види спектрів

види спектрів

§ 82 ВИДИ СПЕКТРІВ

Спектральний склад випромінювання речовин дуже різноманітний. Але, незважаючи на це, все спектри, як показує досвід, можна розділити на три типи.

Безперервні спектри. Сонячний спектр або спектр дугового ліхтаря є безперервним. Це означає, що в спектрі представ.тени хвилі всіх довжин хвиль. У спектрі немає розривів, і на екрані спектрографа можна бачити суцільну різнобарвну смугу (див. Рис. V, 1 на кольоровій вклейці).

Розподіл енергії по частотах, т. Е. Спектральна щільність інтенсивності випромінювання, для різних тіл різна. Наприклад, тіло з дуже чорної поверхнею випромінює електромагнітні хвилі всіх частот, але крива залежності спектральної щільності інтенсивності випромінювання від частоти має максимум при певній частоті Vmax (рис. 10.3). Енергія випромінювання. яка припадає на дуже малі (V -> 0) і дуже великі (v -> v види спектрів ) Частоти, мізерно мала. При підвищенні температури тіла максимум спектральної щільності випромінювання зміщується в бік коротких хвиль.

Безперервні (або суцільні) спектри. як показує досвід, дають тіла, що знаходяться в твердому або рідкому стані, а також сильно стиснуті гази. Для отримання безперервного спектра потрібно нагріти те.ло до високої температури.

Характер безперервного спектру і сам факт його існування не тільки визначаються властивостями окремих випромінюючих атомів, а й великою мірою залежать від взаємодії атомів один з одним.

Безперервний спектр дає також високотемпературна плазма. Електромагнітні хвилі випромінюються плазмою в основному при зіткненнях електронів з іонами.

Лінійчаті спектри. Внесемо в бліде полум’я газового пальника шматочок азбесту, змочений розчином звичайної кухонної солі. При спостереженні полум’я в спектроскоп побачимо, як на тлі ледь помітного безперервного спектра полум’я спалахне яскрава жовта лінія (див.рис. V, 2 на кольоровій вклейці).

види спектрів

Цю жовту лінію дають пари натрію, які утворюються при розщепленні молекул кухонної солі в полум’я. На кольоровій вклейці наведені також спектри водню і гелію. Кожен з спектрів — це частокіл кольорових ліній різної яскравості, розділених широкими темними смугами. Такі спектри називаються лінійчатими. Наявність лінійного спектра означає, що речовина випромінює світло тільки цілком певних довжин хвиль (точніше, в певних дуже вузьких спектральних інтервалах). На малюнку 10.4 показано приблизний розподіл спектральної щільності інтенсивності випромінювання в лінійчатому спектрі. Кожна лінія має кінцеву ширину.

види спектрів

Лінійчаті спектри дають всі речовини в газоподібному атомарному (але не молекулярному) стані. У цьому випадку світло випромінюють атоми. які практично не взаємодіють один з одним. Це самий фундаментальний, основний тип спектрів.

Ізольовані атоми випромінюють світло строго визначених довжин хвиль.

Зазвичай для спостереження лінeйчaтиx спектрів використовують світіння парів речовини в полум’я або світіння газового розряду в трубці, наповненою досліджуваним газом.

При збільшенні щільності атомарного газу окремі спектральні лінії розширюються, і, нарешті, при дуже великому стисненні газу, когдаa взаємодія атомів стає істотним, ці лінії перекривають один одного, створюючи безперервний спектр.

Смугасті спектри. Смугастий спектр складається з окремих смуг, розділених темними проміжками. За допомогою дуже хорошого спектрального апарата можна виявити, що кожна смуга представляетет собою сукупність великого числа дуже тісно розташованих ліній. На відміну від лінійчатих спеутров смугасті спектри утворюються не атомами, а молекулами, не пов’язаними або слабо пов’язаними один з одним.

Для спостереження молекулярних спектрів так само, як і для спостереження лінійчатих спектрів, використовують світіння парів речовини в полум’я або світіння газового розряду.

Спектри поглинання. Всі речовини, атоми яких знаходяться в збудженому стані, випромінюють світлові хвилі. Енергія цих хвиль певним чином розподілена по довжинах хвиль. Поглинання світла речовиною також залежить від довжини хвилі. Так, червоне скло пропускає хвилі, відповідні червоному світлі ( види спектрів види спектрів 8 • 10 -5 см), і поглинає всі інші.

Якщо пропускати біле світло крізь холодний, що не випромінює газ, то на тлі безперервного спектра джерела з’являються темні лінії (див. Рис. V, 5-8 на кольоровій вклейці). Газ поглинає найінтенсивніше світло саме тих довжин хвиль, які він сам випускає в сильно нагрітому стані. Темні лінії на тлі безперервного спектра — це лінії поглинання, що утворюють в сукупності спектр поглинання.

Існують безперервні, лінійчатих і смугасті спектри випромінювання і стільки ж видів спектрів поглинання.

види спектрів
1. Чи є спектр лампи розжарювання безперервним!
2. У чому полягає головна відмінність лінійчатих спектрів від безперервних і смугастих!

