Lühiekskurss elektrostaatikasse Jõud, mis mõjub üksteise suhtes seisvate (staatiliste) elektriliste laengute q ja Q

Transcript

1 6. AATOMIT HITUS Ain koosnb aatomitst, s on inimkonna tähtsaim avastus (R. Fynman) 6.1. Obitaalmudl ja sll vastuolud Aatom on simsl pilgul väga sanan pisiksl Päikssüstmil. Midugi on gavitatsioonijõud lktoni ja pootoni väikst massid tõttu kaduvväiksd ja nd võib avstamata jätta. Kuid aatom koosnb positiivslt latud tuumast ja ngatiivslt latud lktonidst tuuma ümb. Slliss süstmis tkib lktoni ja tuuma langut Lühikskuss lktostaatikass Jõud, mis mõjub ükstis suhts sisvat (staatilist) lktilist langut q ja Q vahl avaldub Coulombi (Pantsus füüsik ( )) sadusga: Positiivn ühmägilist langut jaoks). F qq = (NB! k Languid mõõdtaks kulonits, C, ja jõudu N. Kulon on väga suu ühik, mis vastab ~ lktoni langul. Üh lktoni lang on C. Konstant k määab sos kasutatav ühikut süstmiga: k = Nm /C. Ühikulisl langul mõjuvat jõudu langu Q poolt põhjustatud lktiväljas nimtataks lktivälja tugvusks (ühik N/C=V/m=J/Cm) (panm tähl analoogiat gavitatsioonivälja tugvusga, N/kg): F = = k q F = q Q Kah punktlangu potntsiaaln ngia: p qq = k, mill füüsikalin sisu on jägmin: töö, mida pab tgma t nihutada lang q lanu Q suhts lõpmatusst kaugusl. Ühik J. Töö, mida thaks ühikulis positiivs langu q nihutamisl langu Q väljas lõpmatusst antud välja punkti nimtataks sll välja potntsiaaliks: V p = = q k Q lktivälja potntsiaali (ühikulis langu potntsiaalst ngiat, J/C) ja ka potntsiaalid vaht mõõdtaks taditsioonilislt voltids (Itaalia tadlas Volta nimst): V=J/C. lktivälja kah punkti potntsiaalid vah on üks V kui langu üks C viimisl ühst punktist tis thaks tööd üks J. Üh lktoni viimisl läbi potntsiaalid vah üks volt thaks tööd üks lktonvolt. ngtilislt on siis lktonvolt dzaulist niisama palju kodi väiksm kui lktoni lang on väiksm kulonist, sga 1 V = J. Langut jäävus sadus: Isolitud süstmids on langut algbalin summa jääv. Igasugust jäävussadust ainuk tõstus on vastavus kspimndiga igas olukoas.

2 vahl tugv tõmbjõud F Z ( ) = k (Z on pootonit av tuumas). Nii jõutigi lmis sajandi alguss üsna populaas aatomi obitaalmudlini (nimtataks ka plantaamudliks). Konktslt kasvas s mudl välja Ruthfodi labois thtud hajumiskatstst (1911), mills avastati, t aatomi põhimass on koondunud väiksss tuuma: (aatom)/(tuum)=10-10 /10-15 =10 5. Võldav suhtga jalgpalliväljak/nööpnõlapa. Tasakaalutingimusks on nüüd lktilist tõmbjõudud võdumin obiidil liikumisl avalduva ksktõmbjõuga. Näitks vsiniku aatomi puhul, mills positiivn (pooton) ja ngatiivn (lkton) lang on võdsd, mõlmad väätusga, avaldub tasakaalutingimus jägmislt: Y Axis Titl mv k = lktoni kintilis ngia kaudu avaldads saam: TÕUKUV TÕMBUV 0,00 0,05 0,10 X Axis Titl k = mv k = Näm, t ümb tuuma tiilva lktoni kintilin ngia kasvab kui lkton lähnb tuumal (st, kui kahanb). Tist sõnadga, lktoni tiilmis joonkiius on sda suum, mida lähmal tuumal ta tiilb. Vaatam nüüd, kuidas käitub lktoni potntsiaaln ngia, mis, nagu m juba k tam, avaldub kui p =. Näm, t potntsiaaln ngia, vastupidi, kahanb lktoni tuumal lähnds. Küsim nüüd sama summaas kogungia kohta: kogu k p kogu = k k k + p = k + =. lktoni kogungia omab stabiilsl (sotud) obiidil ngatiivst väätust. Sga potntsiaals ngiaga sama mäki. Avulislt on kogungia võdn täpslt ½ tma potntsiaalsst ngiast. Kintilin ngia on absoluutväätuslt samuti võdn 1/ potntsiaalsst ngiast, kuid on muidugi positiivn nagu alati. Samasugusd sosd potntsiaals, kintilis ja kogungia suhts khtivad ka gavitatsiooniväljads. Põhjusks on

