Kysymyksiä.

1. Miltä jatkuva spektri näyttää?

Jatkuva spektri on nauha, joka koostuu kaikista sateenkaaren väreistä sulavasti sulautuen toisiinsa.

2. Minkä kappaleiden valosta saadaan jatkuva spektri? Antaa esimerkkejä.

Jatkuva spektri saadaan kiinteiden ja nestemäisten kappaleiden valosta (sähkölampun hehkulanka, sula metalli, kynttilän liekki), jonka lämpötila on useita tuhansia celsiusasteita. Sitä antavat myös valokaasut ja höyryt korkeassa paineessa.

3. Miltä viivaspektrit näyttävät?

Viivaspektrit koostuvat yksittäisistä tietynvärisistä juovista.

4. Miten natriumemission viivaspektri saadaan?

Tätä varten voit lisätä palan suolaa (NaCl) polttimen liekkiin ja tarkkailla spektriä spektroskoopin läpi.

5. Mistä valonlähteistä viivaspektrit saadaan?

Viivaspektrit ovat ominaisia ​​valokaasuille, joiden tiheys on pieni.

6. Mikä on mekanismi viiva-absorptiospektrien saamiseksi (eli mitä on tehtävä niiden saamiseksi)?

Viivaabsorptiospektrit saadaan johtamalla valoa kirkkaammasta ja kuumemmasta lähteestä matalatiheyksisten kaasujen läpi.

7. Kuinka saada natriumin viiva-absorptiospektri ja miltä se näyttää?

Tätä varten hehkulampun valo on johdettava natriumhöyryä sisältävän astian läpi. Tämän seurauksena hehkulampun jatkuvaan valon spektriin ilmestyy kapeita mustia viivoja kohtaan, jossa natriumin emissiospektrissä on keltaisia ​​viivoja.

8. Mikä on Kirchhoffin emissio- ja absorption viivaspektrejä koskevan lain ydin?

Kirchoffin lain mukaan tietyn alkuaineen atomit absorboivat ja emittoivat valoaaltoja samoilla taajuuksilla.

Valokaasujen spektrien muoto riippuu kaasun kemiallisesta luonteesta.

Päästöspektri

Kysymys 5. Emissiospektrit. Absorptiospektrit

Kysymys 4. Dispersion käyttö

Dispersioilmiö on prismaspektriinstrumenttien suunnittelun taustalla: spektroskopit ja spektrografit, joiden avulla saadaan ja havainnoidaan spektrejä. Säteiden kulku yksinkertaisimmassa spektrografissa on esitetty kuvassa 4.

Valonlähteen valaisema rako, joka on sijoitettu kollimaattorilinssin keskipisteeseen, lähettää tähän linssiin hajoavia säteitä, jotka linssi (kollimaattorilinssi) muuntaa rinnakkaisten säteiden säteeksi.

Nämä prismassa taittuneet rinnakkaiset säteet hajoavat erivärisiksi (eli erilaisiksi) valonsäteiksi, jotka kameran linssi (kameran linssi) kerää polttotasoonsa, ja yhden raon kuvan sijaan saadaan koko kuvasarja. Jokaisella taajuudella on oma kuvansa. Näiden kuvien kokonaisuus on spektri. Spektriä voidaan tarkkailla suurennuslasina käytettävän okulaarin kautta. Tällaista laitetta kutsutaan spektroskooppi. Jos sinun on otettava valokuva spektristä, valokuvalevy asetetaan kameran linssin polttotasoon. Laitetta spektrin kuvaamiseksi kutsutaan spektrografi.

Jos valo kuumasta kiinteästä aineesta kulkea prisman läpi, sitten saamme prisman takana olevalla näytöllä jatkuva jatkuva emissiospektri.

Jos valonlähde on kaasu tai höyry, niin spektrikuvio muuttuu merkittävästi. Siinä on joukko kirkkaita viivoja, jotka erotetaan tummilla rakoilla. Tällaisia ​​spektrejä kutsutaan hallitsi. Esimerkkejä viivaspektreistä ovat natriumin, vedyn ja heliumin spektrit.

Jokainen kaasu tai höyry antaa oman, vain sille ominaisen spektrinsä. Siksi valokaasun spektrin avulla voimme tehdä johtopäätöksen sen kemiallisesta koostumuksesta. Jos säteilylähde on ainemolekyylit, silloin havaitaan raidallinen spektri.

