ZÁŘIVÝ TOK - Φe: Podíl zářivé energie
∆Ee a doby ∆t, za kterou projde záření s touto energií danou
plochou:
ZÁŘIVOST
- Ie: Podíl té části zářivého toku ∆Φe, který vychází ze zdroje do malého prostorového úhlu ∆Ω, a velikosti tohoto úhlu:
INTENZITA VYZAŘOVÁNÍ - Me: Podíl zářivého toku ∆Φe z plochy ∆S zdroje a obsahu této plochy:
SVĚTELNÝ TOK - Φ: Fotometrická veličina, která charakterizuje intenzitu zrakového vjemu
normálního lidského oka vyvolaného zářivým tokem Φe. Jednotkou světelného toku je lumen - lm.
LUMEN
: Světelný tok vyzařovaný bodovým všesměrovým zdrojem o svítivosti 1 cd do prostorového úhlu 1 sr (tj. do kužele, který vymezuje na kulové ploše s poloměrem 1 m, jejíž střed je ve světelném zdroji, kulový vrchlík o plošném obsahu 1 m2).
SVÍTIVOST - I: Podíl části světelného toku ∆Φ, který vyzařuje bodový všesměrový zdroj do prostorového úhlu ∆Ω, a velikosti tohoto úhlu:
Jednotkou je kandela - cd.
KANDELA: Základní jednotka soustavy SI. Svítivost zdroje, který v daném směru vysílá monofrekvenční záření o frekvenci 540 ⋅ 1012 Hz a jehož zářivost v tomto směru je 1/683 W ⋅ sr–1.
OSVĚTLENOST (osvětlení) - Eo: Podíl světelného toku ∆Φ dopadajícího na ozařovanou plochu ∆S a obsahu této plochy:
Jednotkou je lux - lx.
stránka 151
Platí:
(r je vzdálenost od zdroje světla, α je úhel dopadu světla) Jestliže dva zdroje světla o svítivostech I1, I2 osvětlí při kolmém dopadu světla (α = 0) shodně stejnou plochu, platí:
(r1, r2 jsou vzdálenosti zdrojů světla od osvětlené plochy) Na platnosti této rovnice je založena konstrukce některých přístrojů pro měření osvětlenosti (fotometrů).
LUX: Osvětlenost plochy na jejíž 1 m2 dopadá světelný tok 1 lm. LUXMETR
: Přístroj na měření osvětlenosti. Je založen na fotoelektrickém jevu, který umožňuje převádět velikost osvětlenosti na elektrické napětí.
6.5 Elektromagnetické záření OPTICKÉ ZÁŘENÍ: Elektromagnetické vlnění o frekvencích v intervalu 3 ⋅ 1011 Hz až 3 ⋅ 1017 Hz. Zpravidla se rozděluje na oblast viditelného záření (světlo: 3,95 ⋅ 1014 Hz až 7,7 ⋅ 1014 Hz; ve vakuu odpovídá vlnovým délkám 760 nm až 390 nm), oblast infračerveného záření (3 ⋅ 1011 Hz až 3,95 ⋅ 1014 Hz) a oblast ultrafialového záření (7,7 ⋅ 1014 Hz až 3 ⋅ 1017 Hz).
TEPELNÉ ZÁŘENÍ
: Elektromagnetické vlnění, které vzniká přeměnou energie tepelného pohybu částic tělesa v termodynamické rovnováze na energii záření.
ČERNÉ TĚLESO
: Fyzikální abstrakce v podobě tělesa, které dokonale pohlcuje veškerou energii dopadajícího záření. Při termodynamické rovnováze závisí vyzařování černého tělesa jen na jeho termodynamické teplotě.
STEFANŮV-BOLTZMANNŮV ZÁKON
: Celková intenzita vyzařování Me černého tělesa v termodynamické rovnováze je přímo úměrná čtvrté mocnině jeho termodynamické teploty T:
(σ - Stefanova-Boltzmannova konstanta: σ = 5,67 ⋅ 10–8 W ⋅ m–2 ⋅ K–4)
WIENŮV POSUNOVACÍ ZÁKON: Součin vlnové délky λmax, na niž připadá maximum energie vyzařované černým tělesem v termodynamické rovnováze, a jeho termodynamické teploty T je konstantní:
(b - Wienova konstanta: b = 2,9 ⋅ 10–3 m ⋅ K)
stránka 152
SPEKRÁLNÍ HUSTOTA INTENZITY VYZAŘOVÁNÍ
- Hλ: Veličina, která určuje, jaká část celkové energie vyzářené zdrojem tepelného záření přísluší záření o vlnové délce λ při teplotě T (Hλ = f(λ, T)). Je definovaná vztahem:
(∆Me je podíl intenzity vyzařování příslušející záření v intervalu vlnových délek ∆λ)
PLANCKŮV ZÁKON: Základní zákon vyzařování, který určuje rozdělení energie ve spektru
černého tělesa. Je jím vyjádřena funkce Hλ = f(λ, T):
(h je Planckova konstanta, k je Boltzmannova konstanta)
Obr. 6-16
LUMINISCENCE
: Záření určitých látek, jehož zdrojem není tepelný pohyb částic tělesa. Je vyvoláno různými vnějšími vlivy, podle nichž je luminiscence označována: fotoluminiscence (působením světla), elektroluminiscence (působením elektrického pole), radioluminiscence (působením jaderného záření), triboluminiscence (působením mechanické tlakové síly).
LUMINOFOR: Látka, u níž se projevuje luminiscence. Převážně pevné látky (polovodiče nebo izolanty) s příměsmi, které vytvářejí luminiscenční centra.
EMISNÍ SPEKTRUM: Soubor frekvencí, popř. vlnových délek elektromagnetického záření vyzařovaného látkou.
stránka 153
ABSORPČNÍ SPEKTRUM
: Soubor temných čar, popř. pásů ve spojitém spektru světla, které vznikají při jeho průchodu světla látkou v důsledku pohlcování záření látkou.
ČÁROVÉ SPEKTRUM: Spektrum tvořené úzkými, navzájem oddělenými spektrálními čárami o různé intenzitě. Vzniká při výbojích za sníženého tlaku v plynech tvořených atomy, popř. při záření samotných atomů (např. při jiskrovém výboji).
PÁSOVÉ SPEKTRUM
: Spektrum tvořené pásy s množstvím spektrálních čar v těsné blízkosti, mezi nimiž jsou temné úseky. Jeho zdrojem jsou zářící molekuly látek.
SPOJITÉ SPEKTRUM
: Spektrum světla, ve kterém jsou obsaženy elektromagnetické vlny všech vlnových délek v určitém intervalu. Jeho zdrojem jsou rozžhavené pevné a kapalné látky.
FRAUNHOFEROVY ČÁRY: Temné čáry ve spektru slunečního záření, které vznikají absorpcí slunečního záření určitých vlnových délek při jeho průchodu chromosférou Slunce a atmosférou Země.
SPEKTRÁLNÍ ANALÝZA
: Metoda studia chemického složení látek, která je založena na poznatku, že poloha čar ve spektru umožňuje prvek přesně určit. Na základě intenzity spektrálních čar lze také určit hmotnost prvku v látce, která vyzařuje analyzované světlo.
RENTGENOVÉ ZÁŘENÍ: Elektromagnetické vlnění, jehož vlnové délky leží v intervalu 10–8 m až 10–12 m. Vzniká při přeměně energie rychle se pohybujících elektronů na energii elektromagnetického záření.
BRZDNÉ RENTGENOVÉ ZÁŘENÍ
: Rentgenové záření, které vzniká jako důsledek náhlé změny rychlosti elektronů dopadajících na povrch kovu (anodu rentgenky). Jeho spektrum je spojité.
CHARAKTERISTICKÉ RENTGENOVÉ ZÁŘENÍ: Rentgenové záření, které vzniká v důsledku přeměn energie ve vnitřních slupkách elektronového obalu atomu. Je čárové a poloha spektrálních čar je pro daný prvek charakteristická.
RENTGENKA: Speciální vakuová trubice, pomocí níž se získává rentgenové záření. Základní částí je katoda emitující elektrony a anoda (antikatoda) zhotovená z wolframu. Mezi oběma elektrodami je vysoké napětí, kterým se urychlují elektrony emitované katodou.