Мякішев Г. Я. Фізика. 11 клас. навч. для загальноосвіт. установ. базовий і профілі. рівні / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругін; під ред. В. І. Миколаєва, Н. А. Парфентьевой. — 17-е изд. перераб. і доп. — М. Просвітництво, 2008. — 399 с. мул.

Повний перелік тем по класам, календарний план згідно шкільної програми з фізики онлайн. відеоматеріал з фізики для 11 класу скачати

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, напишіть нам.

Якщо ви хочете побачити інші коригування та побажання до уроків, дивіться тут — Освітній форум.

Спектральний аналіз та види спектрів

Спектр — це поняття, введене Ісааком Ньютоном в сімнадцятому столітті, що позначає сукупність всіх значень будь-якої фізичної величини. Енергії, маси, оптичного випромінювання. Саме остання найчастіше мається на увазі, коли ми говоримо про спектрі світла. Саме спектр світла являє собою сукупність смуг оптичного випромінювання різної частоти, частина з яких ми можемо бачити повсякденно в навколишньому світі, частина ж їх недоступна для неозброєного ока. Залежно від можливості сприйняття людським оком, спектр світла поділяють на видиму частину і невидиму. Останню, в свою чергу, — на інфрачервоний і ультрафіолетове світло.

види спектрів

Існують також різні види спектрів. Таких виділяють три, в залежності від спектральної щільності інтенсивності випромінювання. Спектри можуть бути безперервні, лінійчатих і смугасті. Види спектрів визначають за допомогою спектрального аналізу.

Безперервний спектр утворюється нагрітими до високої температури твердими тілами або газами високої щільності. Всім відома веселка семи кольорів є прямим прикладом безперервного спектра.

Лінійчатий спектр також представляє види спектрів і виходить від будь-якої речовини, що знаходиться в газоподібному атомарному стані. Тут важливо відзначити, що саме в атомарному, а не молекулярному. Такий спектр забезпечує вкрай низька взаємодія атомів один з одним. Оскільки взаємодії немає, атоми випромінюють хвилі перманентно однакової довжини. Прикладом такого спектру є світіння газів, нагрітих до високої температури.

види спектрів

Смугастий спектр візуально представляє собою окремі смуги, чітко розмежовані досить темними проміжками. При цьому кожна з цих смуг не є випромінюванням строго певної частоти, а складається з великої кількості близько розташованих один до одного світлових ліній. Прикладом таких спектрів, як і в випадку з лінійчатим, є світіння парів при високій температурі. Однак вони створюються вже не атомами, а мають вкрай тісний загальну зв’язок молекулами, що й обумовлює подібне світіння.

Однак на цьому види спектрів все-таки не закінчуються. Додатково виділяють ще такий вид, як спектр поглинання. При спектральному аналізі спектр поглинання — це темні лінії на тлі безперервного спектра і, по суті, спектр поглинання — це вираз залежності довжини хвилі від показника поглинання речовини, який може бути більш-менш високим.
види спектрів

Хоча існує широкий діапазон експериментальних підходів до вимірювання спектрів поглинання. Найбільш поширеним є експеримент, коли генерований пучок випромінювання білого світла пропускається через охолоджений (для відсутності взаємодії частинок і, отже, світіння) газ, після чого визначається інтенсивність випромінювання, що проходить через нього. Передана енергія цілком може бути використана для обчислення поглинання.

Топ-10 збанкрутілих зірок Виявляється, іноді навіть найгучніша слава закінчується провалом, як у випадку з цими знаменитостями.

види спектрів

10 самих «фотогенічних» нарядів Ви прекрасно себе почуваєте в своєму улюбленому вільній сукні або величезному в’язаному светрі і насолоджуєтеся життям. Проте все міняється, як тільки ви.

види спектрів

Наші предки спали не так, як ми. Що ми робимо неправильно? У це важко повірити, але вчені і багато істориків схиляються до думки, що сучасна людина спить зовсім не так, як його давні предки. Від самого початку.

види спектрів

13 ознак, що у вас найкращий чоловік Чоловіки — це воістину великі люди. Як шкода, що хороші подружжя не ростуть на деревах. Якщо ваша друга половинка робить ці 13 речей, то ви можете с.

види спектрів

7 частин тіла, які не слід чіпати руками Думайте про своє тіло, як про храм: ви можете його використовувати, але є деякі священні місця, які не можна чіпати руками. Дослідження показуючи.

види спектрів

Несподівано: чоловіки хочуть, щоб їхні дружини робили частіше ці 17 речей Якщо ви хочете, щоб ваші відносини стали щасливішими, вам варто частіше робити речі з цього простого списку.

Спектральний аналіз та види спектрів

Методи спектрального аналізу

Спектральний аналіз поділяють на кілька самостійних методів. Серед них виділяють: інфрачервону і ультрафіолетову спектроскопію, атомно-абсорбційний, люмінесцентний і флуоресцентний аналіз, спектроскопію відображення і комбінаційного розсіювання, спектрофотометрію, рентгенівську спектроскопію, а також ряд інших методів.

Абсорбційний спектральний аналіз заснований на вивченні спектрів поглинання електромагнітного випромінювання. Емісійний спектральний аналіз проводиться по спектрах випускання атомів, молекул або іонів, збуджених різними способами.