Kaikki kolme spektrityyppiä - jatkuvat, viiva- ja raidalliset - ovat spektrejä päästöt.

Emissiospektrien lisäksi on olemassa absorptiospektrit, jotka saadaan seuraavalla tavalla.

Lähteestä tuleva valkoinen valo johdetaan testiaineen höyryjen läpi ja ohjataan spektroskooppiin tai muuhun spektrin tutkimiseen tarkoitettuun instrumenttiin.

Tässä tapauksessa tiettyyn järjestykseen järjestetyt tummat viivat näkyvät jatkuvan spektrin taustalla. Niiden lukumäärä ja sijainti antavat meille mahdollisuuden arvioida tutkittavan aineen koostumusta.

Esimerkiksi jos natriumhöyry on säteiden reitillä, jatkuvassa spektrissä näkyy tumma nauha spektrin kohdassa, jossa natriumhöyryn emissiospektrin keltaisen viivan olisi pitänyt sijaita.

Tarkastelun ilmiön selitti Kirchhoff, joka osoitti, että tietyn alkuaineen atomit absorboivat samat valoaallot, joita ne itse lähettävät.

Spektrien alkuperän selittämiseksi on välttämätöntä tietää atomin rakenne. Näitä asioita käsitellään myöhemmillä luennoilla.

Kirjallisuus:

1. I.I. Narkevich et ai. Fysiikka - Minsk: Publishing House “LLC New Knowledge”, 2004.

2. R.I. Grabovski. Fysiikan kurssi. - Pietari. - M. - Krasnodar: Kustantaja "Lan", 2006.

3. V.F. Dmitrieva. Fysiikka. - M.: Kustantaja "Higher School", 2001.

4. A.N. Remizov. Fysiikan, elektroniikan ja kybernetiikan kurssi. - M .: Kustantaja "Higher School", 1982

5. L.A. Aksenovich, N.N. Rakina. Fysiikka - Minsk: Design PRO Publishing House, 2001.

Johdanto ……………………………………………………………………………………….2

Säteilymekanismi…………………………………………………………………………..3

Energian jakautuminen spektrissä……………………………………………………………….4

Spektrityypit…………………………………………………………………………………….6

Spektrianalyysin tyypit…………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………….

Johtopäätös…………………………………………………………………………………..9

Kirjallisuus…………………………………………………………………………………….11

Johdanto

Spektri on valon hajoamista sen komponenttiosiksi, erivärisiksi säteiksi.

Menetelmää tutkia eri aineiden kemiallista koostumusta niiden viivaemissio- tai absorptiospektreillä on ns. spektrianalyysi. Spektrianalyysi vaatii mitättömän määrän ainetta. Nopeus ja herkkyys tekivät tästä menetelmästä välttämättömän sekä laboratorioissa että astrofysiikassa. Koska jokainen jaksollisen järjestelmän kemiallinen elementti lähettää vain sille ominaisen viivaemissio- ja absorptiospektrin, mahdollistaa aineen kemiallisen koostumuksen tutkimisen. Fyysikot Kirchhoff ja Bunsen yrittivät tehdä sen ensimmäisen kerran vuonna 1859, kun he olivat rakentaneet spektroskooppi. Valo johdettiin siihen kapeasta raosta, joka oli leikattu kaukoputken yhdestä reunasta (tätä raolla varustettua putkea kutsutaan kollimaattoriksi). Kollimaattorista säteet putosivat prismaan, joka oli peitetty mustalla paperilla liimatulla laatikolla. Prisma ohjasi sivulle säteet, jotka tulivat ulos raosta. Siellä oli spektri. Sen jälkeen ikkuna ripustettiin verholla ja kollimaattorin aukkoon asetettiin sytytetty poltin. Erilaisten aineiden paloja tuotiin yksitellen kynttilän liekkiin ja ne katsoivat toisen kaukoputken läpi tuloksena olevaa spektriä. Kävi ilmi, että kunkin elementin kuumat höyryt antoivat tiukasti määritellyn värin säteitä, ja prisma ohjasi nämä säteet tiukasti määriteltyyn paikkaan, joten mikään väri ei voinut peittää toista. Tämä johti johtopäätökseen, että oli löydetty radikaalisti uusi kemiallinen analyysimenetelmä - aineen spektrin perusteella. Vuonna 1861 Kirchhoff osoitti tämän löydön perusteella, että auringon kromosfäärissä on useita alkuaineita, mikä loi perustan astrofysiikalle.

Säteilymekanismi

Valonlähteen tulee kuluttaa energiaa. Valo on sähkömagneettisia aaltoja, joiden aallonpituus on 4 * 10 -7 - 8 * 10 -7 m. Sähkömagneettisia aaltoja säteilee varautuneiden hiukkasten kiihdytetyn liikkeen aikana. Nämä varautuneet hiukkaset ovat osa atomeja. Mutta tietämättä kuinka atomi on järjestetty, säteilyn mekanismista ei voida sanoa mitään luotettavaa. On vain selvää, että atomin sisällä ei ole valoa, kuten ei ole ääntä pianon kielessä. Kuten kieli, joka alkaa soida vasta vasaran iskun jälkeen, atomit synnyttävät valoa vasta kiihtyessään.

Jotta atomi voisi säteillä, sen on siirrettävä energiaa. Säteilemällä atomi menettää vastaanotetun energian, ja aineen jatkuvaa hehkua varten tarvitaan energian virtaus sen atomeihin ulkopuolelta.

Lämpösäteily. Yksinkertaisin ja yleisin säteilytyyppi on lämpösäteily, jossa atomien energiahäviö valon lähettämiseksi kompensoidaan säteilevän kappaleen atomien tai (molekyylien) lämpöliikkeen energialla. Mitä korkeampi kehon lämpötila, sitä nopeammin atomit liikkuvat. Kun nopeat atomit (molekyylit) törmäävät toisiinsa, osa niiden kineettisestä energiasta muuttuu atomien viritysenergiaksi, joka sitten säteilee valoa.

Säteilyn lämmönlähde on aurinko, samoin kuin tavallinen hehkulamppu. Lamppu on erittäin kätevä, mutta epätaloudellinen lähde. Vain noin 12 % kaikesta lampussa sähkövirrasta vapautuvasta energiasta muuttuu valoenergiaksi. Valon lämmönlähde on liekki. Nokijyvät lämpenevät polttoaineen palamisen aikana vapautuvan energian vaikutuksesta ja säteilevät valoa.

Elektroluminesenssi. Atomien valon lähettämiseen tarvitsema energia voidaan lainata myös muista kuin lämpölähteistä. Kaasuissa purkautuessaan sähkökenttä välittää elektroneille suuren liike-energian. Nopeat elektronit kokevat törmäyksiä atomien kanssa. Osa elektronien kineettisestä energiasta menee atomien viritykseen. Kiihtyneet atomit luovuttavat energiaa valoaaltojen muodossa. Tästä johtuen kaasun purkaukseen liittyy hehku. Tämä on elektroluminesenssia.

katodiluminesenssi. Kiinteiden aineiden hehkua, joka aiheutuu niiden pommituksesta elektroneilla, kutsutaan katodoluminesenssiksi. Katodiluminesenssi saa televisioiden katodisädeputkien näytöt hehkumaan.

Kemiluminesenssi. Joissakin kemiallisissa reaktioissa, jotka liittyvät energian vapautumiseen, osa tästä energiasta käytetään suoraan valon lähettämiseen. Valonlähde pysyy kylmänä (sillä on ympäristön lämpötila). Tätä ilmiötä kutsutaan kemoluminesenssiksi.

Fotoluminesenssi. Aineen päälle tuleva valo osittain heijastuu ja osittain absorboituu. Absorboituneen valon energia aiheuttaa useimmissa tapauksissa vain kappaleiden kuumenemisen. Jotkut kehot itse alkavat kuitenkin hehkua suoraan niihin kohdistuvan säteilyn vaikutuksesta. Tämä on fotoluminesenssia. Valo kiihottaa aineen atomeja (lisää niiden sisäistä energiaa), minkä jälkeen ne korostuvat itsestään. Esimerkiksi valovoimaiset maalit, jotka peittävät monia joulukoristeita, säteilevät valoa säteilytyksen jälkeen.

Fotoluminesenssin aikana emittoidulla valolla on pääsääntöisesti pidempi aallonpituus kuin hehkua herättävällä valolla. Tämä voidaan havaita kokeellisesti. Jos suuntaat valonsäteen astiaan, jossa on fluoreskeiittiä (orgaaninen väriaine),

läpäisee violetin valosuodattimen, niin tämä neste alkaa hehkua vihreänkeltaisella valolla, eli valolla, jonka aallonpituus on pidempi kuin violetin valon.

Fotoluminesenssin ilmiötä käytetään laajalti loistelampuissa. Neuvostoliiton fyysikko S.I. Vavilov ehdotti purkausputken sisäpinnan peittämistä aineilla, jotka pystyvät hehkumaan kirkkaasti kaasupurkauksen lyhytaaltosäteilyn vaikutuksesta. Loistelamput ovat noin kolme-neljä kertaa taloudellisempia kuin perinteiset hehkulamput.

Pääasialliset säteilytyypit ja niitä luovat lähteet on lueteltu. Yleisimmät säteilylähteet ovat lämpö.

Tarvitset

• - spektroskooppi;
• - kaasunpolttaja;
• - pieni keraaminen tai posliinilusikka;
• - puhdas ruokasuola;
• - läpinäkyvä koeputki, joka on täytetty hiilidioksidilla;
• - tehokas hehkulamppu;
• - tehokas "taloudellinen" kaasuvalolamppu.

Ohje

Diffraktiospektroskooppia varten ota CD-levy, pieni pahvilaatikko, pahvilämpömittarin kotelo. Leikkaa levystä pala, joka sopii laatikkoon. Aseta okulaari laatikon ylätasolle sen lyhyen seinän viereen noin 135° kulmaan pintaan nähden. Okulaari on pala lämpömittarin kotelosta. Valitse rakolle paikka kokeellisesti, puhkaise ja tiivistä vuorotellen reiät toiseen lyhyeen seinään.

Asenna voimakas hehkulamppu spektroskoopin rakoa vastapäätä. Spekroskoopin okulaarissa näet jatkuvan spektrin. Tällainen spektri on olemassa missä tahansa kuumennetussa esineessä. Siinä ei ole päästö- ja absorptiolinjoja. Tämä spektri tunnetaan nimellä .

Kauhaa suolaa pieneen keraamiseen tai posliinilusikkaan. Suuntaa spektroskoopin rako tummaan ei-valaistavaan kohtaan polttimen kirkkaan liekin yläpuolella. Laita lusikka liekkiin . Sillä hetkellä, kun liekki muuttuu voimakkaan keltaiseksi, on spektroskoopissa mahdollista tarkkailla tutkitun suolan (natriumkloridin) emissiospektriä, jossa keltaisen alueen emissioviiva tulee erityisen selvästi näkyviin. Sama koe voidaan tehdä kaliumkloridilla, kuparin suoloilla, volframilla ja niin edelleen. Tältä emissiospektrit näyttävät - vaaleat viivat tumman taustan tietyillä alueilla.

Osoita spektroskoopin työrako kirkkaaseen hehkulamppuun. Aseta läpinäkyvä hiilidioksidilla täytetty putki niin, että se peittää spektroskoopin työraon. Okulaarin kautta voidaan tarkkailla jatkuvaa spektriä, jonka läpi kulkevat tummat pystysuorat viivat. Tämä on niin kutsuttu absorptiospektri, tässä tapauksessa hiilidioksidi.

Osoita spektroskoopin työrako päällä olevaa "taloudellista" lamppua kohti. Tavallisen jatkuvan spektrin sijaan näet joukon pystysuoraa viivaa, jotka sijaitsevat eri osissa ja useimmiten eri väreillä. Tästä voimme päätellä, että tällaisen lampun emissiospektri on hyvin erilainen kuin tavallisen hehkulampun spektri, joka on silmille huomaamaton, mutta vaikuttaa valokuvausprosessiin.