3 potntsiaali hüpbooln uumilin sõltuvus (viiaalitom). Jäldusi (i) Alustads liikumist lõpmatusst on lktoni kogungia 0. Kõik s ngia ksistis potntsiaals ngia vomis. lktoni tuumal lähnds potntsiaaln ngia hv vähnb vastavalt valmil k =. Kuna ngia Kui lkton lähnb tuumal, siis tma potntsiaaln ngia muutub kintilisks. Kui ngiat äa i anta, siis kintilin ngia muutub uusti potntsiaalsks ja lkton kaugnb tuumast uusti. Kui aga osa ngiast aldub, näitks valguskvandina hv, siis lkton jääb tiilma tuumal lähmal. p kuhugi kaduda i saa (vaatlus all on vaid kaks kha: lkton ja tuum), siis pab üljäänud ngia muunduma lktoni liikumis kintilisks ngiaks. Vastavalt slll pab tuumal lähnds lktoni liikumin pidvalt kiinma. Kui tkkinud kintilist ngiat vahpal kuhugi äa i anta, muutub s tuumast vastaspool liikuds jällgi potntsiaalsks ngiaks kuni lkton maldb tuumast jäll sialgsl kaugusl. Sama toimub ka makokosmoss, näitks Päikssüstmi ag-ajalt külastavat komtid puhul. Ainus võimalus väiksma aadiusga obiidil tiilma jääda olks ngiat kuidagi äa ands (vt joonist). Aatomits on sllks mitmid võimalusi, nt valguskvanti kiiats või soojust aldads (so muundads osa ngiat aatomi tanslatoos (kulgva) liikumis kintilisks ngiaks). (ii) Sotud sisundis on tiilva kha (sh lktoni) kogungia alati ngatiivn. Kha olks nagu potntsiaaliauku sultud, kust ta ilma lisangiat saamata nam välja i saa. Tsntaalsümmtilis välja potntsiaaliauk on lhtikujulin: 1/. Y Axis Titl sos ,0-0,15-0,10-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,0 X Axis Titl 0 Vaatam sda poblmi ka mõjuvat jõudud sisukohalt. t lida lktonil antud välja kohas () mõjuvat jõudu, tulb välja slls kohas lida välja muutumis kiius välja difntsida: F =. Nagu m nüüd tam, kogungia ja potntsiaaln ngia omavad ühsugust mäki. Späast pol olulin kas m difntsim kogungia või potntsiaals ngia välja. Lihtn on näha, t tõmbuva potntsiaali (mis on ngatiivn) koal on tõus positiivn (kasvab aadius 3

4 suunds) ja sga lktonil mõjuv jõud on alati tuuma pool tsntiss suunatud. S jõud hoiabki lktoni kinni ga las tda ändama minna. Samuti Maa nt Kuud. Tõukuva potntsiaali koal, mis sinb ühmägilist langut koal (näitks kaks lktoni või pootonit), on olukod vastupidin. Tõus on ngatiivn ja jõud mõjub kaugus suunmis suunas. Tulmusks on mittsotud/tõukuv sisund. Niisamuti saab sltada golfipalli vmist muunõlvadl. Golfipall allub muidugi Maa tsntaalsümmtilis gavitatsioonivälja mõjul. Mõlmad vaadldud juhud saab kokku võtta jägmislt: Gavitatsiooni- ja lktiväljads mõjub khal välja potntsiaals ngia kahanmis suunalin jõud. Jõud on sda suum, mida kiimini väli uumis muutub. (iii) Tuumaga juba stabiilslt sotud lktoni uusti vabastamisks (tma tagasiviimisks lõpmatuss) pab tall sll sialgu aldunud ngia sosngia jäll juud andma. (iv) Obitaalmudl on muidugi tgliku aatomi jäm mudl (vt daspidi), kuid aitab kvalitatiivslt mõista aint sisngia. kmilis ngia olmust. Aind, mill molkulids lktonid tiilvad tuumadst kaugmal, on ngiaikkamad ja võivad sda vabastada, kui kmilis aktsiooni tulmusna toimuvad muutusd, mill tulmusna lktonid asuvad tuumadl lähmal. Igasugusts kmilists potsssids vabanb ngiat kui langud astuvad ümb liikuds lktilist jõudud suunas. Nd potsssid toimuvad spontaanslt, sst ngia sjuus vähnb. ngiat aga nldub kui langud liiguvad vastu lktilisi jõudusid. Bioloogilist potsssid ngtika põhinb samadl alustl. Taimd fotosüntsis tõsttaks lkton valguskvandi abil kõgmal ngianivool, tuumast 4