Атомно-емісійний спектральний аналіз

Спектральним аналізом часто називають тільки атомно-емісійний спектральний аналіз, який заснований на дослідженні спектрів випускання вільних атомів і іонів у газовій фазі. Його проводять в області довжин хвиль 150-800 нм. В джерело випромінювання вводять пробу досліджуваного речовини, після чого в ньому відбувається випаровування і дисоціація молекул, а також порушення утворилися іонів. Вони випускають випромінювання, яке фіксується реєструючим пристроєм спектрального приладу.

Робота зі спектрами

Спектри проб порівнюють зі спектрами відомих елементів, які можна знайти у відповідних таблицях спектральних ліній. Так дізнаються склад аналізованого речовини. Кількісний аналіз передбачає визначення концентрації даного елементу в аналізованого речовині. Її впізнають по величині сигналу, наприклад, за ступенем почорніння або оптичної щільності ліній на фотопластинці, по інтенсивності світлового потоку на фотоелектричні приймачі.

види спектрів

Безперервний спектр випромінювання дають речовини, що знаходяться в твердому або рідкому стані, а також щільні гази. В такому спектрі немає розривів, в ньому представлені хвилі всіх довжин. Його характер залежить не тільки від властивостей окремих атомів, а й від їхньої взаємодії один з одним.

Лінійчатий спектр випромінювання характерний для речовин в газоподібному стані, при цьому атоми майже не взаємодіють один з одним. Справа в тому, що ізольовані атоми одного хімічного елемента випромінюють хвилі строго певної довжини хвилі.

При збільшенні щільності газу спектральні лінії починають розширюватися. Для спостереження такого спектра використовують світіння газового розряду в трубці або парів речовини в полум’я. Якщо пропускати біле світло через неизлучающий газ, на тлі безперервного спектра джерела з’являться темні лінії спектра поглинання. Газ найінтенсивніше поглинає світло тих довжин хвиль, які він випускає в нагрітому стані.

Джерело світла повинен споживати енергію. Світло — це електромагнітні хвилі з довжиною хвилі 4 * 10 -7 — 8 * 10 -7 м. Електромагнітні хвилі випромінюються при прискореному русі заряджених частинок. Ці заряджені частинки входять до складу атомів. Але, не знаючи, як влаштований атом, нічого достовірного про механізмі випромінювання сказати не можна. Ясно лише, що всередині атома немає світла так само, як в струні рояля немає звуку. Подібно струні, що починає звучати лише після удару молоточка, атоми народжують світ тільки після їх порушення.

Для того щоб атом почав випромінювати, йому необхідно передати енергію. Випромінюючи, атом втрачає отриману енергію, і для безперервного світіння речовини необхідний приплив енергії для її атомам ззовні.

Теплове випромінювання. Найбільш простий і розповсюджений вид випромінювання — теплове випромінювання, при якому втрати атомами енергії на випромінювання світла компенсуються за рахунок енергії теплового руху атомів або (молекул) випромінюючого тіла. Чим вище температура тіла, тим швидше рухаються атоми. При зіткненні швидких атомів (молекул) один з одним частина їх кінетичної енергії перетворюється в енергію збудження атомів, які потім випромінюють світло.

Тепловим джерелом випромінювання є Сонце, а також звичайна лампа розжарювання. Лампа дуже зручний, але малоекономічних джерело. Лише приблизно 12% всієї енергії, що виділяється в лампі електричним струмом, перетвориться в енергію світла. Тепловим джерелом світла є полум’я. Крупинки сажі розжарюються за рахунок енергії, що виділяється при згорянні палива, і випускають світло.

Електролюмінесценція. Енергія, необхідна атомам для випромінювання світла, може запозичити і з нетеплових джерел. При розряді в газах електричне поле повідомляє електронам велику кінетичну енергію. Швидкі електрони зазнають зіткнення з атомами. Частина кінетичної енергії електронів йде на збудження атомів. Збуджені атоми віддають енергію у вигляді світлових хвиль. Завдяки цьому розряд в газі супроводжується світінням. Це і є електролюмінесценція.

Катодолюмінесценція. Світіння твердих тіл, викликане бомбардуванням їх електронами, називають катодолюмінісенціей. Завдяки катодолюминесценции світяться екрани електронно-променевих трубок телевізорів.

Хемілюмінесценція. При деяких хімічних реакціях, що йдуть з виділенням енергії, частина цієї енергії безпосередньо витрачається на випромінювання світла. Джерело світла залишається холодним (він має температуру навколишнього середовища). Це явище називається хеміолюмінесценкіей.

Фотолюмінісценція. Падаючий на речовину світло частково відбивається, а частково поглинається. Енергія поглинається світла в більшості випадків викликає лише нагрівання тел. Однак деякі тіла самі починають світитися безпосередньо під дією падаючого на нього випромінювання. Це і є фотолюмінісценція. Світло збуджує атоми речовини (збільшує їх внутрішню енергію), після цього вони висвічуються самі. Наприклад, світяться фарби, якими покривають багато ялинкові іграшки, випромінюють світло після їх опромінення.

