• Oпределение – Всички вещества при определени условия излъчват светлина. Науката е доказала, че излъчват отделните атоми и молекули. Този спектър се нарича спектър на излъчване или емисионен спектър.
• Видове спектри на излъчване
  • Линеен спектър – Атомите на даден елемент излъчват светлина, която е съвкупност от няколко монохроматични вълни, всяка от които е с определена дължина на вълната. Броят на линиите, тяхното разположение и яркост са различни за различните химични елементи. Линеен спектър се излъчва само при условие, че почти няма взаимодействие между атомите на веществото, т.е веществото е под формата на атоми в разреден газ.
  • Ивичен спектър – Съдържа не отделни линии, а по-широки ивици. Ивичните спектри се излъчват от молекули, които практически не взаимодействат помежду си, т.е веществото е под формата на молекули в разреден газ.
  • Непрекъснат спектър – Твърдите тела и течностите излъчват спектри, които съдържат вълни в цялата видима област.

• Oпределение – Атомите не само излъчват, но и поглъщат светлина. Съвкупността от тъмни линии на фона на спектъра на излъчване се нарича спектър на поглъщане или абсорбционен спектър. Опитът показва, че разредените газове и парите на химичните елементи поглъщат светлина с такава дължина на вълната, каквито самите те излъчват, когато са нагрети до висока температура.
• Видове спектри на поглъщане – Отново могат да бъдат: линейни и ивични, като тъмните линии или ивици са разположени на същите места, където са линиите и ивиците на излъчване.

• Електронът се движи по кръгова орбита около ядрото, без да излъчва.
• Само някои електронни орбити са разрешени и те се наричат стабилни (Фиг. 2).
  • Най-ниската електронна орбита има радиус r₁ = 5,29.10 ^{– 11} m, а радиусът r_n на всяка друга стабилна орбита се намира по формулата:

    (4): r_n = n²r₁, където n = 1, 2, 3, … .

  • Енергията на електрона е минимална E₁, когато той се намира на първата си стабилна орбита (n = 1), като стойността ѝ е E₁= – 13,6 eV. Енергията на електрона на произволна орбита се намира по формулата:

    (5): , където n = 1, 2, 3, … .

• Атомът поглъща фотон и електронът “прескача” от орбита с по-малка енергия E_n на орбита с по-голяма енергия E_m (Фиг. 3 – а)

  (6): hν = E_m – E_n.

• Атомът излъчва фотон и електронът “прескача” от орбита с по-голяма енергия E_m на орбита с по-малка енергия E_n (Фиг. 3 – б). Енергията на получения фотон се намира от формула (6).

• Стимулирано поглъщане (Фиг. 3 – а) – При нормални условия (например при стайна температура) атомите са в основно състояние, т.е. електроните заемат най-ниските си нива (на Фиг. 3 – а това е ниво n). При облъчване с фотон с точно определена енергия, един от най-външните електрони преминава на по-горно ниво, т.е. атомът преминава във възбудено състояние. Поглъщането се нарича стимулирано, защото преходът се предизвиква (стимулира) от фотон с точно определена енергия (тази енергия се намира от постулатите на Бор, формула 6).
• Спонтанно излъчване (Фиг. 3 – б) – Обикновено електронът престоява във възбудено състояние много кратко време (около 10 ^{– 8} s) и без външно въздействие (спонтанно) прескача обратно на по ниско ниво, т.е. атомът изпуска фотон, като енергията на този фотон отново се намира от постулатите на Бор.
• Стимулирано излъчване (Фиг. 3 – в) – Това излъчване е предсказано от Айнщайн и лежи в основата на квантовата електроника. Ако върху атом, който има електрон във възбудено състояние (има енергия E_m) попадне фотон с точно определена енергия ΔE (равна на разликата между възбудено и основно състояние, т.е. ΔE = E_m – E_n), то фотонът вместо да се погълне от атома, кара електронът да се върне в основното си състояние и излъчва нов фотон. Тези два фотона имат еднакви енергии, честоти, посоки на разпространение, а амплитудите на двата фотона съвпадат във времето. Затова казваме, че при стимулираното излъчване фотоните са съгласувани или кохерентни. При определени условия тези два фотона могат да предизвикат стимулирано излъчване на други атоми.
  Бележка:

  За да се осъществи стимулирано излъчване, е необходимо да бъдат изпълнени две условия:

  1. Атомът да бъде във възбудено състояние.
  2. Енергията на облъчващия фотон да е точно равна на разликата между възбудено и основно състояние, т.е. ΔE = E_m – E_n.