5 kaugmal obiidil, taimd ja loomad hingamis käigus lktonid aga jäk-jägult lähnvad tuumal, vabastads niimoodi kvandi nldumisga saadud ngia. (v) Obitaalmudli jägi saavad lktonid ümb tuuma tiilda igasugustl kaugustl. Ainuk tingimus on, t mida väiksm aadius, sda suum pab olma tiilmiskiius. Õhutakistus tõttu i saa nt kosmoslavad väga Maa lähdal tiilda. Kui s khtiks ka mikomaailmas, siis võiks ju vabastada väga suui kmilis sisngia kogusid lubads lktonil asuda tuumal väga-väga lähdal (lasts aadius nulli lähdal). Klassikalin füüsika niisugust võimalust i välista, kuid tglikkuss sda i juhtu. Siin tulvad siss kvantmhaanilisd piiangud, mis klassikalis füüsika abil i sltu. Obitaalmudli vastuolud (i) Klassikalis füüsika (Maxwlli lktodünaamika) jägi tkitab kiindusga liikuv, sga ka tuuma ümb tiilv lkton muutuva lktomagntilis välja. Tõpoolst, lkton on pioodilislt kod tuumast pamal, siis jäll vasmal, sga pluss ja miinus vahlduvad nagu tlvisiooni saatantnni vaasts, invus on ainult aatomi üliväik mõõt ja lktoni ülisuu tiilmissagdus. Mältat kuidas m võnkumisi ingjoonl liikuva osaks abil kijldasim? Muutuva lktomagntilis välja kaudu paks lktoni tiilmisngia välja kiiguma ja sjuus väga kiisti, kõigst ~10-9 s jooksul. Sda kiigust muid nimtataks sünkotonkiigusks. Kaotads ngiat paks lkton tasapisi tuumal lähnma ja lõpuks tuumal kukkuma, sanaslt õhutakistus tõttu ngiat kaotava sputnikuga. lmntaalangut kandv osak kiigab oma t (aadius R) iga mtil ngia: ( MV / m) = ( ). lktoni invus näitks pootonist on siit slglt näha. R m0c Pooton kaotab ngiat ~(000) 4 koda aglasmalt. Vlgi askmat latud osakst puhul on s kadu paagu olmatu. Tglikkuss sda õnnks i toimu, aatomid on stabiilsd ja tavalislt i kiiga ngiat. Slls sisnbki klassikalis mhhaanika põhivastuolu tglikkusga. Sda vastuolu i saanud olmasolvat mudlit aams sltada, s tuli lihtsalt tadmisks võtta ja postulida, t tatud kindlat ngiaväätust puhul on lktonid obiidid aatomis stabiilsd ja ngiat i kiigu (näitks võiks tt kujutada, t tatud sagdus koal tkib sonants, mill juus väljakiigunud ngia otskoh slls-samas lktonis jäll nldub). Kas plantaamudli jägi lktoni kiius kasvab või kahanb, kui lkton kulutab kiigamisks ngiat ja tma pöölmisaadius vähnb? (ii) Sama lmndi aatomid on ükstisga istamatult sanasd. Klassikalin mudl sda i lda. lkton võiks tiilda igasugustl kaugustl tuumast. Sga paks ka igasugus suuusga aatomid olmas olma. (iii) Vsiniku aatomi (gaasid) joonspkt. lktivooluga gastatud hõndatud gaasid kiigusspkt (samuti nldumisspkt) i ol pidv nagu plantaamudlist võiks jäldada, vaid koosnb üksikutst spktijoontst (hõndatud gaasids kiigavad ükstist väh mõjutavad üksikaatomid). Kuumutatud tahkist spktid on tõpoolst pidvad, kuid sllst daspidi. 5