Випромінюється при фотолюмінесценції світло має, як правило, більшу довжину хвилі, ніж світло, збудливий світіння. Це можна спостерігати експериментально. Якщо направити на посудину з флюоресцеітом (органічний барвник) світловий пучок,

пропущений через фіолетовий світлофільтр, то ця рідина починає світитися зелено — жовтим світлом, т. е. світлом більшої довжини хвилі, ніж у фіолетового світла.

Явище фотолюмінесценції широко використовується в лампах денного світла. Радянський фізик С. І. Вавилов запропонував покривати внутрішню поверхню розрядної трубки речовинами, здатними яскраво світитися під дією короткохвильового випромінювання газового розряду. Лампи денного світла приблизно в три-чотири рази економічніше звичайних ламп розжарювання.

Перераховано основні види випромінювань і джерела, їх створюють. Найпоширеніші джерела випромінювання — теплові.

Розподіл енергії в спектрі

На екрані за заломлюючої призмою монохроматичні кольори в спектрі розташовуються в наступному порядку: червоний (який має найбільшу серед хвиль видимого світла довжину хвилі (к = 7,6 (10-7 м і найменший показник заломлення), помаранчевий, жовтий, зелений, блакитний, синій і фіолетовий (має найменшу в видимому діапазоні довжину хвилі (ф = 4 (10-7 м і найбільший показник заломлення). Жоден з джерел не дає монохроматичного світла, т. е. світла строго певної довжини хвилі. в цьому нас переконують досліди по розкладу світла в спектр за допомогою призми, а та ж досліди з інтерференції і дифракції.

Та енергія, яку несе з собою світло від джерела, певним чином розподілена по хвилях всіх довжин, що входять до складу світового пучка. Можна також сказати, що енергія розподілена по частотах, так як між довжиною хвилі і частотою існує проста зв’язок: v = c.

Щільність потоку електромагнітного випромінювання, або інтенсивність /, визначається енергією &W, що припадає на всі частоти. Для характеристики розподілу випромінювання за частотами потрібно ввести нову величину: інтенсивність, що припадає на одиничний інтервал частот. Цю величину називають спектральної щільністю інтенсивності випромінювання.

Спектральну щільність потоку випромінювання можна знайти експериментально. Для цього треба за допомогою призми отримати спектр випромінювання, наприклад, електричної дуги, і виміряти щільність потоку випромінювання, що припадає на невеликі спектральні інтервали шириною Av.

Покладатися на очей при оцінці розподілу енергії не можна. Око має виборчої чутливістю до світла: максимум його чутливості лежить в жовто-зеленій області спектра. Найкраще скористатися властивістю чорного тіла майже повністю поглинати світло всіх довжин хвиль. При цьому енергія випромінювання (т. Е. Світла) викликає нагрівання тіла. Тому досить виміряти температуру тіла і по ній судити про кількість поглиненої в одиницю часу енергії.

Звичайний термометр має занадто малу чутливість для того, щоб його можна було з успіхом використовувати в таких дослідах. Потрібні більш чутливі прилади для вимірювання температури. Можна взяти електричний термометр, в якому чутливий елемент виконаний у вигляді тонкої металевої пластини. Цю пластину треба покрити тонким шаром сажі, майже повністю поглинає світло будь-якої довжини хвилі.

Чутливу до нагрівання пластину приладу слід помістити в те чи інше місце спектра. Всьому мабуть спектру завдовжки l від червоних променів до фіолетових відповідає інтервал частот від vкр до уф. Ширині відповідає малий інтервал Av. За нагрівання чорної пластини приладу можна судити про щільність потоку випромінювання, що припадає на інтервал частот Av. Переміщаючи пластину вздовж спектра, ми виявимо, що велика частина енергії припадає на червону частину спектру, а не на жовто-зелену, як здається на-віч.

За результатами цих дослідів можна побудувати криву залежності спектральної щільності інтенсивності випромінювання від частоти. Спектральна щільність інтенсивності випромінювання визначається по температурі пластини, а частоту неважко знайти, якщо використовується для розкладання світла прилад проградуирован, т. Е. Якщо відомо, якій частоті відповідає даний ділянку спектра.

Відкладаючи по осі абсцис значення частот, відповідних серединам інтервалів Av, а по осі ординат спектральну щільність інтенсивності випромінювання, ми отримаємо ряд точок, через які можна провести плавну криву. Ця крива дає наочне уявлення про розподіл енергії і видимої частини спектра електричної дуги.

Спектральні апарати. Для точного дослідження спектрів такі прості пристосування, як вузька щілину, що обмежує світловий пучок, і призма, вже недостатні. Необхідні прилади, які дають чіткий спектр, т. Е. Прилади, добре розділяють хвилі різної довжини і не допускають перекриття окремих ділянок спектра. Такі прилади називають спектральними апаратами. Найчастіше основною частиною спектрального апарату є призма або дифракційна решітка.

Розглянемо схему пристрою призменного спектрального апарату. Досліджуване випромінювання надходить спочатку в частину приладу, звану коллиматором. Коліматор є трубу, на одному кінці якої є ширма з вузькою щілиною, а на іншому — збирає лінза. Щілина знаходиться на фокусній відстані від лінзи. Тому розходиться світловий пучок, який потрапляє на лінзу з щілини, виходить з неї паралельним пучком і падає на призму.

