Radiasi termal dan pendaran.

Energi yang dikonsumsi tubuh bercahaya untuk radiasi, dapat diisi ulang dari berbagai sumber. Fosfor teroksidasi di udara bersinar karena energi yang dilepaskan selama transformasi kimia. Jenis cahaya ini disebut chemiluminescence. Cahaya yang berasal dari berbagai jenis mandiri pelepasan gas disebut elektroluminesensi. binar padatan disebabkan oleh pemboman mereka dengan elektron disebut cathodoluminescence. Emisi radiasi oleh tubuh dengan karakteristik panjang gelombang tertentu λ 1 dapat disebabkan oleh penyinaran benda ini (atau setelah penyinaran sebelumnya) dengan radiasi dengan panjang gelombang λ 1 kurang dari λ 2. Proses tersebut digabungkan dengan nama photoluminescence (Pendaran disebut radiasi, kelebihan radiasi termal tubuh pada suhu tertentu dan memiliki durasi yang secara signifikan melebihi periode gelombang yang dipancarkan. Zat bercahaya disebut fosfor. ).

Gambar 8. 1 Chemiluminescence

Gambar 8. 2 Fotoluminesensi

Gambar 8. 3 Elektroluminesensi.

Yang paling umum adalah cahaya tubuh karena pemanasannya. Jenis cahaya ini disebut radiasi termal (atau suhu). Radiasi termal terjadi pada suhu berapa pun, tetapi pada suhu rendah, praktis hanya gelombang elektromagnetik panjang (inframerah) yang dipancarkan.

Mengelilingi tubuh memancar cangkang yang tidak dapat ditembus dengan permukaan reflektif sempurna (Gbr.).

Radiasi yang mengenai tubuh akan diserap olehnya (sebagian atau seluruhnya). Akibatnya, akan ada pertukaran energi yang terus menerus antara tubuh dan radiasi yang mengisi cangkang. Jika distribusi energi antara tubuh dan radiasi tetap tidak berubah untuk setiap panjang gelombang, keadaan sistem radiasi tubuh akan berada dalam keseimbangan. Pengalaman menunjukkan bahwa satu-satunya jenis radiasi yang dapat berada dalam kesetimbangan dengan benda-benda yang memancar adalah radiasi termal. Semua jenis radiasi lainnya adalah non-ekuilibrium.

Kemudian energi dalam tubuh akan menurun, yang akan menyebabkan penurunan suhu. Hal ini, pada gilirannya, akan menyebabkan penurunan jumlah energi yang dipancarkan oleh tubuh. Suhu tubuh akan menurun hingga jumlah energi yang dipancarkan tubuh menjadi sama dengan nomor energi yang diserap. Jika keseimbangan terganggu ke arah lain, yaitu jumlah energi yang dipancarkan kurang dari yang diserap, suhu tubuh akan meningkat sampai keseimbangan tercapai kembali. Dengan demikian, ketidakseimbangan dalam sistem radiasi tubuh menyebabkan terjadinya proses yang mengembalikan keseimbangan tersebut.

Situasinya berbeda dalam kasus jenis pendaran apa pun. Mari kita tunjukkan ini pada contoh chemiluminescence. Selama reaksi kimia yang menyebabkan radiasi berlangsung, benda yang memancar bergerak semakin jauh dari keadaan semula. Penyerapan radiasi oleh tubuh tidak akan mengubah arah reaksi, tetapi sebaliknya akan menyebabkan reaksi yang lebih cepat (karena pemanasan) ke arah semula. Kesetimbangan akan terbentuk hanya ketika seluruh pasokan zat yang bereaksi dan Luminescence habis.

dikondisikan proses kimia, akan digantikan oleh radiasi termal.

Jadi, dari semua jenis radiasi, hanya radiasi termal yang dapat berada dalam kesetimbangan. Hukum termodinamika berlaku untuk keadaan dan proses kesetimbangan. Akibatnya, radiasi termal juga harus mematuhi beberapa pola umum timbul dari prinsip termodinamika. Dengan mempertimbangkan keteraturan inilah kita berpaling.

8.2 Hukum Kirchhoff.

Mari kita perkenalkan beberapa karakteristik radiasi termal.

Aliran energi (frekuensi apapun), dipancarkan oleh permukaan satuan benda yang memancar per satuan waktu ke segala arah(dalam sudut yang kokoh 4π), ditelepon luminositas energi tubuh (R) [R] = W/m2 .

Radiasi terdiri dari gelombang dengan frekuensi yang berbeda (ν). Mari kita tunjukkan fluks energi yang dipancarkan oleh permukaan unit tubuh dalam rentang frekuensi dari hingga + dv, melalui d R v. Kemudian pada suhu ini.

di mana - kepadatan spektral luminositas energi, atau emisivitas tubuh .