6 6.. Bohi aatomimudl Püüds lahndada obitaalmudli vastuolusid postulis taanlan Nils Boh (1913), t lktoni tiilmisl ümb tuuma lktomagntilist laint (=valgust) i kiigu, kui lkton tiilb obiitidl milll potntsiaaln ngia on täisavkodn tiilmissagdusl vastavast kvandi ngiast p = nhν. (6.1.) Kintilin ngia oli mältatavasti positiivn ja avulislt võdn poolga potntsiaalsst ngiast: k mv nhν = =, (6..) Nnds valmits kka nüü on lktoni tiilmis sagdus, h on Planck i konstant (6.63x10-34 J s), mis on üks loodus univsaalstst konstantidst. n, mida nimtataks kvantavuks on mingi täisav 1,, 3, 4 jn. Panm tähl, t just valmiga (6.) sidus Boh omavahl klassikalis füüsika sadustga määatud mhaanilis tiilmisngia ja kvantfüüsika sadustga määatud disktsd ngianivood. Tisndam kintilis ngia valmit kasutads sost nukkiius ja joonkiiusks vahl: v ω = πν = (6.3) Siin i tohiks sgi ajada sagdus ja kiius tähistusi, mis kijapildis on sanasd. hk k mv nhν nhω v = = = = nh (6.4) 4 π 4 π mv nh =. (6.5) π Tõsts mõlmad poold uutu saam: mv mv nh =. (6.6) 4 π Tislt poolt, kasutads jõudud tasakaalu tingimusst lktostaatiliss väljas: k = saam (massiga m läbi koutads), t 6

7 Bohi aadiusd vsiniku aatomis koos ülminkutl vastavat spktijoont siat nimtustga. m v k m = (6.7) Kah viimas valmi vasakud poold on võdsd. Pamat poolt võdsustamisl saam avaldada lubatud (kvantisitud) obiitid aadiusd p = n h km 4π. (6.8) Näm, t aadius suunb n uuduga (vt joonist). Nd ongi nn Bohi aadiusd aadiusd milll lkton saab asuda stabiilslt ilma ngiat kiigamata (vastavalt Bohi postulaadil). Avaldam nüüd lktoni kintilis ngia lubatud aadiustl tma massi m ja langu kaudu. Sllks asndam valmiss m v jaoks (6.7). Saam k 4 mv km π km = = = (6.9) n h Samal obiidil vastav potntsiaaln ngia (intgim lõpmatusst kuni -ni) on absolutväätus jägi kaks koda suum 4 = k k 4 km d = π = n h. (6.10) Ja lõpuks kogungia, mis vastab obiidil, mida isloomustab täisav n 4 π km n = k + p = (6.11) n h Sga kogungia võimalikl obiitidl suunb aadius kasvads pöödvõdlislt täisavu n uuduga. Vastavad ngiad suhtuvad nagu: ; ; ; Kõig sügavama ngianivoo (põhinivoo) väätus on vsiniku aatomis V (-13.6x J), nivood jada lktonvoltids olks siis -13.6; -3.4; -1.5; -0.85; -0.54; V. Mäkam, t mida suum on n, sda väiksmaks muutuvad obiitid ngiavahd. Piiil n=lõpmatus kaovad vahd sootuks. Öldaks t olm jõudnud 1 16 ; 1 5 ;

