рентген, гамма) и переходят на возбужденный уровень, а затем каскадно спускаются на стабильный, переизлучая в наборе линий, которые из-за теплового взаимодействия атомов сливаются в практически сплошные полосы. Таким способом и получают "белый" свет от светодиодов: УФ-светодиод возбуждает набор люминофоров (чаще всего берется всего два люминофора, но иногда и три или даже четыре), и тот переизлучает свет, который глазу напоминает сплошной "белый".

Про рентгеновское излучение в сварочной дуге я, конечно, прогнал: ведь для этого напряжение пришлось бы с 40-60В поднять до десятков, а то и сотен кВ (т.к. рентген начинается с примерно 10кэВ). Там основное излучение - "мягкий" и "жесткий" УФ. А на, скажем, напряжении 50В предельная энергия будет - в районе 50эВ, т.е. 8·10¹⁸Дж, а это 1.2·10¹⁶Гц, т.е. примерно 25нм - очень жесткий УФ (условно мягкий рентген начинается на 10нм).

[HochReiter]

Две цитаты:
1) Там (в дуге) температуры более высокие, так что вместо чернотельного излучения появляется эмиссионный спектр.
2а) в низкотемпературной свободные электроны имеют почти околонулевую энергию, поэтому, будучи захваченными металлами, они и дают резкий линейчатый спектр:
2б) В высокотемпературной плазме рекомбинационное излучение уже имеет практически сплошной спектр,

Но мне хотелось бы ссылку на учебник с фразой "в отдельных участках сварочной дуги температура достигает сотен тысяч кельвин". Хотя бы "десятков тысяч".

[Eddy_Em]

Я ж в предыдущем сообщении все написал.
Кстати, интересно, что т.к. одному эВ соответствует примерно 11.5кК, то самый хвост в сварочной дуге на 40В теоретически имел бы температуру почти в полмиллиона К!
На деле, понятное дело, дуга образуется плазмой, а не потоком гольных электронов, так что температура там намного ниже.

[Hand-Maker]

Даже если взглянуть еще попроще: в дуге излучает не только железо, но составляющие атмосферы, а еще и вся та хрень, которая в обмазке электродов. И всё это, находясь в газо-плазменном состоянии излучает кучу узких пиков. Энергия излучения в этих пиках на порядки выше, чем излучение от расплава. По этому и видим линейчатый спектр