Так як різних частотах відповідають різні показники заломлення, то з призми виходять паралельні пучки, що не збігаються за напрямком. Вони падають на лінзу. На фокусній відстані цієї лінзи розташовується екран — матове скло або

фотопластинка. Лінза фокусує паралельні пучки променів на екрані, і замість одного зображення щілини виходить цілий ряд зображень. Кожній частоті (вузькому спектральному інтервалу) відповідає своє зображення. Всі ці зображення разом і утворюють спектр.

Описаний прилад називається спектрографом. Якщо замість другої лінзи і екрану використовується зорова труба для візуального спостереження спектрів, то прилад називається спектроскопії, описаним вище. Призми і інші деталі спектральних апаратів необов’язково виготовляються зі скла. Замість скла застосовуються і такі прозорі матеріали, як кварц, кам’яна сіль і ін.

Спектральний склад випромінювання речовин дуже різноманітний. Але, незважаючи на це, все спектри, як показує досвід, можна розділити на кілька типів:

Безперервні спектри. Сонячний спектр або спектр дугового ліхтаря є безперервним. Це означає, що в спектрі представлені хвилі всіх довжин. У спектрі немає розривів, і на екрані спектрографа можна бачити суцільну різнобарвну смугу.

Розподіл енергії по частотах, т. Е. Спектральна щільність інтенсивності випромінювання, для різних тіл різна. Наприклад, тіло з дуже чорної поверхнею випромінює електромагнітні хвилі всіх частот, але крива залежності спектральної щільності інтенсивності випромінювання від частоти має максимум МРІ певній частоті. Енергія випромінювання, що припадає на дуже малі і дуже великі частоти, мізерно мала. При підвищенні температури максимум спектральної щільності випромінювання зміщується в бік коротких хвиль.

Безперервні (або суцільні) спектри, як показує досвід, дають тіла, що знаходяться в твердому або рідкому стані, а також сильно стиснуті гази. Для отримання безперервного спектра потрібно нагріти тіло до високої температури.

Характер безперервного спектру і сам факт його існування визначаються не тільки властивостями окремих випромінюючих атомів, а й великою мірою залежать від взаємодії атомів один з одним.

Безперервний спектр дає також високотемпературна плазма. Електромагнітні хвилі випромінюються плазмою в основному при зіткненні електронів з іонами.

Лінійчаті спектри. Внесемо в бліде полум’я газового пальника шматочок азбесту, змоченого розчином звичайної кухонної солі.

При спостереженні полум’я в спектроскоп на фоні ледь помітного неперервного спектра полум’я спалахне яскрава жовта лінія. Цю жовту лінію дають пари натрію, які утворюються при розщепленні молекул кухонної солі в полум’я. Кожен з них — це частокіл кольорових ліній різної яскравості, розділених широкими темними

смугами. Такі спектри називаються лінійчатими. Наявність лінійного спектра означає, що речовина випромінює світло тільки цілком певних довжин хвиль (точніше, в певних дуже вузьких спектральних інтервалах). Кожна лінія має кінцеву ширину.

Лінійчаті спектри дають всі речовини в газоподібному атомарному (але не молекулярному) стані. У цьому випадку світло випромінюють атоми, які практично не взаємодіють один з одним. Це самий фундаментальний, основний тип спектрів.

Ізольовані атоми випромінюють строго певні довжини хвиль. Зазвичай для спостереження лінійчатих спектрів використовують світіння парів речовини в полум’я або світіння газового розряду в трубці, наповненою досліджуваним газом.

При збільшенні щільності атомарного газу окремі спектральні лінії розширюються, і, нарешті, при дуже великому стисненні газу, коли взаємодія атомів стає істотним, ці лінії перекривають один одного, створюючи безперервний спектр.

Смугасті спектри. Смугастий спектр складається з окремих смуг, розділених темними проміжками. За допомогою дуже хорошого спектрального апарата можна

виявити, що кожна смуга являє собою сукупність великого числа дуже тісно розташованих ліній. На відміну від лінійчатих спектрів смугасті спектри створюються не атомами, а молекулами, не пов’язаними або слабо пов’язаними один з одним.

Для спостереження молекулярних спектрів так само, як і для спостереження лінійчатих спектрів, зазвичай використовують світіння парів у полум’ї або світіння газового розряду.

Спектри поглинання. Всі речовини, атоми яких знаходяться в збудженому стані, випромінюють світлові хвилі, енергія яких певним чином розподілена по довжинах хвиль. Поглинання світла речовиною також залежить від довжини хвилі. Так, червоне скло пропускає хвилі, відповідні червоному світу, і поглинає всі інші.

Якщо пропускати біле світло крізь холодний, неизлучающий газ, то на тлі безперервного спектра джерела з’являються темні лінії. Газ поглинає найінтенсивніше світло саме тих довжин хвиль, які він випускає в сильно нагрітому стані. Темні лінії на тлі безперервного спектра — це лінії поглинання, що утворюють в сукупності спектр поглинання.

Існують безперервні, лінійчатих і смугасті спектри випромінювання і стільки ж видів спектрів поглинання.