8 ngia kontiinumiss hk pidva ngia piikonda, kus on lubatud igasugusd ngiaväätusd. Vsiniku aatomi kvantisitud ngianivood Mältam, t klassikaliss füüsikas on ngia pidv. Sga väikst kvantavud puhul on ngiad disktsd: kvantfüüsika n=lõpmatus puhul on ngia pidvklassikalin füüsika Tgmist on väga ilusa illustatsiooniga siidpunktist invat totilist ttkujutust mudlit vahl, mill abil m maailma tunntam. Väikst kvantavud hk väikst ngiat piikonnas pol klassikalin mudl nam pädv ja asndub uu, kvantmhaanilis mudliga. Autlm dasi. ngia =0 vastab mittsotud lktonil ja tuumal, mis mõlmad sisavad uumis paigal, s.t. pal potntsiaals ngia on ka nnd kintilin ngia =0. >0 vastab siis sisva tuuma koal (hk tuumaga sotud koodinaatsüstmis) vabal lktonil, milll on tatud kintilin ngia. Sll ngia väätus i ol nam millgagi piiatud, nii nagu s klassikalis füüsika valitsusalas pabki olma. 4 π k m = h n 1 n Võimalik naabobiitid ngiat vah (6.1) lktoni tiilmissagdust vah kahl naabobiidil võdub väljakiiatava (või nlatava) valgus sagdusga kah obiidi vahlisl ülminku (siidl): = hν Y Axis Titl h ,0-0,15-0,10-0,05 0,00 0,05 0,10 0,15 0,0 X Axis Titl 4 π k m 1 = ν 1 = ( h n1 n 1 1 Tads kiigus sagdust saam lida tma lainpikkus: λ c ν =, (6.14) kus c on valgus kiius. Kõik s on kooskõlas ka mi vaasma tsntaalsümmtiliss väljas olva lktoni ngiapildiga (vt joonist)? 8

9 Huvitav olks võlda obiidil n asuva lktoni lainpikkust sll obiidi pikkusga. lktoni kintilin ngia obiidil, milll vastas täisav n oli k 4 π m k mv = = (6.15) nh Avaldads siit kiius v saam v π nh k ja vastava lktoni lainpikkus ldusl, t = (6.16) λ = h h p = mv (6.17) lktoni lain on uus mõist, millst m pol vl ääkinud. Võtam sda sialgu kui hüpotsi, sst lkton on tadagi aintombukn, mis siis, t pisik. Täpslt samuti (st sialgu hüpotsina) võttis asja lktoni lain totilin smaavastaja Louis d Bogligi. Aga m tulm sll küsimus juud vl tagasi. Bohi tultuskäik muidugi ins siintoodust, sst tma töötas oma mudli välja ~10 aastat nn d Boglid. hk Lähm siis vapalt dasi λ nh π = (6.18) m k Saadud lktoni lainpikkust võdlm nüüd Bohi aadiusga n = h n 4π km. Sllks piisab valmi mõlmad pool koutamisst 4 m k π : nλ n h = = n (6.19) π π nλ π = (6.0) Viimass valmis lisasim aadiusl indksi n näitamaks, t tgu on just nimlt täisavul n vastava aadiusga. Valm is aga väidab, t täisavul n vastaval obiidil mahub täpslt n lktoni täislaint, i ohkm ga vähm. S tähndab, t obiidil olva lktoni laind i ol tavalisd uumis lvivad laind, vaid nn. sisulaind, mill asnd (faas) uumis i muutu ajaga. Muutub vaid lain kuju (amplituud). Ka sisulaint juus patum hiljm pikmalt. n 9

10 ( v Pööam tählpanu, t kõgmal obiidil on lktoni kiius väiksm π nh k = ) ja vastavalt tma lainpikkus suum ( λ = h h p = mv ). Obiitid läbimõõdu kii kasvamin (~n ) kui lktoni summaan ngia hakkab nullil lähnma on sga sotud kah asjaoluga: lktoni lainpikkus suunb (~n) ja obiidil paigutatavat laint av, mida tähistab n suunb samuti (~n). H. Käämb. Füüsika XII klassil: Aatom, molkul, kistall. Koolibi 1998 aatomi ngianivood kijldamisks. Bohi hüpots avas t kvant-lain-mhaanikal vaatamata slll, t paagu kõik tma mudli dtailid on hiljm vääaks osutunud. Illustib asjaolu, t ka vää tooia on pam kui tooia puudumin! Bohi puudusd: mudli (i) lkton tglikult i oma obiiti ning i tiil tuuma ümb. (ii) Mudl i võimalda sltada kmilis sidm olmust. Sobib vaid vsiniku (iii) i põhjnda kuidagi, miks obiitid ngia on kvantisitud ja miks obiidil kiindusga liikuv lkton i kiiga ngiat, nii nagu klassikalis lktodünaamika sadusd sda nõuavad lktomagntilis kiigus skaala Aatomi (või ka molkuli) lktoni ngianivood vahlisl siidl kiiataks footon hk lktomagntilis välja kvant, kui ülmink toimub tuumal lähmal ja nlataks kvant kui ülmink toimub tuumast kaugmal. S.html Kvandi ngia on niisama suu kui on vastavat obitaalid ngiat vah. M tam, t valgust kui võnkpotsssi isloomustab võnkumis lainpikkus ja sagdus. Avutam nüüd lktoni kiigus lainpikkus, kui lkton saabub lõpmatu kauglt vsiniku aatomi kõig sügaval ngianivool 10