Pengalaman menunjukkan bahwa emisivitas suatu benda bergantung pada suhu benda tersebut (untuk setiap suhu, radiasi maksimum terletak pada rentang frekuensinya sendiri). Dimensi .

Mengetahui emisivitas, kita dapat menghitung luminositas energi:

Biarkan aliran energi radiasi d jatuh pada area dasar permukaan tubuh, karena gelombang elektromagnetik, yang frekuensinya terkandung dalam interval d. Bagian dari aliran ini akan diserap oleh tubuh. Tanpa dimensi

ditelepon kapasitas penyerapan tubuh . Itu juga sangat tergantung pada suhu.

Menurut definisi, itu tidak bisa lebih besar dari satu. Untuk benda yang sepenuhnya menyerap radiasi dari semua frekuensi, . Tubuh seperti itu disebut benar-benar hitam (ini adalah idealisasi).

Tubuh yang dan kurang dari satu untuk semua frekuensi,ditelepon tubuh abu-abu (ini juga merupakan idealisasi).

Ada hubungan tertentu antara kemampuan memancarkan dan menyerap tubuh. Mari kita lakukan eksperimen berikut secara mental.

Biarkan ada tiga tubuh di dalam cangkang tertutup. Benda berada dalam ruang hampa, oleh karena itu, pertukaran energi hanya dapat terjadi karena radiasi. Pengalaman menunjukkan bahwa setelah beberapa waktu sistem seperti itu akan mencapai keadaan kesetimbangan termal (semua benda dan cangkang akan memiliki suhu yang sama).

Dalam keadaan ini, tubuh, yang memiliki kapasitas radiasi lebih besar, kehilangan per satuan waktu dan lebih banyak energi, tetapi, oleh karena itu, tubuh ini juga harus memiliki kapasitas penyerapan yang lebih besar:

Gustav Kirchhoff pada tahun 1856 merumuskan hukum dan menyarankan model tubuh hitam .

Rasio emisivitas terhadap absorptivitas tidak bergantung pada sifat benda, itu sama untuk semua benda.(universal)fungsi frekuensi dan suhu.

dimana f( - fungsi umum Kirchhoff.

Fungsi ini bersifat universal, atau absolut.

Kuantitas dan , diambil secara terpisah, dapat berubah sangat kuat ketika berpindah dari satu benda ke benda lain, tetapi rasionya selalu untuk semua benda (pada frekuensi dan suhu tertentu).

Untuk benda yang benar-benar hitam , =1 , oleh karena itu, untuk benda itu f( , yaitu. Fungsi universal Kirchhoff tidak lain adalah pancaran dari benda yang benar-benar hitam.

Benda yang benar-benar hitam tidak ada di alam. Jelaga atau platinum hitam memiliki daya serap , 1 , tetapi hanya dalam rentang frekuensi yang terbatas. Namun, rongga dengan lubang kecil sangat dekat sifatnya dengan benda yang benar-benar hitam. Berkas yang masuk ke dalam, setelah beberapa kali pemantulan, pasti diserap, dan berkas dengan frekuensi berapa pun.

Emisi dari perangkat semacam itu (rongga) sangat dekat dengan f(ν ,T). Jadi, jika dinding rongga dipertahankan pada suhu T, maka radiasi yang dipancarkan dari lubang tersebut sangat dekat komposisi spektral radiasi benda hitam pada suhu yang sama.

Memperluas radiasi ini menjadi spektrum, orang dapat menemukan tampilan eksperimental fungsi f(ν ,T)(Gbr. 1.3), dengan suhu yang berbeda T 3 > T 2 > T 1 .

Area yang dicakup oleh kurva memberikan luminositas energi benda hitam pada suhu yang sesuai.

Kurva ini sama untuk semua benda.

Kurva mirip dengan fungsi distribusi kecepatan molekul. Tapi di sana, area yang dicakup oleh kurva adalah konstan, sementara di sini, dengan meningkatnya suhu, luasnya meningkat secara signifikan. Hal ini menunjukkan bahwa kompatibilitas energi sangat tergantung pada suhu. Radiasi maksimum (emisivitas) dengan meningkatnya suhu sedang bergeser menuju frekuensi yang lebih tinggi.

Radiasi gelombang elektromagnetik oleh benda (glow of body) dapat dilakukan karena berbagai jenis energi. Yang paling umum adalah radiasi termal, yaitu emisi gelombang elektromagnetik karena energi internal tubuh. Semua jenis luminesensi lainnya, yang dieksitasi oleh semua jenis energi, kecuali untuk internal (termal), digabungkan di bawah: nama yang umum"pendaran".

Fosfor teroksidasi di udara bersinar karena energi yang dilepaskan selama transformasi kimia. Jenis cahaya ini disebut chemiluminescence. Cahaya yang terjadi pada gas dan padatan di bawah pengaruh Medan listrik disebut elektroluminesensi. Cahaya padatan yang disebabkan oleh pemboman mereka dengan elektron disebut cathodoluminescence. Pendaran yang dibangkitkan oleh radiasi elektromagnetik yang diserap oleh tubuh disebut fotoluminesensi.