Лінійчаті спектри грають особливо важливу роль, тому що їх структура прямо пов’язана з будовою атома. Адже ці спектри створюються атомами, які не відчувають зовнішніх впливів. Тому, знайомлячись з лінійчатими спектрами, ми тим самим робимо перший крок до вивчення будови атомів. Спостерігаючи ці спектри, вчені отримали

можливість «зазирнути» всередину атома. Тут оптика впритул стикається з атомною фізикою.

Види спектральних аналізів

Головне властивість лінійчатих спектрів полягає в тому, що довжини хвиль (або частоти) лінійного спектра будь-якого речовини залежать тільки від властивостей атомів цієї речовини, але абсолютно не залежать від способу порушення світіння атомів. атоми

будь-якого хімічного елемента дають спектр, не схожий на спектри всіх інших елементів: вони здатні випромінювати суворо певний набір довжин хвиль.

На цьому заснований спектральний аналіз — метод визначення хімічного складу речовини з його спектру. Подібно відбитками пальців у людей лінійчатих спектри мають неповторну індивідуальність. Неповторність візерунків на шкірі пальця допомагає часто знайти злочинця. Точно так само завдяки індивідуальності спектрів є

можливість визначити хімічний склад тіла. За допомогою спектрального аналізу можна знайти даний елемент у складі складного речовини. Це дуже чутливий метод.

На даний час відомі наступні види спектральних аналізів — атомний спектральний аналіз (АСА) (Визначає елементний склад зразка по атомних (іонним) спектрах випускання і поглинання),емісійний АСА (По спектрах випускання атомів, іонів і молекул, збудженим різними джерелами електромагнітного випромінювання в діапазоні від g-випромінювання до мікрохвильового),атомно-абсорбційний СА (Здійснюють по спектрах поглинання електромагнітного випромінювання аналізованими об’єктами (атомами, молекулами, іонами речовини, що знаходиться в різних агрегатних станах)),атомно-флуоресцентний СА, молекулярний спектральний аналіз (МСА ) (Молекулярний склад речовин по молекулярних спектрах поглинання, люмінесценції і комбінаційного розсіювання світла.),якісний МСА (Досить встановити наявність або відсутність аналітичних ліній визначуваних елементів. По яскравості ліній при візуальному перегляді можна дати грубу оцінку змісту тих чи інших елементів в пробі),кількісний МСА (Здійснюють порівнянням інтенсивностей двох спектральних ліній в спектрі проби, одна з яких належить визначеного елементу, а інша (лінія порівняння) — основного елементу проби, концентрація якого відома, або спеціально вводиться у відомій концентрації елементу).

В основі МСА лежить якісне і кількісне порівняння виміряного спектру досліджуваного зразка із спектрами індивідуальних речовин. Відповідно розрізняють якісний і кількісний МСА. У МСА використовують різні види молекулярних спектрів, обертальні [спектри в мікрохвильовій і довгохвильовій інфрачервоній (ІЧ) областях], коливальні і коливально-обертальні [спектри поглинання і випускання в середній ІЧ-області, спектри комбінаційного розсіювання світла (КРС), спектри ІЧ-флуоресценції ], електронні, електронно-коливальні і електронно-коливально-обертальні [спектри поглинання і пропускання у видимій і ультрафіолетовій (УФ) областях, спектри флуоресценції]. МСА дозволяє проводити аналіз малих кількостей (в деяких випадках частки мкг і менш) речовин, що знаходяться в різних агрегатних станах.

Кількісний аналіз складу речовини за його спектру утруднений, так як яскравість спектральних ліній залежить не тільки від маси речовини, а й від способу порушення світіння. Так, при низьких температурах багато спектральні лінії взагалі не з’являються. Однак при дотриманні стандартних умов порушення світіння можна й кількісний спектральний аналіз.

Найточнішим з перерахованих аналізів є атомно-абсорбційний СА. Методика проведення ААА в порівнянні з ін. Методами значно простіше, для нього характерна висока точність визначення не тільки малих, але і великих концентрацій елементів в пробах. ААА з успіхом замінює трудомісткі і тривалі хімічні методи аналізу, не уступаючи їм в точності.

В даний час визначені спектри всіх атомів і складені таблиці спектрів. За допомогою спектрального аналізу було відкрито багато нових елементи: рубідій, цезій та ін. Елементам часто давали назви відповідно до кольору найбільш інтенсивних ліній спектра. Рубідій дає темно-червоні, рубінові лінії. Слово цезій означає «небесно-блакитний». Це колір основних ліній спектру цезію.

Саме за допомогою спектрального аналізу дізналися хімічний склад Сонця і зірок. Інші методи аналізу тут взагалі неможливі. Виявилося, що зірки складаються з тих же самих хімічних елементів, які є і на Землі. Цікаво, що гелій спочатку відкрили на Сонце, і лише потім знайшли в атмосфері Землі. Назва цього

елемента нагадує про історію його відкриття: слово гелій означає в перекладі «сонячний».

Завдяки порівняльній простоті і універсальності спектральний аналіз є основним методом контролю складу речовини в металургії, машинобудуванні, атомній індустрії. За допомогою спектрального аналізу визначають хімічний склад руд і мінералів.

Склад складних, головним чином органічних, сумішей аналізується по їх молекулярних спектрах.