11 ngiaga V. Slll nivool püsimajäämisks pab ta ngiat äa andma kvandi kiigama. = ν = h J Avulisi andmid ülsannt lahndamisks: ν = c λ = = ν = m = C; h= J s; m = kg; c = m s -1 ; k = Slll vastab silmal nähtamatu lühilainlin. ultavioltt-kiigus. Valgus on dfinitud kui lktomagntilin kiigus, mida silm näb. Silm näb valgust, lainpikkust vahmikus nm hk kvandi ngiavahmikus 3.6 kuni 1.59 V. S.html Spkt kijldab valgus, lktomagntilis kiigus, intnsiivsus jaotust ngiavälja isloomustava sagdus, või ka sagdus pöödväätus lainpikkus, jägi. Valgus lainpikkust on tma väiksus tõttu mugav mõõta nanomtits: 1 nm m. = 10 9 Inims silmal nähtavaks valgusks lotaks kiigust lainpikkust vahmikus 380< λ <780 nm. Sjuus tajum spkti lühilainlist jagu sinis ja pikalainlist osa punasna vävusna. Kodam ül, valgus ja ülds lktomagntilis välja kvandid kiiguvad lktoni ülminkul kõgma ngiaga obiidilt madalama ngiaga obiidil, mil ngiavah kiigub kvandina. Vastupidin potsss, kvandi nldumin aatomis põhjustab aga lktoni ülminku madalamalt obiidilt kõgmal. Nd kaks potsssi, lktomagntilis välja kvandi nldumin ja kiigumin ains on alusks ühl kõig võimsamal aint uuimisl mtodil, mida nimtataks spktoskoopiaks. Tglikult tulks kasutada mitmust, sst spktoskoopiaid on palju. Spktit paiknmin lktomagntilis kiigus skaalal 11

12 ja nnd kuju analüüs võimaldab mitmkülgst ja sjuus väga täpst tavt ain sisstuktuui kohta. Millist täpslt, sllst m kusus dnds loodtavasti vl äägim. Kaasags spktoskoopia mitmid suundi viljltaks stis lkõig TÜFI-s, aga ka KBFI-s. t olks slg, mills jutt pam kasvõi üldjoonts tadma kuidas spktid mõõdtaks ja millisd spktid on ülds olmas. Nldumisspktid Oltam, t mil on valgusallikas, mis kiigab ühtlas intnsiivsusga valgust kogu lktomagntilis kiigus skaalas (nn valg valgus). Sllist allikat pol muidugi olmas, aga mi tiga tglm ju mudlitga, õigus! Panm uuitava ain kiigusallika tt ja gistim tagantpoolt (silmaga või mõn tis fototundliku l sadmga) ainst läbitulnud valgust. namik valgust tulb paagu muutumatult ainst läbi, tatud sagdustl on aga pallangva valgus spkt muutunud (vt joonist). Siis ütlm, t mittläbitulnud osa kiigusst nldus ains. Tulmusks on, t ain paistab läbipaistvas valguss vävilisna (ain vävumin). Miks on mtsad ohlisd? Nüüd sama jutt matmaatika kld tõlgituna Objkti läbiv valgussignaal on popotsionaaln pallangva valgus intnsiivsusga ja vähnb kihi paksusga. dp = β Pcdx;_ Bi _ sadus κ = βpc 1

