Heeft zonlicht een (oneindig) continue spectrum en hoe komt dit precies tot stand? - GoeieVraag
erotisi 06 June 2015 17:09
Heeft zonlicht een (oneindig) continue spectrum en hoe komt dit precies tot stand?
Zonlicht wordt beschouwd als wit licht, en alszodanig bevat het alle kleuren die gemengd een wit/gele kleur geven. Het spectrum van het zonlicht wordt ook wel benaderd door dat van een zwart lichaam. Het gevolg hiervan is dat in theorie de zon als zwart lichaam op alle golflengten straling uitzenden. Niettemin ontdekte Planck dat elektromagnetische straling alleen in discrete hoeveelheden (kwanta) kon worden doorgezonden.
Mijn vraag is nu of inderdaad elke golflengte geproduceerd wordt door de zon? En dan kan ik ook bedoelen werkelijk elke golflengte (binnen de marge uiteraard) tot in het oneindige. Bijv. niet alleen 500 nm (blauw licht) maar dus ook 500,001 en 500,0001 en 500,00001 en zodus voor elke golflengte tot in het oneindige. Of is is het inderdaad echt gekwantificeerd en krijg je alleen de kleuren 500,501,502nm of desnoods 505,510,515 etc.? Voor het gemak laat ik de absorptielijnen even buiten beschouwing.
Om bovenstaande vraag/antwoord begrijpelijker te maken moet natuurlijk een idee worden verkregen hoe dat spectrum tot stand is gekomen.
Want enerzijds wordt de kleur van iets bepaald door zijn temperatuur maar anderzijds ook door de daarin aanwezig elementen.
Nu ontstaan in het binnenste van de zon door kernfusie gammastralen die er heel lang over doen om de zon te verlaten. Tijdens die reis van de kern naar buiten toe veranderen die gammastralen oa in zichtbaar licht. Maar hoe gebeurt dat dan? En is het alleen dit
proces wat leidt tot alle golflengten? Want als ik kijk naar de twee meest voorkomende elementen in de zon: waterstof en helium, dan zie je dat hun emissiespectrum echt bepaald zijn tot voornamelijk bepáálde violet straling voor waterstof en voor helium voornamelijk enkele bepaalde blauwe stralingen en een beetje geel en rood? Maar zijn die afdoende om het hele spectrum te bepalen?
Je haalt door de war wat een continue spectrum is en het opnemen en afgeven van energie wat in kwanta gebeurt.
07 June 2015 02:25
De zon is bij benadering een zwart lichaam. Dat wil zeggen dat het grootste deel van de straling thermische straling is, die wordt uitgezonden door elektronen die vrij bewegen (dus niet gebonden aan een atoomkern). De straling die die elektronen uitzenden is alleen afhankelijk van de temperatuur. Bij een lichaam met een bepaalde temperatuur hebben de elektronen snelheden die volgens een statistisch patroon verdeeld zijn. Daardoor is ook de golflengte van de uitgezonden straling statistisch verdeeld over het hele elektromagnetische spectrum. Dit wordt weergegeven in de Planck-kromme. Bij de temperatuur van de zon (ca. 5800 K) hoort een Planck-kromme die een piek heeft in het gele licht (555 nm) en aan de flanken steeds verder afneemt. Maar er is geen theoretische grens dus in theorie loopt hij door tot de lange radiogolven en tot het gammagebied. Snelheden van elektronen zijn voor zover we weten geen gequantiseerde grootheden. Ieder reëel getal kan in principe voorkomen als snelheid van een individueel elektron. En dus kan ook iedere willekeurige golflengte in principe voorkomen. De mogelijke waarden van de golflengte vormen een continue verzameling. Vandaar dat we de thermische straling ook wel continu spectrum noemen. Bij straling uitgezonden door elektronen in een atoom ligt het anders. Dan springen de elektronen van een hoger naar een lager energieniveau en het verschil wordt als een energiequantum uitgezonden. De golflengte bij uitzending is dus een nauwkeurig bepaald getal en we zien een lijn in het spectrum verschijnen, die niet bij het continue spectrum hoort. Echter het atoom had ook een snelheid en daardoor zal het foton een dopplerverschuiving ondergaan. Daar komt nog bij de snelheid van de zon als geheel (meestal klein t.o.v. de aarde) en de gravitationele roodverschuiving (ook klein in geval van de zon). Maar alles bij elkaar kan een lijn dus verbreed worden door de spreiding in individuele snelheden van een atoom of verschoven worden door onderlinge snelheden van hemellichamen. Ook de mogelijke waarden van de golflengte van lijnstraling vormen daardoor een continue verzameling (bij ontvangst).
WimNobel 07 June 2015 13:33
Begrijp ik het dan goed dat een vrij elektron ook fotonen kunnen opnemen of zend een vrij elektron fotonen uit naar gelang de mate waarin hij is bewogen niet zijnde door absorptie van een foton? De in mijn vraag genoemde gammastralen zie ik niet direct terug in je antwoord. Maar zijn het die stralen die de vrije elektronen absorberen onder uitzending van een foton met een lagere energie. Waarbij vervolgens dan een vrij elektron ook in een soort aangeslagen positie kan verkeren?