Спектральний аналіз можна проводити не тільки за спектрами випускання, але і за спектрами поглинання. Саме лінії поглинання в спектрі Сонця і зірок дозволяють досліджувати хімічний склад цих небесних тіл. Яскраво світиться поверхня Сонця — фотосфера — дає неперервний спектр. Сонячна атмосфера поглинає вибірково світло від фотосфери, що призводить до появи ліній поглинання на фоні безперервного спектру фотосфери.

Але і сама атмосфера Сонця випромінює світло. Під час сонячних затемнень, коли сонячний диск закритий Місяцем, відбувається звернення ліній спектра. На місці ліній поглинання в сонячному спектрі спалахують лінії випромінювання.

У астрофізиці під спектральним аналізом розуміють як визначення хімічного складу зірок, газових хмар і т. Д. Але і знаходження за спектрами багатьох

інших фізичних характеристик цих об’єктів: температури, тиску, швидкості руху, магнітної індукції.

Важливо знати, з чого складаються оточують нас тіла. Винайдено багато способів визначення їх складу. Але склад зірок і галактик можна дізнатися тільки за допомогою спектрального аналізу.

Експресні методи АСА широко застосовуються в промисловості, сільському господарстві, геології та багатьох ін. Областях народного господарства і науки. Значну роль АСА грає в атомній техніці, виробництві чистих напівпровідникових матеріалів, надпровідників і т. Д. Методами АСА виконується більш 3 /4 всіх аналізів в металургії. За допомогою квантометров проводять оперативний (протягом 2-3 хв ) Контроль в ході плавки в мартенівському і конвертерному виробництвах. В геології і геологічній розвідці для оцінки родовищ виробляють близько 8 млн. Аналізів на рік. АСА застосовується для охорони навколишнього середовища та аналізу грунтів, в криміналістиці і медицині, геології морського дна і дослідженні складу верхніх шарів атмосфери, при

поділі ізотопів і визначенні віку і складу геологічних і археологічних об’єктів і т. д.

Отже, спектральний аналіз застосовується майже у всіх найважливіших сферах людської діяльності. Таким чином, спектральний аналіз є одним з найважливіших аспектів розвитку не тільки наукового прогресу, а й самого рівня життя людини.

Сукупність монохроматичних компонент у випромінюванні називаєтьсяспектром .

Спектральний склад випромінювання речовин дуже різноманітний. Але, незважаючи на це, все спектри, як показує досвід, можна розділити на три типи.

безперервний спектрпредставлет собою суцільну різнобарвну смугу.

Білий світ має безперервний спектр. Сонячний спектр або спектр дугового ліхтаря є безперервним. Це означає, що в спектрі представлені хвилі всіх довжин. У спектрі немає розривів, і на екрані спектрографа можна бачити суцільну різнобарвну смугу.

види спектрів

Безперервні (або суцільні) спектри, як показує досвід, дають тіла, що знаходяться в твердому або рідкому стані, а також сильно стиснуті гази. Для отримання безперервного спектра потрібно нагріти тіло до високої температури. Безперервний спектр дає також високотемпературна плазма. Електромагнітні хвилі випромінюються плазмою в основному при зіткненні електронів з іонами.

Характер безперервного спектру і сам факт його існування визначаються не тільки властивостями окремих випромінюючих атомів, а й великою мірою залежать від взаємодії атомів один з одним.

Випромінювання джерел, в яких світло випускається атомами речовини, має дискретний спектр . Вони діляться на:

види спектрів

види спектрів

лінійчатий спектрскладається ізотдельних кольорових ліній різної яскравості, розділених широкими темними смугами.

Внесемо в бліде полум’я газового пальника шматочок азбесту, змоченого розчином звичайної кухонної солі. При спостереженні полум’я в спектроскоп на фоні ледь помітного неперервного спектра полум’я спалахне яскрава жовта лінія. Цю жовту лінію дають пари натрію, які утворюються при розщепленні молекул кухонної солі в полум’я. На малюнку наведено також спектри водню і гелію. Такі спектри називаються лінійчатими. Наявність лінійного спектра означає, що речовина випромінює світло тільки цілком певних довжин хвиль (точніше, в певних дуже вузьких спектральних інтервалах).

види спектрів

Лінійчаті спектри дають всі речовини в газоподібному атомарному (але не молекулярному) стані. У цьому випадку світло випромінюють атоми, які практично не взаємодіють один з одним. Це самий фундаментальний, основний тип спектрів.

Ізольовані атоми випромінюють строго певні довжини хвиль.

Зазвичай для спостереження лінійчатих спектрів використовують світіння парів речовини в полум’я або світіння газового розряду в трубці, наповненою досліджуваним газом.

При збільшенні щільності атомарного газу окремі спектральні лінії розширюються, і, нарешті, при дуже великому стисненні газу, коли взаємодія атомів стає істотним, ці лінії перекривають один одного, створюючи безперервний спектр.

смугастий спектрскладається з окремих смуг, розділених темними проміжками.

За допомогою дуже хорошого спектрального апарата можна виявити, що кожна смуга являє собою сукупність великого числа дуже тісно розташованих ліній. На відміну від лінійчатих спектрів смугасті спектри створюються НЕ атомами, а молекулами, не пов’язаними або слабо пов’язаними один з одним.