13 dp = κdx P P ln = κ( x x0 ) = κ d P P 0 d = P κ 0 1 P ( ) 0 ν κν ( ) = ln d P ( ν ) lviiman valm (läbilaskvus on ksponntsiaalss sõltuvuss objkti paksusst) on nn Lambti sadus. Viiman valm aga kijldab nldumisspktit hk nldumiskofitsindi sagdussõltuvust. Sll valmiga t puutut paktikumis kokku. Suuust P0( ν ) κν ( ) d/ln10= lg = OD nimtataks optilisks tihdusks. P ( ν ) Spktit võib sitada kas sagdusskaalas või lainpikkust skaalas. Vastavad skaalad on üks-ühslt sotud, sst Kiigusspktid ν c λ =. Kiigusspkti tkkimisks on vajalik, t lkton olks tõsttud kõgmal ngianivool, kust ta siis spontaanslt saaks madalamal nivool (madalamal ngial) kukkuda. Sllis lktoni kohta öldaks, t ta on gastatud sisundis (või lihtsalt gastatud). Kõig madalam ngianivool asuv lkton kiiata i saa. Dfinitsiooni kohaslt tal lihtsalt i ol ülliigst ngiat, mida saaks äa anda. gastada saab mitut moodi, aga kõig lihtsam on sda tha kasutads jäll footonid. lkijldatud nldumin tkibki sllpäast, t tatud sagdustl, mis võdub ain ngianivood vahga, lktonid gastuvad ja siiataks kõgmal ngianivool. Sga kiigumin on nldumis pöödpotsss ja vastupidi. Kuidas m siis nldumist ülds näm? Iga nldunud kvant paks ju koh jäll tagasi kiiguma. Siin tulb mängu aja ja uumi fakto. Kiiataks kogu uumi, nldumist jälgitaks kindlas suunas. Jaaniuss kiigab ohlist valgust. S on kmoluminstsnts. Osa kalu kiigab samuti. 13

14 Kolmas liik on hajumisspktid, mida kasutataks laialdaslt näitks aint stuktuui uuimisl. Röntgnkiit hajumis abil aint (kistall)stuktuui määamisst olt ju kõik kuulnud. Hajumist kasutataks ka siis, kui on tgmist mittkiiguvat (õigmini nõgalt kiiguvat) aintga või väga väikst ainhulkad puhul, mil nldumisspktit on ask mõõta. Miks on tavas sinin? Miks paistab Päik õhtutavas punan? Kõikvõimalikud üljäänud spktoskoopiad, millga t oma lus kokku puutut on nnd kolm põhiliigi modifikatsioonid, kohandatud mõõtmisks tatud kindlas spkti/sagdust piikonnas. Spktit näitid Nagu vsiniku aatomi analüüs näitas, on lubatud ainult kindlad ngianivood, sga aatomis kiiguvad ja nlduvad ainult väga täpslt määatud lainpikkustga kvandid. Nii tkivad joonspktid. Vsiniku aatomis on põhinivoo nii sügaval, t sinna ülminkul saavad kiiguda/nlduda vaid ultavioltt-kvandid. Vsiniku aatomisisstst ülminkutst kiiguks nähtavat valgust ülminkutl kõgmatlt nivoodlt tisl nivool. Tislt simsl nivool ülmink kiigab aga kvandi lainpikkusga 11.7 nm, mis on juba silmal nähtamatu ultavioltn valgus. Paljulktonilist aatomit välist kihtid lubatud põhinivood i asu mitt nii sügaval kui H aatomis ja nis kiiguvad/nlduvad ka nähtava valgus kvandid. Näitks, tihti kasutataks valgustamisks lavhõbda auu ja/või naatiumi auuga täidtud lamp, kus lktingia abil sunnitaks mtalliaatomid kiigama nähtavat valgust. Kui aatomid asuvad gaasis tihdalt lähstikku, siis nad põkuvad tihti soojusliikumis tõttu ja nd põkd moonutavad obiitid kuju. Tulmusna nihkub igas moonutatud obiidiga aatomis ngianivoo vidi ja kogu gaas i kiiga nam mitt joonspktit tatud kindlat lainpikkustga, vaid nn. ibaspktit, kus joond on lainnud ibadks. Ka gaasifaasis olvat molkulid spktid on namasti ibaspktid, kuid tisl põhjusl. Molkulids aatomid võnguvad oma tasakaaluasndit ümb ja võivad ka tvikuna pöölda. S kõik toimub samaagslt lktonsiidga, mis viib lktonibad lainmisl. Väga kõgtl tmpatuuidl molkulid ja aatomid ionisuvad. Tkkinud plasma spkt võib olla pidv nagu on sda Päiks spkt. 14