Radiasi termal terjadi pada suhu berapa pun, namun, pada suhu rendah, praktis hanya gelombang elektromagnetik panjang (inframerah) yang dipancarkan.

Mari kita mengelilingi tubuh yang memancar dengan cangkang dengan permukaan yang memantulkan sempurna (Gbr. 1.1).

Keluarkan udara dari cangkang. Radiasi yang dipantulkan oleh cangkang, yang jatuh ke tubuh, akan diserap olehnya (sebagian atau seluruhnya). Akibatnya, akan ada pertukaran energi yang terus menerus antara tubuh dan radiasi yang mengisi cangkang. Jika distribusi energi antara tubuh dan radiasi tetap tidak berubah untuk setiap panjang gelombang, keadaan sistem radiasi tubuh akan berada dalam keseimbangan. Pengalaman menunjukkan bahwa satu-satunya jenis radiasi yang dapat berada dalam kesetimbangan dengan benda yang memancar adalah radiasi termal.

Semua jenis radiasi lainnya adalah non-ekuilibrium.

Kemampuan radiasi termal untuk berada dalam kesetimbangan dengan benda-benda yang memancar disebabkan oleh fakta bahwa intensitasnya meningkat dengan meningkatnya suhu. Mari kita asumsikan bahwa keseimbangan antara tubuh dan radiasi terganggu dan tubuh mengeluarkan lebih banyak energi daripada yang diserapnya. Kemudian energi internal tubuh akan berkurang, yang akan menyebabkan penurunan suhu. Hal ini, pada gilirannya, akan menyebabkan penurunan jumlah energi yang dipancarkan oleh tubuh. Suhu tubuh akan menurun sampai jumlah energi yang dikeluarkan tubuh menjadi sama dengan jumlah energi yang diserap. Jika keseimbangan terganggu ke arah lain, yaitu jumlah energi yang dipancarkan kurang dari yang diserap, suhu tubuh akan meningkat sampai keseimbangan tercapai kembali. Dengan demikian, ketidakseimbangan dalam sistem radiasi tubuh menyebabkan terjadinya proses yang mengembalikan keseimbangan.

Situasinya berbeda dalam kasus luminescence. Mari kita tunjukkan ini pada contoh chemiluminescence. Selama radiasi pengkondisian mengalir reaksi kimia, tubuh yang memancar bergerak semakin jauh dari keadaan aslinya. Penyerapan radiasi oleh tubuh tidak akan mengubah arah reaksi, tetapi sebaliknya akan menyebabkan reaksi yang lebih cepat (karena pemanasan) ke arah semula. Kesetimbangan akan terbentuk hanya ketika seluruh pasokan zat yang bereaksi habis dan pendaran akibat proses kimia digantikan oleh radiasi termal.

Jadi, dari semua jenis radiasi, hanya radiasi termal yang dapat berada dalam kesetimbangan. Ke keadaan keseimbangan dan proses menerapkan hukum termodinamika. Oleh karena itu, radiasi termal harus mematuhi hukum-hukum umum tertentu yang timbul dari prinsip-prinsip termodinamika. Dengan mempertimbangkan keteraturan inilah kita berpaling.

radiasi elektromagnetik. Metode aplikasi analisis spektral.

energi radiasi.

Sumber cahaya harus mengkonsumsi energi. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 4 10-7 - 8 10-7 m. Gelombang elektromagnetik dipancarkan pada gerakan cepat partikel bermuatan. Partikel bermuatan ini adalah bagian dari atom. Tapi, tanpa mengetahui bagaimana atom diatur, tidak ada yang dapat dipercaya tentang mekanisme radiasi. Hanya jelas bahwa tidak ada cahaya di dalam atom, sama seperti tidak ada suara dalam senar piano. Seperti senar yang mulai berbunyi hanya setelah dipukul dengan palu, atom-atom melahirkan cahaya hanya setelah mereka tereksitasi.
Agar atom dapat memancar, ia perlu mentransfer energi. Dengan memancar, sebuah atom kehilangan energi yang telah diterimanya, dan untuk pancaran suatu zat secara terus-menerus, diperlukan aliran energi ke atom-atomnya dari luar.

Radiasi termal. Jenis radiasi yang paling sederhana dan paling umum adalah radiasi termal, di mana kehilangan energi atom untuk emisi cahaya dikompensasi oleh energi. gerakan termal atom atau (molekul) dari tubuh yang memancar.
PADA awal XIX di. ditemukan bahwa di atas (dalam panjang gelombang) bagian merah dari spektrum cahaya tampak bagian inframerah dari spektrum tidak terlihat oleh mata, dan di bawah bagian ungu dari spektrum cahaya tampak adalah bagian ultraviolet yang tidak terlihat dari spektrum.
panjang gelombang radiasi infra merah tertutup dalam kisaran 3 10-4 hingga 7,6 10-7 m. properti karakteristik radiasi ini adalah aksi termal. Sumber sinar infra merah adalah benda apapun. Intensitas radiasi ini semakin tinggi, semakin tinggi suhu tubuh. Semakin tinggi suhu tubuh, semakin cepat atom bergerak. Ketika atom (molekul) cepat bertabrakan satu sama lain, sebagian energi kinetiknya diubah menjadi energi eksitasi atom, yang kemudian memancarkan cahaya.