RENTGENOVÁ DEFEKTOSKOPIE: Metoda zjišťování skrytých vad materiálu pomocí rentgenového záření.
RENTGENOSTRUKTURNÍ ANALÝZA: Metoda zkoumání vnitřní struktury pevných látek na základě ohybových obrazců, které vznikají difrakcí rentgenového záření na krystalové mřížce pevné látky.
stránka 154
6.6 Kvantová optika FOTON
: Elementární kvantum elektromagnetického pole, které má rychlost c. Pro energii E a velikost hybnosti p fotonu platí: E = hf
(h je Planckova konstanta, f je frekvence elektromagnetické vlny)
FOTOELEKTRICKÝ JEV
: Jev, který vzniká při vzájemném působení elektromagnetického záření a látky, při němž se uvolňují elektrony. Při vnějším fotoelektrickém jevu (fotoemisi) elektrony unikají z látky. Pro vnější fotoelektrický jev platí rovnice (Einsteinova rovnice fotoelektrického jevu):
(Wv je výstupní práce, me je hmotnost elektronu, v je rychlost elektronu) Při vnitřním fotoelektrickém jevu se v látce generují nosiče náboje a její vodivost se zvětšuje (fotovodivost).
VÝSTUPNÍ PRÁCE – Wv: Práce, která se musí vykonat, aby se při interakci záření s látkou uvolnil elektron.
MEZNÍ VLNOVÁ DÉLKA - λ0: Nejmenší vlnová délka záření ve vakuu, při níž u dané látky nastane vnější fotoelektrický jev. Platí:
FOTONKA: Součástka založená na využití vnějšího fotoelektrického jevu. Je tvořena baňkou, v níž je fotokatoda a anoda. Mezi elektrodami je napětí a při fotoemisi vzniká proud. Fotonky jsou vakuové nebo plněné plynem o nízkém tlaku.
FOTOREZISTOR: Polovodičová součástka, jejíž odpor se při osvětlení mění v důsledku vnitřního fotoelektrického jevu.
FOTODIODA
: Polovodičová součáska s přechodem PN, v níž se uplatňuje vnitřní fotoelektrický jev. Používá se buď v hradlovém režimu (při osvětlení je fotodioda zdrojem napětí), nebo v odporovém režimu (odpor fotodiody zapojené v závěrném směru se při osvětlení zmenšuje).
FOTOTRANZISTOR: Tranzistor řízený fotoproudem, který vzniká při osvětlení báze.
stránka 155
COMPTONŮV JEV: Nepružný rozptyl rentgenového záření na elektronech. Vzniká při dopadu rentgenového záření na látku s velkým počtem volných nebo slabě vázaných elektronů (např. tuha). Jestliže před interakcí s elektronem je frekvence rentgenového záření f, pak po interakci je f′ (f′ < f) a platí:
(me je hmotnost elektronu, v je velikost rychlosti elektronu) Vzniká rozptýlené záření, jehož vlnová délka λ' je větší než vlnová délka λ dopadajícího záření a rozdíl těchto vlnových délek (∆λ = λ′ – λ) je funkcí rozptylového úhlu ϑ:
LASER
: Kvantový generátor světla pracující na principu zesilování světla stimulovanou (vynucenou) emisí záření. Název je zkratkou anglického názvu Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
stránka 156
7 TEORIE RELATIVITY MECHANICKÝ PRINCIP RELATIVITY: Žádnými mechanickými pokusy uvnitř inerciální vztažné soustavy nelze zjistit její rychlost. Zákony mechaniky jsou stejné ve všech inerciálních vztažných soustavách. Všechny inerciální vztažné soustavy jsou z hlediska mechanických pokusů rovnocenné.
BODOVÁ UDÁLOST: Fyzikální abstrakce označující děj v určitém bodě prostoru a v určitém okamžiku. Charakterizuje se zápisem U(x, y, z, t).
GALILEIHO TRANSFORMACE: Vztahy mezi souřadnicemi x, y, z a časem t bodové události v inerciální vztažné soustavě S a souřadnicemi x', y', z' a časem t' v inerciální vztažné soustavě S', která se vzhledem k soustavě S pohybuje stálou rychlostí v v kladném směru osy x. Jestliže v čase t = t' = 0 počátky obou vztažných soustav splývají a osy y', z' jsou rovnoběžné s osami y, z, lze Galileiho transformaci vyjádřit ve tvaru: x' = x – vt y' = y z' = z t' = t
MICHELSONŮV POKUS: Optický pokus poprvé realizovaný pomocí Michelsonova interferometru r. 1887, kterým měl být prokázán pohyb Země vzhledem k hypotetickému, absolutně nehybnému světelnému éteru. Výsledek pokusu byl negativní.
MICHELSONŮV INTERFEROMETR: Optický přístroj založený na interferenci dvou svazků světelných paprsků monofrekvenčního světla. Svazek paprsků ze zdroje Z dopadá na polopropustnou planparalelní desku PD, kterou světlo částečně prochází (paprsek 1) a částečně se odráží do kolmého směru (paprsek 2). Tím se vytvoří dva navzájem kolmé svazky paprsků, které po odrazu na rovinných zrcadlech Z1, Z2 navzájem interferují. Případná změna optické dráhy některého z paprsků se projeví v posunutí proužků v interferenčním obrazci pozorovaném dalekohledem D.
Obr. 7-1
stránka 157
SPECIÁLNÍ TEORIE RELATIVITY
: Teorie, která rozšiřuje mechanický princip relativity na všechny fyzikální děje v inerciálních vztažných soustavách. Je založena na dvou Einsteinových postulátech.
RELATIVISTICKÁ RYCHLOST: Rychlost, jejíž velikost se řádově blíží rychlosti světla ve vakuu.
EINSTEINOVY POSTULÁTY: Postuláty A. Einsteina, na nichž je založena speciální teorie relativity: 1. speciální princip relativity, 2. princip stálé rychlosti světla ve vakuu.
SPECIÁLNÍ PRINCIP RELATIVITY: Všechny inerciální vztažné soustavy jsou pro popis fyzikálních dějů rovnocenné, tzn. žádnými pokusy (nejen mechanickými, ale ani optickými a kterýmikoliv jinými) provedenými uvnitř soustavy nelze zjistit, zda je daná soustava v klidu, nebo v rovnoměrném přímočarém pohybu (nelze stanovit absolutní pohyb kterékoliv inerciální soustavy).
PRINCIP KONSTANTNÍ RYCHLOSTI SVĚTLA: Ve všech inerciálních soustavách má rychlost světla c ve vakuu stejnou velikost, a to ve všech směrech a nezávisle na vzájemném pohybu světelného zdroje a pozorovatele.
RELATIVISTICKÁ KINEMATIKA: Kinematika mechanického pohybu založená na Einsteinových postulátech. Uplatňuje se u těles pohybujících se relativistickými rychlostmi.
LORENTZOVA TRANSFORMACE: Vztahy mezi souřadnicemi x, y, z a časem t bodové události v inerciální vztažné soustavě S a souřadnicemi x', y', z' a časem t' v inerciální vztažné soustavě S', která se vzhledem k soustavě S pohybuje stálou rychlostí v v kladném směru osy x. Jestliže v čase t = t' = 0 počátky obou vztažných soustav splývají a osy y', z' jsou rovnoběžné s osami y, z, lze Lorentzovu transformaci vyjádřit ve tvaru:
Obr. 7-2
stránka 158
RELATIVNOST SOUČASNOSTI: Poznatek, že dvě bodové události, které nejsou soumístné v jedné vztažné soustavě (mají v ní různé souřadnice ve směru pohybu), avšak jsou současné, nemusí být současné v jiné vztažné soustavě. Současné ve všech inerciálních vztažných soustavách jsou jen události soumístné vzhledem k pohybu.