15 Pidv Päiks spkt Ribaspkti näidis, kloofülli spkt. Pidva spkti saam ka siis kui tahkt kha, näitks mtalli või sütt kuumutada. Kuumutatud khad kiigavad valgust. Madalamal tmpatuuil on kiigus pikmalainlism, nähtavaks muutub s tumpunasna kusagil 600 C juus. Tmpatuui dasisl tõstmisl hakkab dominima jäjst lühmalainlism kiigus, muutuds silmal nähtavalt kollakaks, dasi valgks (nagu Päik) või isgi sinakaks (nagu kuumad tähd). absobanc 1 0 GFP absoption A-stat wavlngth (nm) B-stat ν T max Nii avaldub Wini nihksadus: Mi silm on kohastunud nägma just slls spktipiikonnas, kus Päik kiigab maksimaalslt. Svastu hõõglampid spktist suut osa silm i nä. Sllpäast ongi hõõglampid valgusviljakus (valguslik kasutgu) suhtlislt madal (10-0%). Kui lööt haamiga nalapa pihta, siis võib hämaas toas viibids vahl sädmid näha. Mis juhtus? Kuumutatud khads on kiigus ngiaallikaks pamislt aatomit (molkulid) soojusliikumin, mis põgtl gastab lkton, aga ka tvt aatomit omavahlis asndiga sotud ngianivoosid, lükats nid ajutislt kõgmatl nivoodl, kust nad siis koh jäll alla kukuvad, kiiats kvant. Tahkts khads aatomid (molkulid) võnguvad tasakaaluasndi ümb ja sgi võnkngia on kvantisitud. Kuna aatomid on väga palju, siis on ka lubatud ngianivood väga tihdalt ligistikku, nii t paktilislt igasugus ngiaga kvantid kiigumin on võimalik. Sllst tulnvalt on 15

16 0,1 0,10 0,08 0,06 0,04 0,0 0, kuumutatud tahkt khad kiigus pidva spktiga. Tahks khas tahkiss asuvad aatomid juba nii tihdasti koos, t iga üksiku aatomi või molkuli ngianivoo pol glina nam hästi istatav. Igal konktsl lktonülminkul vastab nüüd lai ngiatsoon. Jälgitaks siidid nii tsoonid vahl kui ka üh tsooni ss. Spktid on üldjuhul laiad ja kulisd intptida. Kuid sda thaks ja väga Stuctu Cntal Issu of a Molcula Biologist/Biophysicist: Th LH Complx Absoption Spcta of LH Compxs LH1 5K Wavlngth, nm dukalt (iti kistallilist stuktuui omavat khad puhul) totuds tahkist tooia välja töötatud mudlitl. Mustkiigui kiigusspkti maksimum asub 30 K juus 100 mkm pal; 300 K juus 10 mkm pal; 3000 K juus 1 mkm pal jn. Schuing t al. 001 Maa kskmin McDmott t al. Natu 1995 tmpatuu on umbs 90 6 nm K ja Maa kiigab kosmosss infapunast kiigust mill spkti maksimum on lainpikkusl umbs 10 mkm. Svastu Päiks tmpatuu on umbs 6000 K ja tma kiigusmaksimum on 500 nm lainpikkus juus. Sga iga Päikslt tulnud ja Maal nldunud valguskvandi ngia jaotub (dgadub) Maal umbs 0 kvandi vahl nn kui ta soojuskiigusna kosmosss tagasi antaks (ngia i saa ju lõppkokkuvõtts kuhugi kaduda). Hõõglampid niidi tmpatuu on umbs K ja kiigusmaksimum umbs 1000 nm juus. Kuidas nävad välja lusain-valkud (koosnvad 0 aminohappst) ja DNA (koosnvad 4 nuklotiidist) spktid? Mõlmad nlavad ja kiigavad põhilislt nähtamatus UV piikonnas. Spktid on tavalislt laiad. Aga on ka andid, nt joonisl näidatud GFP valgumolkul, mill nldumisspkt asub nähtavas spktipiikonnas (vt joonist). Looduss on lvinud ka nn pigmnt-valgud, kus valgud sovad (tavalislt Absobanc 1, 1,0 0,8 0,6 0,4 0, 0, Wavlngth (nm) 16

17 mittkovalntslt) pigmndimolkul, mis siis valgust nlats tatud funktsioon täidavad. Näitks fotosünttilisd antnnivalgud nagu jägnval kahl joonisl näidatud. 17