Liittyvät videot

Huomautus

Spekroskooppeja on 2 tyyppiä. Ensimmäinen käyttää läpinäkyvää dispersiivistä kolmikulmaista prismaa. Tutkittavasta kohteesta tuleva valo syötetään siihen kapean raon kautta ja sitä tarkkaillaan toiselta puolelta okulaariputken avulla. Valon häiriöiden välttämiseksi koko rakenne on peitetty valotiiviillä kotelolla. Se voi koostua myös valoeristetyistä elementeistä ja putkista. Linssien käyttö tällaisessa spektroskoopissa on valinnaista. Toinen spektroskooppityyppi on diffraktiospektroskooppi. Sen pääelementti on diffraktiohila. Kohteesta tuleva valo on myös toivottavaa syöttää raon läpi. CD- ja DVD-levyjä käytetään nykyään usein diffraktiohileinä kotitekoisissa malleissa. Kaikki spektroskoopit sopivat ehdotettuihin kokeisiin;

Ruokasuola ei saa sisältää jodia;

Kokeet tehdään parhaiten avustajan kanssa;

Kaikki kokeet tehdään parhaiten pimeässä huoneessa ja aina mustaa taustaa vasten.

Hyödyllinen neuvo

Saadaksesi hiilidioksidia koeputkeen, laita siihen pala tavallista koululiitua. Täytä se suolahapolla. Kerää tuloksena oleva kaasu puhtaaseen koeputkeen. Hiilidioksidi on ilmaa raskaampaa, joten se kerääntyy tyhjän koeputken pohjalle pakottaen ilman ulos siitä. Tätä varten laske putki kaasulähteestä tyhjään koeputkeen, eli koeputkesta, jossa reaktio tapahtui.

Fyysinen termi "spektri" tulee latinan sanasta spektri, joka tarkoittaa "näkemystä" tai jopa "aave". Mutta aihe, jota kutsutaan niin synkäksi sanaksi, liittyy suoraan niin kauniiseen luonnonilmiöön kuin sateenkaari.

Laajassa merkityksessä spektri on tietyn fyysisen suuren arvojen jakauma. Erikoistapaus on sähkömagneettisen säteilyn taajuuksien jakautuminen. Ihmissilmän havaitsema valo on myös eräänlaista sähkömagneettista säteilyä, ja sillä on spektri.

Spektrin löytäminen

Valon spektrin löytämisen kunnia kuuluu I. Newtonille. Aloittaessaan tämän tutkimuksen tiedemies pyrki käytännön tavoitteeseen: parantaa kaukoputkien linssien laatua. Ongelmana oli, että kuvan reunat, jotka voitiin havaita, oli maalattu kaikilla sateenkaaren väreillä.

I. Newton teki kokeen: valonsäde tunkeutui pimennettyyn huoneeseen pienen reiän kautta, joka putosi ruudulle. Mutta sen tielle asetettiin kolmikulmainen lasiprisma. Valkoisen valopisteen sijaan näytölle ilmestyi sateenkaarinauha. Valkoinen auringonvalo osoittautui monimutkaiseksi, yhdistelmäksi.

Tiedemies monimutkaisi koetta. Hän alkoi tehdä pieniä reikiä näyttöön niin, että vain yksi värillinen säde (esimerkiksi punainen) kulki niiden läpi ja näytön takana toinen ja toinen näyttö. Kävi ilmi, että värilliset säteet, joihin ensimmäinen prisma hajotti valon, eivät hajoa sen komponenttiosiin, kulkeessaan toisen prisman läpi, ne vain poikkeavat. Siksi nämä valonsäteet ovat yksinkertaisia, mutta ne taittuivat eri tavoin, mikä mahdollisti "" valon erottumisen.

Niinpä kävi selväksi, että eri värit eivät tule eriasteisesta "valon ja pimeyden sekoituksesta", kuten ennen I. Newtonia ajateltiin, vaan ovat itse valon komponentteja. Tätä koostumusta kutsuttiin valon spektriksi.

I. Newtonin löydöllä oli aikansa kannalta suuri merkitys, se antoi paljon valon luonteen tutkimukselle. Mutta todellinen tieteen vallankumous, joka liittyy valospektrin tutkimukseen, tapahtui 1800-luvun puolivälissä.

Saksalaiset tutkijat R.V. Bunsen ja G.R. Kirchhoff tutkivat tulen säteilemän valon spektriä, joka sekoittuu erilaisten suolojen haihtumiseen. Spektri vaihteli epäpuhtauksien mukaan. Tämä sai tutkijat ajatukseen, että valospektrien avulla voidaan arvioida Auringon ja muiden tähtien kemiallista koostumusta. Näin syntyi spektrianalyysimenetelmä.