KONTRAKCE DÉLKY
: Poznatek, že délka tělesa je relativní veličina závislá na vzájemné rychlosti tělesa a vztažné soustavy. Délka l tyče pohybující se rychlostí v je ve směru pohybu menší než vlastní délka l0 tyče (délka tyče ve vztažné soustavě, vzhledem k níž je tyč v klidu):
DILATACE ČASU: Poznatek, že doba trvání téhož děje, měřená různými pozorovateli je relativní. Je tím větší, čím větší je rychlost pozorovatele vzhledem k místu děje. Časový interval ∆t mezi nesoumístnými událostmi je vždy delší než časový interval ∆t0 mezi těmito událostmi naměřený pozorovatelem, pro kterého jsou tyto události soumístné (vlastní čas děje):
EINSTEINŮV VZOREC PRO SKLÁDÁNÍ RYCHLOSTÍ: Vztah pro speciální případ relativistického skládání rovnoběžných rychlostí. Jestliže se soustava S' pohybuje vzhledem k soustavě S rovnoměrně přímočaře v kladném směru osy x rychlostí v a bod v soustavě S' má v kladném směru osy x rychlost u', pak velikost jeho rychlosti v soustavě S je dána vztahem:
Jestliže se bod pohybuje v soustavě S' rychlostí u, pro jeho rychlost v soustavě S′ platí:
Z těchto vztahů vyplývá, že výsledná rychlost v libovolné vztažné soustavě je vždy menší než c.
RELATIVISTICKÁ DYNAMIKA: Dynamika těles pohybujících se relativistickými rychlostmi.
stránka 159
RELATIVISTICKÁ HMOTNOST: Hmotnost m částice, která se v dané inerciální vztažné soustavě pohybuje rychlostí v. Je vždy větší než klidová hmotnost m0:
Obr. 7-3
RELATIVISTICKÁ HYBNOST: Hybnost částice o relativistické hmotnosti m pohybující se rychlostí v:
EINSTEINŮV VZTAH MEZI HMOTNOSTÍ A ENERGIÍ: Vztah mezi relativistickou hmotností m a energií E hmotného objektu: E = mc2 Má-li těleso klidovou energii E0, je jeho kinetická energie Ek:
KLIDOVÁ ENERGIE - E0: Energie částice, která je v inerciální vztažné soustavě klidu, tzn. v případě, že v = 0 a m = m0: E 0 = m 0c 2
stránka 160
8 KVANTOVÁ A ATOMOVÁ FYZIKA 8.1 Vlnové vlastnosti částic KORPUSKULÁRNĚ VLNOVÝ DUALISMUS ČÁSTIC
: Poznatek, že se částice mikrosvěta za jistých podmínek projevují jako částice a za jiných podmínek jako vlny.
DE BROGLIEOVA VLNA: Projev vlnových vlastností pohybujících se mikročástic nezávislý na jejich elektrickém náboji. Každé volné částici je přiřazena rovinná monofrekvenční vlna o vlnové délce určené de Broglieovým vztahem.
DE BROGLIEŮV VZTAH: Vztah určující vlnovou délku de Broglieovy vlny částice s hybností p:
(h je Planckova konstanta)
PLANCKOVA KONSTANTA - h: Univerzální fyzikální konstanta, která se uplatňuje ve vztazích plynoucích z kvantové teorie: h = 6,626 075 5 ⋅ 10–34 J ⋅ s
KVANTOVÁ TEORIE: Fyzikální teorie, která se zabývá pohybem a vlastnostmi mikročástic a jejich soustav, při nichž se uplatňují kvantové vlastnosti částic.
KVANTOVÁ MECHANIKA: Obor kvantové teorie, který se zabývá pohybem mikročástic a jejich soustav.
VLNOVÁ FUNKCE - ψ: Matematická funkce popisující přípustný kvantový stav částice. V podstatě vyjadřuje závislost amplitudy de Broglieovy vlny na prostorových souřadnicích a čase.
HUSTOTA PRAVDĚPODOBNOSTI: Hustota pravděpodobnosti výskytu mikročástice
ve stavu popsaném vlnovou funkcí ψ. Hustota pravděpodobnosti výskytu částice v okolí bodu o souřadnicích x,
y, z je určena výrazem
.
PRAVDĚPODOBNOST VÝSKYTU ČÁSTICE: Pravděpodobnost výskytu částice ve stavu popsaném vlnovou funkcí je určena součinem hustoty pravděpodobnosti a objemového elementu ∆V vymezeného souřadnicemi (x, x + ∆x; y, y + ∆y; z, z + ∆z).
SCHRÖDINGEROVA ROVNICE: Rovnice kvantové mechaniky, která umožňuje výpočet
hodnot vlnové funkce ψ, tzn. umožňuje určit energie a stavy, popř. změny stavů mikročástice nebo souboru mikročástic. Představuje základní zákon kvantové mechaniky.
PRINCIP NEURČITOSTI: Základní poznatek kvantové teorie, že určité dvojice fyzikálních veličin (např. souřadnice částice a složky její hybnosti) nelze současně určit s libovolnou přesností. Přesnější určení jedné veličiny má za následek větší neurčitost druhé veličiny. Tím jsou stanoveny meze použitelnosti klasických představ při zkoumání kvantových jevů.
stránka 161
HEISENBERGOVY VZTAHY (relace) NEURČITOSTI
: Poznatek kvantové teorie, že pro součin neurčitosti souřadnice částice v určitém okamžiku a neurčitosti odpovídající složky hybnosti platí vztahy:
KVANTOVÝ STAV: Fyzikální stav mikročástice přípustný z hlediska kvantové teorie. STACIONÁRNÍ KVANTOVÝ STAV: Kvantový stav, při němž pravděpodobnost výskytu částice v tomto stavu nezávisí na čase.
KVANTOVÁ ČÍSLA: Čísla, která určují hodnotu kvantových fyzikálních veličin. PRINCIP KORESPONDENCE
: Výsledky kvantové mechaniky při velkých hodnotách kvantového čísla odpovídají výsledkům klasické mechaniky.
FRANCKŮV-HERTZŮV POKUS
: Experiment, kterým byla prokázána diskrétnost energetických hladin na příkladu atomů rtuťových par o nízkém tlaku. Ve zvláštní trubici s elektrodami dochází k nepružným srážkám atomů s elektrony o určité energii a tomu odpovídá charakteristický průběh změn elektrického proudu.
8.2 Elektronový obal atomu ATOM
: Nejmenší částice látky, která je nositelem všech chemických vlastností daného chemického prvku. Skládá se z atomového jádra a elektronového obalu, v němž je tolik elektronů, kolik je v jádře protonů.
ELEKTRON: Základní stavební částice atomu, která má klidovou hmotnost me ≈ 9,11 ⋅ 10–31 kg a záporný elektrický náboj –e ≈ –1,6 ⋅ 10–19 C.
ELEKTRONOVÝ OBAL ATOMU: Soustava elektronů vázaná elektrickými silami k atomovému jádru.
MODEL ATOMU: Představa o struktuře atomu založená na určité, vývojem fyzikálního poznání vzniklé teorii.
RUTHERFORDŮV MODEL ATOMU
: Model atomu založený na představě kladného jádra, kolem kterého obíhají podle zákonů klasické fyziky elektrony podobně, jako planety kolem Slunce (planetární model).
BOHRŮV MODEL ATOMU
: Model atomu s obdobnou strukturou jako u planetárního modelu, u něhož jsou některé veličiny kvantovány. Požadavkům kvantové teorie odpovídají Bohrovy postuláty: 1. Elektrony se mohou pohybovat jen po drahách o poloměru r, který splňuje podmínku:
(n je hlavní kvantové číslo; n = 1, 2, 3, ...)
stránka 162
2. Při pohybu na drahách určených podmínkou 1. elektrony nevyzařují elektromagnetické záření. 3. Atom vyzařuje elektromagnetické záření jen při přechodu elektronu z dráhy s vyšším kvantovým číslem (m), na níž má energii Em, na dráhu s kvantovým číslem nižším (n), které přísluší energie En. Při přechodu atom vyzáří foton o energii: hf = Em – En
BOHRŮV POLOMĚR: Poloměr r1 dráhy elektronu v atomu vodíku v základním stavu (n = 1):
(ε0 je permitivita vakua)
KVANTOVĚ MECHANICKÝ MODEL ATOMU
: Model atomu založený na řešení Schrödingerovy rovnice pro elektron vázaný v silovém poli jádra atomu (kvantově mechanický model atomu vodíku).
ATOMOVÝ ORBITAL: Geometrické místo bodů, v nichž hustota pravděpodobnosti ψ2 dosahuje největší hodnoty. Každé vlnové funkci přísluší atomový orbital určitého rozměru a tvaru.
SPEKTRUM VODÍKU
: Spektrum tvořené spektrálními čárami elektromagnetického záření, které vzniká při přechodu elektronu mezi různými energetickými hladinami atomu vodíku.