Для спостереження молекулярних спектрів так само, як і для спостереження лінійчатих спектрів, зазвичай використовують світіння парів у полум’ї або світіння газового розряду.

Всі речовини, атоми яких знаходяться в збудженому стані, випромінюють світлові хвилі, енергія яких певним чином розподілена по довжинах хвиль. Поглинання світла речовиною також залежить від довжини хвилі. Так, червоне скло пропускає хвилі, відповідні червоному світу, і поглинає всі інші.

Якщо пропускати біле світло крізь холодний, неизлучающий газ, то на тлі безперервного спектра джерела з’являються темні лінії. Це буде спектр поглинання.

види спектрів

спектр поглинанняє темні лінії на тлі безперервного спектра джерела.

Газ поглинає найінтенсивніше світло саме тих довжин хвиль, які він випускає в сильно нагрітому стані. Темні лінії на тлі безперервного спектра — це лінії поглинання, що утворюють в сукупності спектр поглинання.

Існують безперервні, лінійчатих і смугасті спектри поглинання.

Різні види електромагнітних випромінювань, їх властивості та практичні застосування.

види спектрів

Шкала електромагнітних хвиль. Межі між різними діапазонами умовні

Постійний струм — частота ν = 0 — 10 Гц .

Атмосферні перешкоди і змінний струм — частота ν = 10 — 10 4 Гц

частота ν = 10 4 — 10 11 Гц

Довжина хвилі λ = 10 -3 — 10 3 м

Отримують за допомогою коливальних контурів.

Радіохвилі різних частот і з різними довжинами хвиль по різному поглинаються і відбиваються середовищами, виявляють властивості дифракції та інтерференції.

Радіозв’язок, телебачення, радіолокація.

частота ν = 3 × 10 11 — 4 х 10 14 Гц

Довжина хвилі λ = 8 · 10 -7 — 2 · 10 — 3 м

Випромінюються атомами і молекулами речовини.

Інфрачервоне випромінювання дають всі тіла при будь-якій температурі. Людина випромінює електромагнітні хвилі λ ≈ 9 · 10 — 6 м.

  • Проходить через деякі непрозорі тіла, а також крізь сніг, дощ, серпанок.
  • Виробляє хімічну дію на фотопластинки.
  • Поглинаючись речовиною, нагріває його.
  • Викликає внутрішній фотоефект у германію.
  • Невидимо.
  • Здатне до явищ інтерференції і дифракції.
  • Реєструють тепловими методами, фотоелектричними та фотографічними.

Отримують зображення предметів в темряві, приладах нічного бачення, в тумані. Використовують в криміналістиці, в фізіотерапії. в промисловості для сушіння пофарбованих виробів, стін будинків, деревини, фруктів.

Частина електромагнітного випромінювання, що сприймається оком (від червоного до фіолетового).

частота ν = 4 × 10 14 — 8 × 10 14 Гц

Довжина хвилі λ = 8 · 10 -7 — 4 · 10 — 7 м

Відбивається, заломлюється, впливає на око, здатне до явищ дисперсії, інтерференції, дифракції.

частота ν = 8 × 10 14 — 3 10 15 Гц

Довжина хвилі λ = · 10 -8 — 4 · 10 — 7 м (Але менше, ніж у фіолетового світла)

Джерела: газорозрядні лампи з трубками з кварцу (кварцові лампи).

Випромінюється усіма твердими тілами, у яких t > 1000 ° С, а також світяться парами ртуті.

  • Висока хімічна активність (розкладання хлориду срібла, свічення кристалів сульфіду цинку).
  • Невидимо.
  • Велика проникаюча здатність.
  • Вбиває мікроорганізми.
  • У невеликих дозах благотворно впливає на організм людини (засмага), але у великих дозах чинить негативний біологічний вплив: зміна в розвитку клітин і обміні речовин, дія на очі.

У медицині, в косметології (солярій, загар), в промисловості.

частота ν = 3 × 10 15 — 3 10 19 Гц

Довжина хвилі λ = · 10 -11 — 4 · 10 — 8 м

Випромінюються при різкому гальмуванні електронів, що рухаються з великим прискоренням.

Отримують за допомогою рентгенівської трубки: електрони у вакуумній трубці прискорюються електричним полем при високій напрузі, досягаючи анода, при зіткненні різко гальмуються. При гальмуванні електрони рухаються з прискоренням і випромінюють електромагнітні хвилі з малою довжиною (від 100 до 0,01 нм).

  • Інтерференція, дифракція рентгенівських променів на кристалічній решітці.
  • Велика проникаюча здатність.
  • Опромінення у великих дозах викликає променеву хворобу.

У медицині (діагностика захворювань внутрішніх органів), в промисловості (контроль внутрішньої структури різних виробів, зварних швів).

Гамма — випромінювання (γ — випромінювання).

частота ν = 3 × 10 20 Гц і вище

Довжина хвилі λ = 3,3 · 10 — 11 м

Джерела: атомне ядро ​​(ядерні реакції).

  • Має величезну проникаючу здатність.
  • Надає сильну біологічну дію.

У медицині, у виробництві (γ — дефектоскопія).

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *