biofizika előadásjegyzet

az elektromágneses sugárzások fizikai tulajdonságaik megegyeznek, de hatásukban eltérnek

1eV = (E = q • U) = 1,6 • 10-19 C • 1V = 1,6 • 10-19 J

a teljes elektromágneses sugárzási spektrumból a γ-sugárzás az egyedüli magsugárzás, a többi az atom elektronhéjában lejátszódó folyamatokból származik, ezeket közös néven fénysugárzásnak nevezzük. az elektromágneses sugárzás kettős természete:

1. hullámtermészet: 	elhajlás
			interferencia
			polarizáció
	a hullámtermészet a λ-növekedés irányában válik dominánssá
2. részecsketermészet:	fotoelektromos hatás (pl.: fotocella)
				fotokémiai hatás (pl.: filmfeketedés)
	a részecsketermészet a λ-csökkenés irányában válik dominánssá

a fény kölcsönhatása atomi rendszerekkel: (fény emisszió/abszorpció)

emisszió: akkor jön létre, ha a rendszer többletenergiával rendelkezik, mert gerjesztett állapotban van. a gerjesztés abszorpciót igényel.

az elektron (e-)akkor kerül magasabb energiaszintű atompályára, ha megfelelő energiát közlünk vele
az energiaminimumra való törekvés miatt a gerjesztett e- alacsonyabb energiaszintű pályára ugrik vissza, és közben a többletenergiát kisugározza foton formájában.

a gerjesztett állapot megszűnése a rekombináció. a rekombináció spontán és nem igényel energiát. ez a fényemiszó. a gerjesztés diszkrét energiával történik, mert az e- csak a megfelelő mennyiségű energiát nyeli el. a kibocsátott fény kvantuma (fotonenergiatartomány) is diszkrét, az atomra jellemző érték.

a gerjesztés történhet: - termikusan (lángfestés)

  1. elektromosan (kisülési csövek)
  2. optikai módon (fotoszintézis)

az emisszió lehet: - spontán

  1. indukált: az emittált fotonnal azonos frekvenciájú foton váltja ki az emissziót (lézerfény)

abszorpció: fénnyel történő gerjesztés

optikai gerjesztés:
	1. az elnyelődött foton csak perturbálja (megzavarja) az atomi rendszert.
		- nagyon rövid idejű (10-15s)
		- ezután fényemisszió történik, foton emittálódik, ez lehet:
			koherens szórás [klasszikus v. Rayleigh-szórás]

(a beeső fotonnal azonos az emittált foton energiája)

			Raman-szórás (eltérő frekvenciájú foton lép ki)
	2. az elnyelődő foton az atomi rendszert ténylegesen magasabb energiaállapotba juttatja (gerjesztés)
		- időtartama hosszabb (10-8 -10-3 s)
		- a gerjesztési energia (abszorbeálódott E) többféle módon emittálódhat:
			foton formájában (lumineszcencia)
			fotokémiai reakciót létrehozva
			fononemisszió formájában
				a belső energia kvantuma a fonon
				a gerjesztési energia hővé degradálódik
				ez a szűkebb értelemben vett fényabszorpció
	3. a gerjesztő foton fényelektromos hatást vált ki (fotoeffektus)
		Compton-effektus, párképződés
		pl.: fotocella

alapfogalmak

sugárzási teljesítmény (időegységre vonatkoztatott emittált energia)
	Φ =  dQ / dt  [W = J/s]
sugárzás intenzitása
	I =  dφ / dA  =  dQ / (dt • dA)   [W/m2]
	a sugárzás terjedési irányára merőleges egységnyi felületen egységnyi idő alatt áthaladó energia
teljesítménysűrűség (besugárzott teljesítmény)
	E = dφ / dA  
	a sugárzás terjedési irányára merőleges egységnyi felületre egységnyi idő alattbeesőenergia
a sugárzásintenzitás gyengülésének törvénye
	a sugárzás intenzitása az abszorbens rétegvastagságának függvényében exponenciálisan csökken
		-dI = μ • I • dx
		ahol 	μ arányossági tényező (gyengülési együttható)
			x a rétegvastagság
		a differenciálegyenletet átrendezve:
		ln I = - μ • x + c (c konstans)
		I = c • e -μ • x  << a differenciálegyenlet általános megoldása
		I = I0 • e -μ • x  << az integrális alak (I0 a kezdeti intenzitás)
	a felezési rétegvastagság (D) a sugárzás intenzitását a felére csökkenti
		I0  / 2 = I0 • e -μ • D vegyük a reciprokát
		2 = e μ • D vegyük a természetes alapú logaritmusát
		μ = 0,693 / D