ENERGETICKÁ HLADINA
: Hodnota energie atomu ve stacionárním stavu. Energetické hladině atomu vodíku ve stacionárním stavu určeném kvantovým číslem n přísluší energie:
(E1 je energie v základním stavu; E1 = –13,6 eV)
STACIONÁRNÍ STAV
: Kvantový stav atomu, při němž pravděpodobnost výskytu elektronů nezávisí na čase. Stav s nejnižší energií je základní stav (u atomu vodíku odpovídá n = 1), stavy s vyšší energií představují vzbuzený (excitovaný) stav.
BALMERŮV-RYDBERGŮV VZTAH
: Vztah umožňující výpočet frekvence, popř. vlnové délky jednotlivých spektrálních čar vyzařovaných atomem vodíku ve vzbuzeném stavu. Při přechodu z energetické hladiny s kvantovým číslem m na hladinu s kvantovým číslem n platí:
(R je Rydbergova konstanta)
stránka 163
RYDBERGOVA KONSTANTA - R: Konstanta určující hodnotu frekvence hrany spektrální série atomu vodíku odpovídající hodnotě kvantového čísla n = 1:
Udává se také jako vlnočet (R/c, kde c je rychlost světla):
SPEKTRÁLNÍ SÉRIE: Skupina spektrálních čar, jejichž frekvence odpovídají stejné hodnotě kvantového čísla n.
HRANA SÉRIE: Maximální hodnota frekvence fn spektrální čáry v spektrální sérii, které přísluší m → ∞:
HLAVNÍ KVANTOVÉ ČÍSLO
- n: Kvantové číslo určující energii atomu vodíku. U složitějších atomů energie závisí také na vedlejším kvantovém čísle.
VEDLEJŠÍ KVANTOVÉ ČÍSLO - l: Kvantové číslo určující velikost momentu hybnosti elektronu: l = 0, 1, 2, ..., (n – 1) Určuje tvar atomového orbitalu.
MAGNETICKÉ KVANTOVÉ ČÍSLO - m: Kvantové číslo určující z-ovou složku momentu hybnosti: m = 0, ±1, ±2, ±3, ... ±l Určuje prostorovou orientaci atomového orbitalu.
SPINOVÉ MAGNETICKÉ KVANTOVÉ ČÍSLO
- ms: Kvantové číslo určující zovou složku spinového momentu hybnosti elektronu (spin elektronu). Může nabývat jen dvou hodnot:
PAULIHO VYLUČOVACÍ PRINCIP: V jednom stacionárním stavu atomu určeném trojicí kvantových čísel n, l, m se mohou nacházet nejvýše dva elektrony.
stránka 164
SLUPKA ELEKTRONOVÉHO OBALU: Soubor elektronů se shodným hlavním kvantovým číslem n. Pro jednotlivé slupky se ustálilo označení uvedené v tabulce 8-1: Tabulka 8-1 n Slupka Největší počet elektronů
1 K
2 L
3 M
4 N
5 O
2
8
18 32 50
Maximální počet elektronů ve slupce charakterizovaný hlavním kvantovým číslem n je určen vztahem:
PODSLUPKA: Soubor elektronů, které mají v určité slupce stejnou hodnotu vedlejšího kvantového čísla. Příslušejí k jednomu atomovému orbitalu a mají stejnou energii. Označení podslupek a počet elektronů v podslupce je v tabulce 8-2. Tabulka 8-2 l Stav
0 s
1 p
2 d
3 f
4 g
Největší počet elektronů
2
6
10 14 18
ELEKTRONOVÝ OKTET
: Konfigurace osmi elektronů v poslední (valenční) elektronové slupce atomu. Charakterizuje ho značná stabilita a k uvolnění elektronu z oktetu je třeba atomu dodat největší energii.
PERIODICKÁ SOUSTAVA PRVKŮ: Tabelární vyjádření závislosti vlastností chemických prvků na jejich protonovém čísle a s ním související strukturou elektronového obalu. Prvky umístěné v jednom sloupci tabulky tvoří grupu prvků a prvky jednoho řádku tvoří periodu prvků. Posledním prvkem periody je vzácný plyn (prvek s pořadovým číslem Z) a počet prvků v periodě je roven ∆Z (tabulka 8-3): Tabulka 8-3 Perioda Prvky Z ∆Z
1 He 2 2
2 Ne 10 8
3 Ar 18 8
4 Kr 36 18
5 Xe 54 18
6 Ra 86 32
GRUPA PRVKŮ: Skupina prvků, jejichž atomy mají stejný počet valenčních elektronů umístěných ve stejných typech atomových orbitalů.
VALENČNÍ ELEKTRONY
: Elektrony, které ve slupce s nejvyšší hodnotou hlavního kvantového čísla jsou ve stavu s a p. Určují chemické a optické vlastnosti atomu. Jsou nejslaběji vázány k jádru a podílejí se na vazbě s okolními atomy.
PERIODA PRVKŮ
: Prvky umístěné v jednom řádku tabulky periodické soustavy prvků. Číslo periody odpovídá hlavnímu kvantovému číslu elektronové slupky, jejíž atomové orbitaly s a p se v této periodě postupně zaplňují elektrony.
stránka 165
PŘECHODOVÉ PRVKY: Chemické prvky, v jejichž atomech se začínají doplňovat předcházející podslupky při již částečně obsazené následující slupce (např. lanthanidy a aktinidy).
TRANSURANY: Chemické prvky s větším protonovým číslem Z, než je protonové číslo uranu (Z = 92). Nevyskytují se v přírodě a byly připraveny uměle.
8.3 Jádro atomu NUKLEON: Označení pro základní stavební částice jádra atomu - protony a neutrony. PROTON
- : Částice s kladným elektrickým nábojem, jehož hodnota je rovna elementárnímu náboji (e ≈ 1,6 ⋅ 10–19 C). Klidová hmotnost: mp ≈ 1,673 ⋅ 10–27 kg
NEUTRON -
: Částice bez elektrického náboje s klidovou hmotností:
mn ≈ 1,675 ⋅ 10–27 kg
POZITRON -
: Částice s nábojem +e a s hmotností:
me ≈ 9,1 ⋅ 10–31 kg
NEUTRINO - ν: Částice bez elektrického náboje, s nulovou klidovou hmotností. PROTONOVÉ ČÍSLO - Z: Počet protonů v jádře atomu. Pořadové číslo prvku v periodické soustavě prvků. Určuje velikost kladného náboje atomového jádra: Qj = +Ze
NEUTRONOVÉ ČÍSLO - N: Počet neutronů v jádře atomu. NUKLEONOVÉ (hmotnostní) ČÍSLO - A: Počet nukleonů v jádře atomu: A=Z+N
ATOMOVÁ HMOTNOST - ma: Klidová hmotnost atomu určitého nuklidu. ATOMOVÁ HMOTNOSTNÍ KONSTANTA - mu: 1/12 klidové hmotnosti atomu nuklidu uhlíku
:
mu = (1,660 540 2 ± 0,000 001 0) ⋅ 10–27 kg
POMĚRNÁ ATOMOVÁ HMOTNOST - Ar: Podíl klidové hmotnosti atomu daného nuklidu a atomové hmotnostní konstanty:
PRVEK: Látka, jejíž atomy mají stejné protonové číslo Z.
stránka 166
NUKLID
: Označení atomového jádra, ale i atomu nebo látky složené ze stejných atomů (se stejným protonovým i nukleonovým číslem). Příklady:
IZOTOPY: Atomy téhož chemického prvku, které se liší hodnotou nukleonového čísla (Z1 = Z2 ; A1≠
A2).
DEUTERIUM: Izotop vodíku, jehož jádro obsahuje proton a neutron (těžký vodík). Označuje se symbolem
nebo
.
IZOBARY: Atomy chemických prvků, které mají stejné nukleonové číslo, ale různé protonové číslo (Z1 ≠ Z2; A1 = A2).
RADIONUKLID: Nuklid nestabilního atomu, který vyzařuje jaderné záření. HMOTNOSTNÍ SCHODEK - B: Rozdíl mezi celkovou hmotností nukleonů a skutečnou (experimentálně zjištěnou) hmotností jádra mj, které je z nich složeno: B = Zmp + Nmn – mj
VAZEBNÁ ENERGIE JÁDRA - Ej: Fyzikální veličina odpovídající práci, kterou je třeba vykonat, aby jádro bylo rozčleněno na jednotlivé nukleony. Tato energie jádra je složkou vnitřní energie tělesa. Platí: Ej = Bc2
RADIOAKTIVITA: Vyzařování jaderného záření radionuklidy. Rozlišujeme přirozenou a umělou radioaktivitu.