• Инверсна населеност – Състояние, при което атомите във възбудено състояние са много по-вече от тези в основно състояние.
• Лазерно лъчение (Фиг. 3 – г)
  • Механизъм за получаване – При срещата на фотон с възбуден електрон се получават 2 фотона. Тези фотони срещат нови два електрона във възбудено състояние и се получават 4 фотона и т.н.
  • Условия за генериране на лазерно лъчение – Трябва да са изпълнени следните две условия:
    1. Голяма част от атомите на средата да са във възбудено състояние, т.е. да имаме инверсна населеност на средата.
    2. Енергията на облъчващия фотон да е точно равна на разликата между възбудено и основно състояние, т.е. ΔE = E_m – E_n.
• Лазери – Фотоните предизвикват два вида атомни преходи: в състояние с по-голяма енергия (стимулирано поглъщане) или в състояние с по-малка енергия (стимулирано излъчване). Вероятността за двата процеса е еднаква. Когато светлина попадне върху система от атоми (например разреден газ), обикновено се наблюдава само стимулирано поглъщане на фотони, тъй като при топлинно равновесие броят на атомите в основно състояние е много по-голям от броя на възбудените атоми (нормална населеност на нивата). Затова броят на процесите на стимулирано излъчване е пренебрежимо малък. Ако обаче се реализира обратният случай, наречен инверсна населеност: във възбудено състояние се намират повече атоми, отколкото в основно състояние, тогава процесите на стимулирано излъчване са повече от процесите на стимулирано поглъщане. Поради стимулираното излъчване броят на фотоните нараства и светлината вместо да се поглъща, се усилва. Такива условия се създават при лазерите.
• Условия за работа на лазерите:
  • Наличие на активна среда. Това е среда, в която е създадена инверсна населеност на нивата. Инверсната населеност се поддържа от външен източник на енергия (електрична, оптична и др.): атомите поглъщат енергия от източника и преминават във възбудено състояние.
  • Възбуденото състояние трябва да е метастабилно. Метастабилно се нарича такова възбудено състояние, в което електронът може да се намира значително по-дълго време, отколкото в обикновените възбудени състояния. В такъв случай стимулираното излъчване се извършва преди спонтанното излъчване.
  • Излъчените фотони трябва многократно да преминат през активната среда, за да предизвикат принудено излъчване на по-голям брой възбудени атоми. Това се постига с помощта на две успоредни огледала, поставени от двете страни на активната среда. Едното огледало изцяло отразява светлината, а второто е полупрозрачно - част от светлината преминава през него и се формира лазерният сноп.

Основните свойства на силите на взаимодействие на частиците в ядрото са:

• Ядрените сили са сили на привличане, защото те компенсират електричното отблъскване между протоните. За да се запази стабилността на ядрото, необходим е по-голям брой неутрони, тъй като между тях действат само ядрени сили на привличане (това обяснява защо стабилните ядра с голям атомен номер имат повече неутрони, отколкото протони). При много малки разстояния между нуклоните обаче силите на привличане се сменят с ядрени сили на отблъскване.
• Ядрените сили не зависят от електричния заряд. Положително заредените протони и незаредените неутрони взаимодействат с еднакви сили.
• Ядрените сили се насищат – Ядрените сили са най-големите сили на взаимодействие, но те действат на много малки разстояния. Това показва, че всеки нуклон взаимодейства само със своите съседи, като на малки разстояния ядрените сили са значително по-големи от електричните сили. При увеличаване на разстоянието между нуклоните, ядрените сили бързо намаляват.

• Oпределение – Ядра с еднакъв брой протони (еднакви химични свойства), но различен брой неутрони (различни физични свойства).
• Записване на изотопите – Изотопите се записват , където X е знакът на химичния елемент, А – масовото число, Z – поредният номер на елемента в таблицата на Менделеев.

(7): E₀ = m₀c², където m₀ е масата на частицата в покой, E₀ – енергията на покой, c – скоростта на светлината във вакуум.

За да се разложи на отделни нуклони, атомното ядро трябва да получи допълнителна енергия, която по формула (7) се превръща в маса. Следователно свободните нуклони имат по-голяма енергия на покой и оттам по-голяма маса, отколкото същите нуклони, свързани в ядрото. Тази разлика в масите на свободните и свързаните нуклони се нарича масов дефект Δm, т.е. масата на всяко ядро е по-малка от сумарната маса на свободните нуклони.

Енергията, необходима за разделянето на атомното ядро на отделни неподвижни нуклони, които не взаимодействат помежду си. Основната ѝ мерна единица е мегаелектронволт [MeV].

(8): ΔE = Δmc², където Δm е масовия дефект.

• Oпределение – Енергията на връзката на един нуклон разделена на масовото число А, т.е. отношението .
• Графична зависимост между специфичната енергия на връзката от масовото число А – На Фиг. 5 е представена тази зависимост. От тази графика могат да се направят следните изводи:
  • Средни стойности – С изключение на най-леките ядра, средната стойност на е около 8 MeV.
  • Стабилни ядра – Специфичната енергия на връзката е най-голяма за ядра с масово число около A = 60. Това означава, че тези ядра са най-стабилни, т.е. техните нуклони са свързани най-здраво.
  • Нестабилни ядра – Всички ядра с повече от 83 протона са нестабилни.
  • Слаба зависимост на специфичната енергия на връзката от масовото число А – Такава слаба зависимост се наблюдава за най-леките ядра. Обяснението е, че ядрените сили имат свойството да се насищат: даден нуклон не взаимодейства с всички останали нуклони в ядрото, а само с ограничен брой свои най-близки съседи.

O – Спонтанното излъчване на α, β и γ лъчи от ядрото.

O – Реакции, при които се променя съставът на ядрото вследствие на външна намеса.

Oпределение – Реакции, при които се сливат две леки ядра и образуват по-тежко ядро при много висока температура.

Например: .

• Лептони – Най-леките частици. Електронът принадлежи към групата на лептоните.
• Бариони – Тежки частици с голяма маса. Протоните и неутроните принадлежат към групата на барионите.
• Мезони – Частици с маса между лептоните и барионите.

• Какво представляват кварките – Кварките изграждат голяма част от елементарните частици.
• Видове кварки:
  • горен (up) – отбелязва се с u.
  • долен (down)– отбелязва се с d.
  • странен (strange) – отбелязва се с s.
  • очарован (charmed) – отбелязва се с c.
  • красив (beauty) – отбелязва се с b.
  • топ (top) – отбелязва се с t.
• Цветен заряд – нов вид заряд характерен само за кварките. Има три вида цветен заряд:
  • червен;
  • син;
  • зелен.

  Например: Протоните и неутроните (или всички бариони) са изградени от три вида кварки (Фиг. 10): червен, зелен, син.
  Бележка:

  Не трябва да забравяме, че цветът е физическа характеристика на кварките и няма нищо общо с нашите зрителни възприятия.
• Взаимодействие – Силите на взаимодействие между кварките се определят от техния цветен заряд. Тези сили са най-големите в природата и затова взаимодействието между кварките се нарича силно взаимодействие. Кварки с еднакви цветни заряди се отблъскват, а кварки с различни цветни заряди се привличат. Също така се привличат кварк и антикварк с противоположни цветни заряди.

  Например: Два червени кварка се отблъскват, а червен, син и зелен (Фиг. 10) образуван система от три взаимно свързани частици (барионите). Червен и античервен кварк също образуват свързана система (това са мезоните, въобще мезоните са изградени от един кварк и един антикварк, които имат противоположни цветни заряди).

Цветът на една звезда се определя главно от нейната температура. Най-горещите звезди имат синкав или синкавобял цвят, а най-хладните - червеникавооранжев или червен. В зависимост от температурата на повърхността си повечето звезди са причислени към 7 спектрални класа:

• Какво представлява тази диаграма – Зависимостта между светимостта и спектралния състав на светлината на звездите се изразява в диаграма, известна в астрономията като диаграма спектър-светимост или диаграма на Херцшпрунг-Ръсел (ХР-диаграма).
• Как се съставя – В нея (Фиг. 11), по абсцисата се нанасят спектралните класове или повърхностните температури на звездите, а по ординатата - техните светимости в слънчеви или в абсолютни звездни величини.
• Главна последователност – Повечето звезди, за които зависимостта е изпълнена, образуват тясна наклонена ивица наречена главна последователност. 90% от звездите се намират на главната последователност.
  Бележка:

  Още за главната последователност вижте в „Еволюция на звездите“.
• Звезди извън главната последователност – Изключение правят някои по-особено еволюирали звезди – белите джуджета, червените свръхгиганти и др. В горната част на диаграмата са разположени гигантите и свъхгигантите. В долниата лява част на диаграмата са разположени белите джуджета – звезди с висока температура, но ниска светимост. Това се дължи на малките им размери.
• Каква друга информация дава – Освен това XP-диаграмата дава информация за възрастта и еволюцията на звездите. Младите горещи звезди, съставени предимно от водород са с класове O и B, т.е. синкаво-бели и затова често тези класове се наричат ранни. С възрастта си, дадена звезда се придвижва надясно по главната последователност - към по-късните класове, а в спектъра ѝ започват да се наблюдават линии на по-тежки елементи - калций, желязо и др.
• Защо носи това име – ХР-диаграмата е наименувана в чест на Ейнар Херцшпрунг (1873-1969) и Хенри Ръсел (1897-1957).

Скоростта v (измерена чрез червеното отместване в мерна единица km/s) на отдалечаване на галактиките е правопропорционална на разстоянието r (измерена в Mpc – мега парсек) между тях:

(14): v = H . r, където H = 71±4 (km/s)/Mpc се нарича константа на Хъбъл.