PŘIROZENÁ RADIOAKTIVITA: Vyzařování jaderného záření radionuklidy, které se vyskytují v přírodě.
UMĚLÁ RADIOAKTIVITA
: Vyzařování jaderného záření radionuklidy uměle připravenými pomocí jaderných reakcí. Umělou radioaktivitu objevili F. Joliot-Curie a I. Curie při jaderné reakci:
JADERNÉ ZÁŘENÍ: Záření vznikající při jaderných přeměnách. U přirozených radionuklidů je to záření α, záření β a záření γ.
ZÁŘENÍ ALFA α: Proud jader atomu helia (částice α, heliony
) vznikajících při jaderných
přeměnách.
ZÁŘENÍ BETA β: Proud elektronů (
) nebo pozitronů (
), které vyletují z jádra atomu.
ZÁŘENÍ GAMA γ: Elektromagnetické vlnění o vlnové délce kratší, než je vlnová délka tvrdého rentgenového záření (λ < 10–2 nm)
IONIZUJÍCÍ ZÁŘENÍ: Záření, které při interakci s látkou způsobuje její ionizaci.
stránka 167
JADERNÁ PŘEMĚNA
: Děj v jádře atomu, při němž se mění složení jádra (mění se alespoň jedno z čísel A a Z), popř. se mění energie jádra.
PŘEMĚNA α (rozpad α): Jaderná přeměna, při níž vzniká záření α. Probíhá podle rovnice: PŘEMĚNA β (rozpad β): Jaderná přeměna, při níž vzniká záření β. Probíhá podle rovnice (přeměna β–): nebo
( je antineutrino; jeho vlastnosti jsou obdobné jako u neutrina) Při přeměně β+ vznikají pozitrony
:
nebo
(ν je neutrino) Neutrino, popř. antineutrino nese část energie při přeměně β. V důsledku toho vznikají při přeměně β částice s různou energií a spektrum energie částic je spojité.
stránka 168
RADIOAKTIVNÍ PŘEMĚNOVÁ ŘADA: Posloupnost jaderných přeměn α a přeměn ß. Přirozené radionuklidy patří převážně do tří přeměnových řad, které se označují podle výchozího radionuklidu: 1. řada urano-radiová ( 2. řada thoriová (
), ),
3. řada aktiniová (aktinouran
).
Výchozím radionuklidem 4. řady neptuniové je umělý radionuklid
.
Konečným produktem ve všech přeměnových řadách jsou izotopy olova. Přehled přeměnových řad je v tabulce 8-4. Tabulka 8-4 Řada
Prvek výchozí
konečný
urano-radiová thoriová aktiniová neptuniová
POSOUVACÍ PRAVIDLO: Pravidlo, kterým se určuje nuklid vznikající při jaderné přeměně. Při přeměně α se výsledný nuklid posouvá v periodické soutavě prvků o dvě místa vlevo a při přeměně β se posouvá o jedno místo vpravo (při přeměně β–) nebo vlevo (při přeměně β+).
ZÁKON RADIOAKTIVNÍ PŘEMĚNY: Zákon umožňující výpočet počtu N jader radionuklidu v čase t, je-li v čase t0 = 0 počet jader N0:
PŘEMĚNOVÁ KONSTANTA - λ: Konstanta v zákonu radioaktivní přeměny, charakteristická pro určitý druh radionuklidu. Udává pravděpodobnost přeměny jádra radionuklidu za jednu sekundu.
STŘEDNÍ DOBA ŽIVOTA
- τ: Střední doba, za kterou se počet jader radionuklidu zmenší na hodnotu N = N0/e. Je rovna reciproké hodnotě přeměnové konstanty:
POLOČAS PŘEMĚNY - T: Doba, za kterou se přemění polovina původního počtu jader:
stránka 169
AKTIVITA ZÁŘIČE: Veličina definovaná vztahem:
(∆N je střední počet radioaktivních přeměn za dobu ∆t). Jednotkou je becquerel - Bq.
OZÁŘENÍ - X: Podíl součtu elektrických nábojů všech iontů téhož znaménka, které vznikly zabrzděním všech elektronů a pozitronů uvolněných rentgenovým zářením nebo zářením gama ve vzduchu o hmotnosti ∆m:
ABSORBOVANÁ DÁVKA - D: Podíl střední energie ∆Ed ionizujícího záření a hmotnosti ∆m části tělesa, která záření absorbovala:
Jednotkou je gray - Gy.
ZÁKON ABSORPCE ZÁŘENÍ
: Vztah umožňující výpočet intenzity záření I (četnosti impulzů) po absorpci vrstvou látky o tloušťce d, je-li známa intenzita záření I0 bez absorpce:
(µ je součinitel absorpce)
POLOTLOUŠŤKA - d: Taková tloušťka vrstvy, při níž se intenzita procházejícího záření zmenší na polovinu:
DETEKTOR JADERNÉHO ZÁŘENÍ
: Přístroj pro zjišťování přítomnosti jaderného záření a jeho vlastností. Pracuje na různých principech převážně využívajících ionizující účinky jaderného záření.
GEIGERŮV-MÜLLERŮV POČÍTAČ: Detektor jaderného záření založený na lavinovité ionizaci plynu. Plyn je uzavřen v trubici se dvěma elektrodami, mezi nimiž je vysoké elektrické napětí. Částice jaderného záření jsou detekovány v podobě proudových impulzů, jejichž četnost je registrována elektronickým čítačem.
MLŽNÁ KOMORA: Komora naplněná směsí plynu a syté páry vhodné kapaliny (např. vody). Částice jaderného záření při pohybu v komoře vytváří ionty, které vyvolávají kondenzaci páry. Trajektorie částice je tak vyznačena mikroskopickými kapičkami.
stránka 170
JADERNÁ REAKCE: Jaderná přeměna, k níž dochází při vzájemných interakcích jader s různými částicemi nebo jader navzájem. Jestliže na jádro atomu X dopadá částice a, vzniká při jaderné reakci jádro Y a uvolňuje se částice b: X + a = Y + b; Er (Er je energie jaderné reakce.) Pro jaderné reakce platí: zákon zachování elektrického náboje Z = Zx + Za = ZY + Zb = Z' (Z, Z' jsou počty elementárních nábojů jádra a částice před reakcí a po ní) a zákon zachování počtu nukleonů A = Ax + Aa = AY + Ab = A' (A, A' jsou počty nukleonů před reakcí a po ní)
EXCITOVANÉ JÁDRO: Jádro, jehož energie se zvýšila vlivem interakce s částicí. Označuje se X *.
UMĚLÁ TRANSMUTACE: Laboratorně připravená jaderná reakce, při níž dochází k přeměně jednoho prvku v jiný. První jadernou transmutaci provedl E. Rutherford v r. 1919:
Při jaderné transmutaci byl objeven neutron:
JADERNÁ SYNTÉZA
: Jaderná reakce, při níž např. složením dvou lehčích jader vznikne jádro těžší, s větší vazebnou energií připadající na nukleon. Při této reakci se uvolňuje značná energie. Příklady:
Er = –4,03 MeV Er = –22,36 MeV
ŠTĚPENÍ JADER URANU: Jaderná reakce, při níž pomalý neutron vyvolá štěpení izotopu uranu . Jádro uranu se rozpadá na dvě excitovaná jádra atomů prvků ze střední části periodické soustavy prvků (např. 56Ba, 36Kr nebo 38Sr, 54Xe). Současně vzniká určitý počet neutronů a uvolňuje se energie 200 MeV. Např.:
nebo
stránka 171
ŘETĚZOVÁ ŠTĚPNÁ REAKCE: Štěpení uranu, které probíhá lavinovitě tak, že neutrony vznikající při rozštěpení jednoho jádra vyvolají štěpení několika dalších jader.
ŘÍZENÁ JADERNÁ REAKCE: Jaderná reakce štěpení uranu, jejíž průběh je řízen záměrnou absorpcí neutronů vyvolávajících štěpení jader uranu. K tomu slouží regulační tyče z vhodného materiálu (bor, kadmium).
JADERNÝ REAKTOR: Zařízení, v němž se uskutečňuje řízená jaderná reakce štěpení jader uranu. Nejdůležitějšími částmi jaderného reaktoru jsou palivové články, moderátor a regulační tyče umístěné v aktivní zóně reaktoru.
PALIVOVÝ ČLÁNEK: Konstrukčně vhodně upravená tyč obsahující štěpný materiál uzavřený v obalu, který zadržuje produkty štěpení.
MODERÁTOR
: Látka, která snižuje rychlost neutronů vznikajících při štěpné reakci na hodnotu potřebnou k vyvolání štěpné reakce dalšího jádra (např. grafit, voda aj.).
URYCHLOVAČ NABITÝCH ČÁSTIC: Zařízení, pomocí kterého lze získat částice s nábojem, které mají velkou kinetickou energii. Podle tvaru trajektorie, po níž se urychlovaná částice pohybuje, jsou urychlovače lineární a kruhové.
CYKLOTRON: Kruhový urychlovač částic s nábojem, jejichž trajektorie je zakřivována působením magnetického pole. Trajektorie má tvar spirály a částice je urychlována při periodickém průchodu štěrbinou mezi dvěma válcovými duanty připojenými ke zdroji střídavého vysokého napětí.
ELEMENTÁRNÍ ČÁSTICE
: Nejmenší materiální objekty, které nelze považovat za složené z dalších stabilních částic a které se při srážkách s jinými částicemi nerozpadají na další částice.
SLABÁ INTERAKCE
: Druh základní interakce (vzájemného působení) hmotných objektů. Vysvětluje vzájemné působení částic s nábojem výměnou fotonů.
SILNÁ INTERAKCE
: Druh základní interakce hmotných objektů. Uplatňuje se mezi nukleony a podmiňuje existenci jaderných sil v atomovém jádře. Je zprostředkována výměnou pionů mezi hadrony.
LEPTONY: Elementární částice, které nepodléhají silné interakci. Patří k nim neutrino, elektron a mion (mezon µ).
MEZON: Elementární částice, jejíž klidová hmotnost je řádově 102krát větší než hmotnost elektronu me. MION: Elementární částice (mezon µ) o hmotnosti 206,8me a náboji –e. Doba života je 2,2 ⋅ 10–6 s. HADRONY: Elementární částice, které podléhají silné interakci. Patří k nim mezony a baryony. PION: Elementární částice (mezon π), která se vyskytuje ve dvou podobách. Pion π+ má hmotnost 273,2 me a náboj +e. Pion π0 má hmotnost 264,2me a nemá elektrický náboj.
BARYONY: Elementární částice, které patří mezi hadrony. Jsou to: proton a neutron.
stránka 172
HYPERON
: Elementární částice s největší klidovou hmotností (více než 2 000me). Jsou to: lambda, sigma, ksí a omega.
stránka 173
9 ASTRONOMIE A ASTROFYZIKA 9.1 Astronomie ASTRONOMIE
: Věda, která zkoumá kosmická tělesa, jejich pohyb, vlastnosti a vývoj. Jedna z nejstarších přírodních věd, která se začala rozvíjet již ve starověku v souvislosti s praktickou činností lidí (např. měření času, vliv ročních období na zemědělské práce, mořeplavba). Obory: sférická astronomie (zabývá se měřením poloh kosmických objektů na obloze), stelární astronomie (zabývá se kinematikou a dynamikou hvězd a hvězdných soustav a jejich vývojem), astrofyzika.
SLUNEČNÍ SOUSTAVA: Slunce a všechna kosmická tělesa, která se pohybují v jeho gravitačním poli. Jsou to: planety, měsíce těchto planet, planetky, komety, meteory a meteorické roje, prachové a plynné částice meziplanetární látky.
GEOCENTRICKÁ SOUSTAVA: Představa, že Země je středem, kolem kterého obíhá nejen Měsíc, ale i planety a Slunce. Tuto představu vytvořil Ptolemaios ve 2. století n. l.
HELIOCENTRICKÁ SOUSTAVA: Představa, že planety obíhají kolem Slunce. První ji vyslovil M. Koperník (1543).
SLUNCE: Hvězda, která je centrálním tělesem sluneční soustavy. Základní údaje: hmotnost 1,99 ⋅ 1030 kg, poloměr 6,96 ⋅ 108 m, střední hustota 1 410 kg ⋅ m–3, povrchová teplota 5 770 K.
PLANETY
: Devět hlavních těles sluneční soustavy, která se pohybují po eliptických trajektoriích v gravitačním poli Slunce. Pořadí planet podle rostoucí vzdálenosti od Slunce: Merkur, Venuše, Země, Mars, Jupiter, Saturn, Uran, Neptun, Pluto. Základní údaje jsou v tabulce 9-1. Tabulka 9-1
Planeta Střední vzdálenost od Slunce 106 km AU Merkur 58 0,387 Venuše 108 0,723 Země 149,5 1,000 Mars 228 1,524 Jupiter 778 5,203 Saturn 1 426 9,546 Uran 2 869 19,20 Neptun 4 496 30,09 Pluto 5 908 39,5
Oběžná doba Průměr Hustota Počet měsíců r d 103 km 103 kg ⋅ m–3 88 4,842 5,43 224,7 12,191 5,24 1 12,756 5,52 1 1 321,7 6,840 3,94 2 11 314 139,2 1,33 28 29 167 114,8 0,69 30 84 8 53,4 1,30 21 164 282 44,6 1,76 8 248 157 6 2,00 1
ASTRONOMICKÁ JEDNOTKA - AU: Střední vzdálenost Země od Slunce: 1 AU = 1,496 ⋅ 1011 m ≈ 150 ⋅ 106 km
stránka 174
PLANETKY
: Kosmická tělesa menších rozměrů (největší má průměr asi 1 000 km, nejmenší zjištěné planetky mají průměry kolem 1 km) obíhající kolem Slunce mezi trajektoriemi Marsu a Jupitera. Objevených planetek je přibližně 10 000, jejich celkový počet se odhaduje na několik desítek tisíc.
MĚSÍCE PLANET
: Přirozené družice planet, obíhající po přibližně kružnicové nebo eliptické trajektorii kolem většiny planet (kromě Merkura a Venuše).
MĚSÍC: Přirozená družice Země, pohybující se po přibližně kružnicové tajektorii ve střední vzdálenosti 384 405 km od Země.
KOMETA: Těleso malého rozměru obíhající kolem Slunce po velmi protáhlé elipse. Je pozorovatelná, když se přiblíží na malou vzdálenost ke Slunci, kde se působením slunečního záření z jádra komety uvolňují plyny a vytvářejí kolem jádra obal (koma) a charakteristický chvost komety, směřující zpravidla od Slunce.
METEOROID: Malá částice vznikající při postupném rozpadu komet. Meteoroidy se pohybují kolem Slunce po eliptických trajektoriích, které mohou protnout trajektorii Země a částice pak mohou proniknout do zemské atmosféry.
METEOR: Světelný úkaz v atmosféře Země, který vzniká, když meteoroid vlétne velkou rychlostí do atmosféry a zde se rozžhaví na vysokou teplotu, při níž se látka meteoroidu převážně vypaří.
BOLID: Zvláště jasný meteor. METEORIT
: Zbytek velkého meteoroidu, který se při pohybu v atmosféře celý nevypařil a jeho část dopadla na povrch Země.
OBLOHA, SFÉRA: Myšlená kulová plocha, na níž pozorujeme hvězdy a ostatní kosmické objekty. OBZOR, HORIZONT
: Průsečnice vodorovné roviny v pozorovacím místě a sféry (zdánlivý horizont), popř. vodorovné roviny procházející středem Země (skutečný horizont).
ZENIT: Průsečík svislé přímky procházející pozorovacím místem a sférou, který leží nad hlavou pozorovatele.
NADIR: Průsečík se sférou protilehlý zenitu. SVĚTOVÝ ROVNÍK: Průsečnice roviny zemského rovníku se sférou. SVĚTOVÝ PÓL: Bod na sféře v úhlové vzdálenosti 90° od světového rovníku. Protilehlé póly se označují jako severní a jižní pól v souladu s geografickými póly. Obdobně existuje pól ekliptiky (vzhledem k rovině ekliptiky) a galaktický pól (vzhledem ke galaktické rovině).
POLEDNÍK, MERIDIÁN: Kružnice na sféře procházející zenitem, nadirem a oběma světovými póly. Místní poledník se vztahuje k pozorovacímu místu.
EKLIPTIKA
: Průsečnice roviny, v níž obíhá Země kolem Slunce (rovina ekliptiky), a sféry. Průsečíky ekliptiky se světovým rovníkem jsou jarní bod a podzimní bod. Těmito body prochází Slunce při jarní, popř. podzimní rovnodennosti.
stránka 175
ROVNOBĚŽKA: Kružnice na sféře, jejíž rovina je rovnoběžná s rovinou světového rovníku. OBRATNÍK: Rovnoběžka určená polohou Slunce při největší úhlové vzdálenosti Slunce od světového rovníku (±23,5°). Obratník na severní polokouli je obratník Raka a Slunce ho dosahuje při letním slunovratu. Obratník na jižní polokouli je obratník Kozoroha a Slunce ho dosahuje při zimním slunovratu.
OBZORNÍKOVÉ SOUŘADNICE
: Sférické souřadnice, jimiž se určuje poloha kosmického objektu (např. hvězdy H) na sféře. Poloha se určuje vzhledem k rovině horizontu (výška - h, popř. zenitová vzdálenost - z) a vzhledem k rovině místního poledníku (azimut - A).
Obr. 9-1
VÝŠKA - h: Orientovaný úhel, který svírá spojnice pozorovatel - objekt s rovinou horizontu. Úhel určující výšku nad obzorem je kladný, pod obzorem záporný.
ZENITOVÁ VZDÁLENOST - z: Úhlová vzdálenost objektu od zenitu. Platí: z + h = 90°. AZIMUT - A: Úhel, který svírá svislá rovina procházející tělesem a zenitem s rovinou místního poledníku. ROVNÍKOVÉ SOUŘADNICE: Sférické souřadnice, u nichž je poloha kosmického objektu
(např. hvězdy H) určena vzhledem k rovině světového rovníku (deklinace - δ) a k rovině místního poledníku (hodinový úhel - t), popř. rovině procházející světovými póly a jarním bodem (rektascenze - α).
Obr. 9-2
stránka 176
DEKLINACE - δ: Úhlová vzdálenost objektu na sféře od světového rovníku. Na sever od světového rovníku je kladná, na jih záporná.
HODINOVÝ ÚHEL - t: Úhel, který svírá rovina procházející oběma světovými póly a objektem s rovinou místního poledníku. Měří se od místního poledníku ve směru denního otáčení oblohy.
REKTASCENZE
- α: Úhel, který svírá rovina procházející světovými póly a objektem s rovinou procházející světovými póly a jarním bodem. Měří se od jarního bodu proti směru denního otáčení oblohy.
ROČNÍ POHYB SLUNCE: Důsledek pohybu Země kolem Slunce, který se pozorovateli na Zemi jeví jako pohyb Slunce po ekliptice.
ROVNODENNOST: Okamžik, kdy se Slunce při svém ročním pohybu nachází na světovém rovníku. Jestliže přechází z jižní polokoule na severní nastává jarní rovnodennost (21. března), při přechodu ze severní polokoule na jižní nastává podzimní rovnodennost (23. září).
SLUNOVRAT: Okamžik, kdy se Slunce při svém ročním pohybu nachází na obratníku Raka (deklinace δ = +23,5°, letní slunovrat), popř. na obratníku Kozoroha (δ = –23,5°, zimní slunovrat).
HVĚZDNÝ (siderický) ČAS: Hodinový úhel jarního bodu. SLUNEČNÍ (solární) ČAS: Hodinový úhel Slunce zvětšený o 12 hodin. DEN
: Časová jednotka odvozená od rotace Země. Sluneční den je doba mezi dvěma po sobě jdoucími dolními kulminacemi Slunce. Hvězdný den je doba mezi dvěma po sobě jdoucími horními kulminacemi jarního bodu.
KULMINACE: Okamžik, kdy kosmický objekt při svém denním pohybu po sféře prochází místním poledníkem. Přitom je objekt buď nad obzorem (horní kulminace), nebo pod obzorem (dolní kulminace).
MĚSÍC
: Časová jednotka odvozená od oběhu Měsíce kolem Země. Určuje se vzhledem ke hvězdám (siderický měsíc: 27 d 07 h 43 min 11,54 s), vzhledem ke Slunci (synodický měsíc: 29 d 12 h 44 min 02,7 s) vzhledem k jarnímu bodu (tropický měsíc: 27 d 07 h 43 min 04,7 s)
ROK: Časová jednotka odvozená z oběhu Země kolem Slunce. Určuje se vzhledem ke hvězdám (hvězdný rok, siderický rok: 365 d 06 h 09 min 09,5 s) a vzhledem k jarnímu bodu 365 d 05 h 48 min 45,7 s). Občanský rok je zaokrouhlen na celé dny, tzn. na 365 d (obyčejný rok), popř. 366 d (přestupný rok).
PARALAXA: Úhel, který svírají dvě myšlené přímky vedené z pozorovaného bodu do dvou různých pozorovacích míst. Úhel, pod kterým se z daného objektu jeví velká poloosa dráhy Země kolem Slunce je roční paralaxa.
PARSEK - pc: Vzdálenost, z níž bychom velkou poloosu dráhy Země kolem Slunce, postavenou kolmo na směr zorného paprsku viděli pod úhlem 1'': 1 pc = 3,086 ⋅ 1016 m
stránka 177
SVĚTELNÝ ROK - l. y.: Vzdálenost, kterou světlo ve vakuu urazí za jeden rok: 1 l. y. = 9,46 ⋅ 1015 m (l. y. je zkratka angl. light year)
PERICENTRUM: Bod na dráze tělesa, který je nejblíže k centrálnímu tělesu. Je-li centrálním tělesem Země, jde o perigeum (přízemí), je-li centrálním tělesem Slunce, jde o perihelium (přísluní).
APOCENTRUM: Bod na dráze tělesa, který je nejdále od centrálního tělesa. Na dráze tělesa kolem Země je to apogeum (odzemí), na dráze kolem Slunce afélium (odsluní).
EFEMERIDA: Soubor poloh kosmického tělesa určených výpočtem na základě znalosti jeho dráhy. ZATMĚNÍ SLUNCE: Úkaz, který nastává, když Země, Měsíc a Slunce jsou přibližně na stejné přímce. Měsíc zakrývá sluneční kotouč a v místech na povrchu Země, kam dopadá stín Měsíce, pozorujeme zatmění Slunce. V místech polostínu je částečné zatmění a v místech plného stínu je úplné zatmění Slunce. Jestliže plný stín nedosahuje až na povrch Země, vzniká prstencové zatmění.
Obr. 9-3
ZATMĚNÍ MĚSÍCE: Úkaz, který nastává, když Měsíc vstoupí do oblasti stínu, který vrhá Země osvětlená Sluncem. Jestliže plný stín dopadá jen na část Měsíce, nastává částečné zatmění Měsíce. Když do plného stínu vstoupí celý Měsíc, nastává úplné zatmění Měsíce.
Obr. 9-4
ZÁKRYT HVĚZDY MĚSÍCEM: Úkaz, který nastává, když Měsíc při svém pohybu na sféře zakryje některou hvězdu.
9.2 Astrofyzika ASTROFYZIKA
: Obor astronomie, který zkoumá fyzikální a chemické vlastnosti kosmických těles a mezihvězdného prostředí. Základním zdrojem poznatků o kosmických objektech je elektromagnetické záření, které tyto objekty vyzařují. Podle oblasti spektra studovaného záření se dělí na astrofyziku: rádiovou, mikrovlnnou, infračervenou, optickou, ultrafialovou, rentgenovou a gama.
stránka 178
KOSMICKÉ ZÁŘENÍ: Proud částic (zejména protonů nebo i jader prvků s malou atomovou hmotností) o vysoké energii, které dopadají na Zemi z kosmického prostoru.
HVĚZDA: Kosmický objekt velkého rozměru v podobě plynné koule, v níž probíhají termonukleární reakce, které jsou zdrojem záření hvězdy. Na obloze se jeví jako svítící bod různé jasnosti. Hmotnosti hvězd jsou srovnatelné s hmotností Slunce MS a jsou v intervalu od 0,01MS do 100MS.
MAGNITUDA, HVĚZDNÁ VELIKOST
- m: Poměrné vyjádření jasnosti hvězdy v logaritmickém měřítku. Historicky byly hvězdy viditelné prostým okem rozděleny do šesti magnitud, přičemž nejjasnější hvězdy na obloze měly magnitudu 1. Objektivně se magnitudy určují Pogsonovou rovnicí. Zdánlivá magnituda je změřena ze Země a závisí na vzdálenosti hvězdy (popř. i na absorpci záření v mezihvězdném prostoru). Absolutní magnituda je magnituda přepočtená na vzdálenost 10 pc (popř. opravená vzhledem k absorpci záření).
POGSONOVA ROVNICE: Rovnice vyjadřující rozdíl zdánlivých magnitud mA, mB hvězd A a B
poměrem jejich zářivých toků Φe,A, Φe,B:
Číselný koeficient je volen tak, aby stupnice magnitud odpovídala historicky vzniklému rozdělení hvězd do šesti magnitud. Rozdílu 5 magnitud pak odpovídá poměr zářivých toků 1 : 100.
SPEKTRÁLNÍ TŘÍDA HVĚZDY: Historicky vzniklá (tzv. harvardská) klasifikace hvězd do skupin v závislosti na teplotě fotosféry hvězdy. Třídy jsou označovány O, B, A, F, G, K, M. Hvězdy typu O mají teplotu fotosféry větší než 2 ⋅ 104 K, hvězdám typu M odpovídá teplota 2 ⋅ 102 K. Slunce má spektrální třídu G.
FOTOSFÉRA: Nejnižší vrstva atmosféry hvězdy.
stránka 179
STAVOVÝ DIAGRAM HVĚZD: Diagram, na jehož vodorovné ose je efektivní teplota hvězdy Tef a na svislé ose zářivý výkon L, popř. v logaritmické stupnici vyjádřený poměr spektrální zářivosti hvězdy k spektrální zářivosti Slunce (log L/LS; LS = 3,83 ⋅ 1026 W). Obr. 9-5 (R je poloměr hvězdy)
Obr. 9-5
EFEKTIVNÍ TEPLOTA - Tef: Teplota hvězdy určená za předpokladu, že fotosféra hvězdy září jako černé těleso.
ZÁŘIVÝ VÝKON HVĚZDY - L: Celkový výkon záření, vysílaný celým povrchem hvězdy do prostoru. S poloměrem R hvězdy souvisí vztahem:
(σ je Stefanova-Boltzmannova konstanta)
DVOJHVĚZDA: Soustava dvou hvězd, které obíhají po eliptických trajektoriích kolem společného hmotného středu. Druhy dvojhvězd: vizuální dvojhvězdy (hvězdy lze rozlišit okem nebo dalekohledem), zákrytové dvojhvězdy (při vzájemných zákrytech hvězd se mění celková jasnost soustavy), spektroskopické dvojhvězdy (ve spektru dochází k periodickému posunu nebo rozdvojování spektrálních čar v důsledku Dopplerova jevu).
stránka 180
PROMĚNNÁ HVĚZDA
: Hvězda, jejíž magnituda, popř. i spektrum se v pravidelných, popř. v nepravidelných obdobích mění. Základní typy: pulzující (periodicky se mění objem hvězdy), eruptivní.
BÍLÝ TRPASLÍK: Hvězda s vysokou povrchovou teplotou a s poloměrem řádově 0,01 poloměru Slunce a se střední hustotou 106krát větší, než je střední hustota Slunce. Tento typ hvězd představuje závěrečné stadium vývoje hvězd.
ČERVENÝ OBR: Hvězda v pokročilém stádiu vývoje, která má značnou velikost a nižší povrchovou teplotu.
SUPERNOVA
: Kosmický objekt, který vzniká při výbuchu hvězdy s větší hmotností v pozdním stadiu vývoje. Výbuchem se vytváří expandující mlhovina s jádrem v podobě neutronové hvězdy.
NOVA: Povrchová exploze hvězdy, při níž se uvolní velká energie (průměrně 1036 J). S tím souvisí značné zvýšení zářivého výkonu hvězdy, což se projevuje zvětšením jasnosti hvězdy.
PULZAR
: Kosmický zdroj rádiového záření (rychle rotující neutronová hvězda), jehož intenzita se periodicky mění s periodou od zlomku sekundy do několika sekund.
NEUTRONOVÁ HVĚZDA: Objekt, jehož hustota je řádově rovna hustotě atomového jádra. ČERNÁ DÍRA: Objekt s tak silným gravitačním polem, že hmotné částice ani fotony záření nemohou uniknout do prostoru. Teoretický výklad existence černé díry podává obecná teorie relativity.
KVAZAR
: Velmi vzdálený kosmický objekt podobný hvězdě, který vyzařuje záření velké intenzity v široké oblasti spektra elektromagnetického záření všech vlnových délek.
GALAXIE
: Soustava hvězd. Naši Galaxii, do níž patří i Slunce, pozorujeme na obloze jako Mléčnou dráhu. Pro strukturu galaxie je charakteristický útvar ve tvaru rotačního elipsoidu ve středu galaxie (jádro galaxie) a spirální ramena. Vně naší Galaxie existuje řada dalších galaxií s různou strukturou (galaxie eliptické, spirální, čočkové a nepravidelné).
HVĚZDOKUPA: Soustava stovek až statisíců hvězd stejného stáří. Poměrně mladé hvězdy vytvářejí otevřené hvězdokupy. Kulově symetrická soustava velkého počtu většinou velmi starých hvězd má podobu kulové hvězdokupy.
MLHOVINA
: Útvar tvořený obvykle oblaky nehomogenně rozložené mezihvězdné látky. Hustá oblaka tvoří difuzní mlhovinu. Jestliže se mlhovina v blízkosti žhavé hvězdy excituje a září, jde o emisní mlhovinu. Prachoplynná mlhovina může světlo hvězd zeslabovat a jeví se jako temná mlhovina. Zvláštním útvarem je planetární mlhovina, která vzniká oddělením vnějšího obalu hvězdy a má podobu prstence nebo koule.
KUPA GALAXIÍ: Soustava stovek až tisíců galaxií, jejíž střední rozměr je 5 Mpc. RADIOASTRONOMIE
: Obor astronomie, který zkoumá rádiové záření kosmických objektů (pasivní radioastronomie), popř. rádiové záření vyslané ze Země, které se k Zemi vrací po odrazu od kosmického tělesa (aktivní radioastronomie).
KOSMOLOGIE: Hraniční vědní disciplína na rozhraní astronomie, fyziky a filozofie, zkoumající vesmír jako celek. Usiluje o poznání dynamiky a struktury vesmíru a podstaty dějů, které v něm probíhají.
stránka 181
KOSMOLOGICKÝ PRINCIP
: Vesmír je homogenní a izotropní. Tzn. že rozdělení látky ve vesmíru jako celku má z hlediska kosmologického principu stejnou hustotu nezávislou na směru, třebaže je z hlediska poměrně velkých rozměrů (řádově 10 Mpc) značně nehomogenní.
RUDÝ POSUV: Čím je galaxie od nás ve větší vzdálenosti, tím více jsou spektrální čáry v jejím spektru posunuty k červenému okraji spektra. Příčinou je Dopplerův jev způsobený rostoucí rychlostí galaxií ve větší vzdálenosti.
HUBBLEŮV VZTAH: Rychlost v vzdalování galaxie je přímo úměrná její vzdálenosti r: v = Hr (H je Hubbleova konstanta)
HUBBLEOVA KONSTANTA - H: H = (75 ± 25) km ⋅ s–1 ⋅ Mpc–1 Hodnoty konstanty určené různými metodami jsou v intervalu od 50 km ⋅ s–1 ⋅ Mpc–1 do 100 km ⋅ s–1 ⋅ Mpc–1.
VELKÝ TŘESK (big bang
): Výchozí předpoklad modelu rozpínajícího se vesmíru, podle kterého před 10 až 20 miliardami roků byla hustota a teplota látky ve vesmíru tak vysoká, že v celém vesmíru současně nastala expanze podobající se výbuchu.
RELIKTNÍ ZÁŘENÍ: Rádiové záření, které přichází z kosmického prostoru ze všech směrů se stejnou intenzitou. Je potvrzením platnosti kosmologického principu.
stránka 182