Radiasi inframerah diperiksa menggunakan termokopel dan bolometer. Prinsip pengoperasian perangkat night vision didasarkan pada penggunaan radiasi inframerah.
Sumber panas radiasi adalah Matahari, serta lampu pijar biasa. Lampu adalah sumber yang sangat nyaman, tetapi tidak ekonomis. Hanya sekitar 12% dari total energi yang dilepaskan dalam lampu sengatan listrik, diubah menjadi energi cahaya. Sumber panas cahaya adalah nyala api. Butir jelaga dipanaskan oleh energi yang dilepaskan selama pembakaran bahan bakar, dan memancarkan cahaya.

Elektroluminesensi. Energi yang dibutuhkan oleh atom untuk memancarkan cahaya juga dapat dipinjam dari sumber non-termal. Ketika pemakaian dalam gas, medan listrik menginformasikan elektron yang lebih besar energi kinetik. Elektron cepat mengalami tumbukan dengan atom. Bagian dari energi kinetik elektron digunakan untuk eksitasi atom. Atom yang tereksitasi mengeluarkan energi dalam bentuk gelombang cahaya. Karena ini, pelepasan gas disertai dengan cahaya. Ini adalah elektroluminesensi.

katodoluminesensi. Cahaya padatan yang disebabkan oleh pemboman mereka dengan elektron disebut cathodoluminescence. Layar tabung sinar katoda bersinar karena cathodoluminescence.

Kemiluminesensi. Dalam beberapa reaksi kimia yang melepaskan energi, sebagian dari energi ini langsung dihabiskan untuk emisi cahaya. Sumber cahaya tetap dingin (memiliki suhu lingkungan). Fenomena ini disebut chemiluminescence.

Fotoluminesensi. Cahaya yang jatuh pada suatu zat sebagian dipantulkan dan sebagian diserap. Energi cahaya yang diserap dalam banyak kasus hanya menyebabkan pemanasan tubuh. Namun, beberapa benda itu sendiri mulai bersinar langsung di bawah aksi insiden radiasi di atasnya. Ini adalah fotoluminesensi.

Cahaya menggairahkan atom-atom materi (meningkatkan energi internalnya), setelah itu mereka disorot dengan sendirinya. Misalnya, cat bercahaya, yang menutupi banyak dekorasi Natal, memancarkan cahaya setelah disinari. Fotoluminesensi padatan, serta tujuan khusus- (umum) fosfor, tidak hanya dapat terlihat, tetapi juga dalam rentang ultraviolet dan inframerah. Cahaya yang dipancarkan selama photoluminescence memiliki, sebagai aturan, panjang gelombang yang lebih panjang daripada cahaya yang menggairahkan cahaya. Ini dapat diamati secara eksperimental. Jika berkas cahaya yang melewati filter cahaya ungu diarahkan ke bejana dengan fluoresen (pewarna organik), maka cairan ini mulai bersinar dengan cahaya hijau-kuning, yaitu cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang daripada cahaya ungu.
Fenomena photoluminescence banyak digunakan dalam lampu fluorescent. Fisikawan Soviet S. I. Vavilov mengusulkan untuk menutupi Permukaan dalam tabung pelepasan dengan zat yang mampu bersinar terang di bawah aksi radiasi gelombang pendek dari pelepasan gas.

Distribusi energi dalam spektrum.

Tak satu pun dari sumber memberikan cahaya monokromatik, yaitu cahaya dengan panjang gelombang yang ditentukan secara ketat. Kami yakin akan hal ini dengan eksperimen penguraian cahaya menjadi spektrum dengan bantuan prisma, serta eksperimen interferensi dan difraksi.
Energi yang dibawa oleh cahaya dari sumbernya didistribusikan dengan cara tertentu di atas gelombang semua panjang gelombang yang membentuk berkas cahaya. Kita juga dapat mengatakan bahwa energi didistribusikan melalui frekuensi, karena ada hubungan sederhana antara panjang gelombang dan frekuensi: v = c.
Kerapatan atau intensitas fluks radiasi elektromagnetik ditentukan oleh energi yang disebabkan oleh semua frekuensi. Untuk mengkarakterisasi distribusi radiasi pada frekuensi, Anda perlu memasukkan nilai baru: intensitas per satuan interval frekuensi. Nilai ini disebut kerapatan spektral dari intensitas radiasi.

Anda tidak dapat mengandalkan mata ketika memperkirakan distribusi energi. Mata memiliki kepekaan selektif terhadap cahaya: sensitivitas maksimumnya terletak pada wilayah spektrum kuning-hijau. Yang terbaik adalah memanfaatkan properti benda hitam untuk menyerap hampir sepenuhnya cahaya dari semua panjang gelombang. Dalam hal ini, energi radiasi (yaitu, cahaya) menyebabkan pemanasan tubuh. Oleh karena itu, cukup mengukur suhu tubuh dan menggunakannya untuk menilai jumlah energi yang diserap per satuan waktu.
Termometer biasa terlalu sensitif untuk digunakan dengan sukses dalam eksperimen semacam itu. Diperlukan alat pengukur suhu yang lebih sensitif. Anda dapat mengambil termometer listrik, di mana: elemen penginderaan dibuat dalam bentuk pelat logam tipis. Pelat ini harus ditutupi dengan lapisan tipis jelaga, yang hampir sepenuhnya menyerap cahaya dengan panjang gelombang berapa pun.
Pelat instrumen yang peka terhadap panas harus ditempatkan di satu tempat atau tempat lain dalam spektrum. Semuanya spektrum terlihat panjang l dari sinar merah ke ungu sesuai dengan rentang frekuensi dari IR ke UV. Lebar sesuai dengan interval kecil Av. Dengan memanaskan pelat hitam perangkat, seseorang dapat menilai kepadatannya fluks radiasi per interval frekuensi Av. Memindahkan pelat di sepanjang spektrum, kami menemukan bahwa kebanyakan energi jatuh pada bagian spektrum yang merah, dan bukan pada bagian kuning-hijau, seperti yang terlihat oleh mata.
Berdasarkan hasil percobaan ini, dimungkinkan untuk memplot ketergantungan kerapatan spektral intensitas radiasi pada frekuensi. Kerapatan spektral dari intensitas radiasi ditentukan oleh suhu pelat, dan frekuensinya tidak sulit ditemukan jika perangkat yang digunakan untuk menguraikan cahaya dikalibrasi, yaitu, jika diketahui frekuensi apa yang sesuai dengan bagian spektrum yang diberikan. ke.
Memplot sepanjang sumbu absis nilai frekuensi yang sesuai dengan titik tengah interval Av, dan di sepanjang sumbu ordinat kerapatan spektral intensitas radiasi, kami memperoleh serangkaian titik di mana kurva halus dapat ditarik. Kurva ini memberikan representasi visual dari distribusi energi dan bagian yang terlihat dari spektrum busur listrik.

Jenis spektrum.

Komposisi spektral radiasi berbagai zat sangat bervariasi. Namun, terlepas dari ini, semua spektrum, seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, dapat dibagi menjadi tiga jenis yang berbeda satu sama lain.

Spektrum terus menerus.

Spektrum matahari atau spektrum cahaya busur adalah kontinu. Ini berarti bahwa semua panjang gelombang diwakili dalam spektrum. Tidak ada diskontinuitas dalam spektrum, dan pita warna-warni kontinu dapat dilihat pada layar spektrograf.
Distribusi energi melalui frekuensi, yaitu kerapatan spektral intensitas radiasi, untuk berbagai badan berbeda. Misalnya, sebuah benda dengan permukaan yang sangat hitam memancarkan gelombang elektromagnetik dari semua frekuensi, tetapi kerapatan spektral dari kurva intensitas radiasi versus frekuensi memiliki maksimum pada frekuensi tertentu. Energi radiasi yang disebabkan oleh frekuensi yang sangat kecil dan sangat tinggi dapat diabaikan. Saat suhu naik, kerapatan spektral maksimum radiasi bergeser ke arah gelombang pendek.
Spektrum kontinu (atau kontinu), seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, memberikan benda yang berbentuk padat atau keadaan cair dan gas yang sangat terkompresi. Untuk mendapatkan spektrum kontinu, Anda perlu memanaskan tubuh ke suhu tinggi.
Sifat spektrum kontinu dan fakta keberadaannya ditentukan tidak hanya oleh sifat-sifat atom-atom yang memancar, tetapi juga dalam gelar yang kuat tergantung pada interaksi atom satu sama lain.
Spektrum kontinu juga dihasilkan oleh plasma suhu tinggi. Gelombang elektromagnetik dipancarkan oleh plasma terutama ketika elektron bertabrakan dengan ion.

Spektrum garis.

Mari kita masukkan ke dalam nyala api kompor gas sepotong asbes yang dibasahi dengan larutan biasa garam dapur. Saat mengamati nyala api melalui spektroskop, garis kuning cerah berkedip dengan latar belakang spektrum nyala api yang hampir tidak dapat dibedakan. Garis kuning ini diberikan oleh uap natrium, yang terbentuk selama pemecahan molekul natrium klorida dalam nyala api. Pada spektroskop, orang juga dapat melihat palisade garis berwarna dengan kecerahan yang bervariasi, dipisahkan oleh pita gelap lebar. Spektrum seperti ini disebut spektrum garis. Kehadiran spektrum garis berarti bahwa zat memancarkan cahaya hanya dengan panjang gelombang tertentu (lebih tepatnya, dalam interval spektral tertentu yang sangat sempit). Setiap garis memiliki lebar yang terbatas.
Spektrum garis hanya terjadi pada zat dalam keadaan atom (tetapi tidak pada molekul). Dalam hal ini, cahaya dipancarkan oleh atom-atom yang praktis tidak berinteraksi satu sama lain. Ini adalah jenis spektrum yang paling mendasar dan paling mendasar. Sifat utama dari spektrum garis adalah bahwa atom-atom yang terisolasi dari suatu unsur kimia tertentu memancarkan urutan panjang gelombang yang didefinisikan secara ketat dan tidak berulang. Dua berbagai elemen tidak ada urutan panjang gelombang tunggal. Pita spektral muncul pada keluaran perangkat spektral menggantikan panjang gelombang yang dipancarkan dari sumbernya. Biasanya, untuk mengamati spektrum garis, pancaran uap zat dalam nyala api atau pancaran pelepasan gas dalam tabung berisi gas yang diteliti digunakan.
Dengan peningkatan densitas gas atom, individu garis spektral memperluas dan, akhirnya, di sangat kepadatan tinggi gas, ketika interaksi atom menjadi signifikan, garis-garis ini saling tumpang tindih membentuk spektrum kontinu.

Spektrum bergaris.

Spektrum bergaris terdiri dari pita individu yang dipisahkan oleh celah gelap. Dengan bantuan peralatan spektral yang sangat baik, dapat diketahui bahwa setiap pita adalah kumpulan jumlah yang besar garis yang sangat rapat. Tidak seperti spektrum garis, spektrum garis diciptakan bukan oleh atom, tetapi oleh molekul yang tidak terikat atau terikat lemah. teman terikat dengan teman.
Untuk mengamati spektrum molekul, serta untuk mengamati spektrum garis, biasanya menggunakan pancaran uap dalam nyala api atau pancaran pelepasan gas.

Spektrum emisi dan absorpsi.

Semua zat yang atomnya dalam keadaan tereksitasi memancarkan gelombang cahaya, yang energinya didistribusikan dengan cara tertentu pada panjang gelombang. Penyerapan cahaya oleh suatu zat juga tergantung pada panjang gelombang. Jadi, kaca merah mentransmisikan gelombang yang sesuai dengan cahaya merah (l»8 10-5 cm), dan menyerap semua sisanya.
Jika lewati cahaya putih melalui gas yang dingin dan tidak memancar, garis-garis gelap muncul dengan latar belakang spektrum kontinu dari sumbernya. Gas menyerap paling intens cahaya dengan panjang gelombang yang tepat seperti yang dipancarkannya saat sangat panas. Garis-garis gelap dengan latar belakang spektrum kontinu adalah garis-garis absorpsi, yang bersama-sama membentuk spektrum absorpsi.
Ada spektrum pancaran kontinu, garis dan garis-garis dan jumlah spektrum serapan yang sama.

Analisis spektral dan aplikasinya.

Penting untuk mengetahui terbuat dari apa tubuh di sekitar kita. Banyak metode telah dirancang untuk menentukan komposisi mereka. Tetapi komposisi bintang dan galaksi hanya dapat diketahui dengan bantuan analisis spektral.

Metode untuk menentukan komposisi kualitatif dan kuantitatif suatu zat berdasarkan spektrumnya disebut analisis spektral. Analisis spektral banyak digunakan dalam eksplorasi mineral untuk menentukan komposisi kimia sampel bijih. Dalam industri, analisis spektral memungkinkan untuk mengontrol komposisi paduan dan pengotor yang dimasukkan ke dalam logam untuk mendapatkan bahan dengan sifat yang diinginkan. Permainan spektrum garis terutama peran penting, karena strukturnya berhubungan langsung dengan struktur atom. Bagaimanapun, spektrum ini diciptakan oleh atom yang tidak mengalami pengaruh eksternal. Oleh karena itu, berkenalan dengan spektrum garis, dengan demikian kami mengambil langkah pertama untuk mempelajari struktur atom. Dengan mengamati spektrum ini, para ilmuwan dapat "melihat" di dalam atom. Di sini, optik bersentuhan erat dengan fisika atom.
Sifat utama spektrum garis adalah bahwa panjang gelombang (atau frekuensi) spektrum garis suatu zat hanya bergantung pada sifat atom zat ini, tetapi sepenuhnya tidak bergantung pada metode eksitasi pendaran atom. Atom-atom dari setiap unsur kimia mengeluarkan spektrum tidak seperti spektrum dari semua unsur lainnya: mereka mampu memancarkan serangkaian panjang gelombang yang ditentukan secara ketat.
Analisis spektral didasarkan pada ini - metode untuk menentukan komposisi kimia suatu zat dari spektrumnya.

Seperti sidik jari manusia spektrum garis memiliki kepribadian yang unik. Keunikan pola pada kulit jari sering membantu menemukan penjahat. Dengan cara yang sama, karena individualitas spektrum, dimungkinkan untuk menentukan komposisi kimia tubuh. Menggunakan analisis spektral, Anda dapat mendeteksi elemen ini dalam komposisi zat kompleks, bahkan jika massanya tidak melebihi 10-10. Ini adalah metode yang sangat sensitif.
Studi tentang spektrum garis suatu zat memungkinkan untuk menentukan dari mana unsur kimia itu terdiri dan dalam jumlah berapa setiap elemen terkandung dalam zat ini.
Kandungan kuantitatif unsur dalam sampel yang diteliti ditentukan dengan membandingkan intensitas garis individu spektrum unsur ini dengan intensitas garis unsur kimia lain, yang kandungan kuantitatifnya dalam sampel diketahui.
Analisis kuantitatif komposisi suatu zat berdasarkan spektrumnya sulit dilakukan, karena kecerahan garis spektral tidak hanya bergantung pada massa zat, tetapi juga pada metode eksitasi cahaya. Ya, di suhu rendah banyak garis spektrum tidak muncul sama sekali. Namun, di bawah kondisi standar untuk eksitasi pendaran, analisis spektral kuantitatif juga dapat dilakukan.
Keuntungan dari analisis spektral adalah: sensitivitas tinggi dan kecepatan hasil. Dengan bantuan analisis spektral, dimungkinkan untuk mendeteksi keberadaan emas dalam sampel dengan berat 6 10-7 g, sedangkan massanya hanya 10-8 g. Penentuan kadar baja dengan analisis spektral dapat dilakukan dalam beberapa puluh detik.
Analisis spektral memungkinkan Anda menentukan komposisi kimia benda angkasa miliaran tahun cahaya dari Bumi. Komposisi kimia atmosfer planet dan bintang, gas dingin di ruang antarbintang ditentukan oleh spektrum serapan.
Dengan mempelajari spektrum, para ilmuwan dapat menentukan tidak hanya komposisi kimia benda langit, tetapi juga suhunya. Pergeseran garis spektral dapat digunakan untuk menentukan kecepatan benda langit.

Saat ini, spektrum semua atom telah ditentukan dan tabel spektrum telah disusun. Dengan bantuan analisis spektral, banyak elemen baru ditemukan: rubidium, cesium, dll. Elemen sering dinamai menurut warna garis spektrum yang paling intens. Rubidium memberi warna merah tua, garis-garis ruby. Kata cesium berarti "biru langit". Ini adalah warna garis utama spektrum cesium.
Dengan bantuan analisis spektral, mereka mempelajari komposisi kimia Matahari dan bintang-bintang. Metode analisis lain umumnya tidak mungkin dilakukan di sini. Ternyata bintang-bintang terdiri dari unsur-unsur kimia yang sama yang ditemukan di Bumi. Sangat mengherankan bahwa helium awalnya ditemukan di Matahari dan baru kemudian ditemukan di atmosfer Bumi. Nama elemen ini mengingat sejarah penemuannya: kata helium berarti "cerah" dalam terjemahan.
Karena kesederhanaan dan keserbagunaannya yang komparatif, analisis spektral adalah metode utama untuk memantau komposisi zat dalam metalurgi, teknik mesin, dan industri nuklir. Dengan bantuan analisis spektral, komposisi kimia bijih dan mineral ditentukan.
Komposisi campuran kompleks, terutama organik, dianalisis dengan spektrum molekulnya.
Analisis spektral dapat dilakukan tidak hanya dari spektrum emisi, tetapi juga dari spektrum serapan. Garis-garis serapan dalam spektrum Matahari dan bintang-bintang yang memungkinkan untuk mempelajari komposisi kimia benda-benda langit ini. Permukaan Matahari yang bercahaya terang - fotosfer - memberikan spektrum kontinu. atmosfer matahari selektif menyerap cahaya dari fotosfer, yang mengarah pada munculnya garis penyerapan dengan latar belakang spektrum kontinu fotosfer.
Tapi atmosfer Matahari memancarkan cahaya. Selama gerhana matahari, Kapan piringan surya ditutup oleh Bulan, garis-garis spektrum dibalik. Alih-alih garis penyerapan dalam spektrum matahari, garis emisi berkedip.
Dalam astrofisika, analisis spektral dipahami tidak hanya untuk menentukan komposisi kimia bintang, awan gas, dll., tetapi juga untuk menemukan banyak lainnya. karakter fisik benda-benda ini: suhu, tekanan, kecepatan, induksi magnetik.
Selain astrofisika, analisis spektral banyak digunakan dalam forensik, untuk menyelidiki bukti yang ditemukan di TKP. Juga, analisis spektral dalam forensik membantu untuk menentukan senjata pembunuhan dan, secara umum, untuk mengungkapkan beberapa rincian kejahatan.
Analisis spektral digunakan bahkan lebih luas dalam pengobatan. Di sini penerapannya sangat luas. Ini dapat digunakan untuk mendiagnosis, serta untuk menentukan zat asing dalam tubuh manusia.
Analisis spektral memerlukan instrumen spektral khusus, yang akan kami pertimbangkan lebih lanjut.

Perangkat spektral.

Untuk studi spektrum yang akurat, perangkat sederhana seperti celah sempit yang membatasi berkas cahaya dan prisma tidak lagi cukup. Diperlukan instrumen yang memberikan spektrum yang jelas, yaitu instrumen yang memisahkan gelombang dengan baik berbagai panjang dan tidak tumpang tindih bagian individu spektrum. Perangkat semacam itu disebut perangkat spektral. Paling sering, bagian utama dari peralatan spektral adalah prisma atau kisi difraksi.
Pertimbangkan skema perangkat peralatan spektral prisma. Radiasi yang dipelajari pertama-tama memasuki bagian perangkat yang disebut kolimator. Kolimator adalah tabung, di salah satu ujungnya ada layar dengan celah sempit, dan di ujung lainnya - lensa konvergen. Kesenjangannya ada Focal length dari lensa. Oleh karena itu, seberkas sinar divergen yang masuk ke lensa dari celah keluar dalam berkas sejajar dan jatuh pada prisma.
Sebagai frekuensi yang berbeda sesuai dengan indeks bias yang berbeda, maka sinar paralel muncul dari prisma, tidak bertepatan dalam arah. Mereka jatuh pada lensa. Pada panjang fokus lensa ini adalah layar - kaca buram atau pelat fotografi. Lensa memfokuskan berkas sinar paralel pada layar, dan bukannya satu gambar celah, seluruh baris gambar-gambar. Setiap frekuensi (interval spektral sempit) memiliki citranya sendiri. Semua gambar ini bersama-sama membentuk spektrum.
Instrumen yang dijelaskan disebut spektrograf. Jika alih-alih lensa kedua dan layar, teleskop digunakan untuk pengamatan visual spektrum, maka perangkat itu disebut spektroskop. Prisma dan detail perangkat spektral lainnya tidak harus terbuat dari kaca. Alih-alih kaca, bahan transparan seperti kuarsa, garam batu, dll. juga digunakan.

Pendahuluan ………………………………………………………………………………….2

Mekanisme radiasi………………………………………………………………………..3

Distribusi energi dalam spektrum………………………………………………………….4

Jenis spektrum……………………………………………………………………………….6

Jenis Analisis Spektral……………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………….

Kesimpulan………………………………………………………………………………..9

Sastra……………………………………………………………………………….11

pengantar

Spektrum adalah penguraian cahaya menjadi bagian-bagian komponennya, sinar warna yang berbeda.

Metode mempelajari komposisi kimia berbagai zat berdasarkan pancaran garis atau spektrum serapannya disebut analisis spektral. Analisis spektral membutuhkan jumlah zat yang dapat diabaikan. Kecepatan dan kepekaan membuat metode ini sangat diperlukan baik di laboratorium maupun di astrofisika. Karena setiap unsur kimia dari tabel periodik memancarkan karakteristik spektrum emisi dan penyerapan garis hanya untuk itu, ini memungkinkan untuk mempelajari komposisi kimia suatu zat. Fisikawan Kirchhoff dan Bunsen pertama kali mencoba membuatnya pada tahun 1859, setelah membangun spektroskop. Cahaya dilewatkan ke dalamnya melalui celah sempit yang dipotong dari salah satu ujung teleskop (pipa dengan celah ini disebut kolimator). Dari kolimator, sinar jatuh pada prisma yang ditutup dengan kotak yang direkatkan di dalamnya dengan kertas hitam. Prisma dibelokkan ke samping sinar yang keluar dari celah. Ada spektrum. Setelah itu, jendela digantung dengan tirai dan pembakar yang menyala ditempatkan di slot kolimator. Potongan berbagai zat dimasukkan satu per satu ke dalam nyala lilin, dan mereka melihat melalui teleskop kedua pada spektrum yang dihasilkan. Ternyata uap panas dari setiap elemen memberikan sinar dengan warna yang ditentukan secara ketat, dan prisma membelokkan sinar ini ke tempat yang ditentukan secara ketat, dan oleh karena itu tidak ada warna yang dapat menutupi yang lain. Ini mengarah pada kesimpulan bahwa metode analisis kimia baru yang radikal telah ditemukan - berdasarkan spektrum suatu zat. Pada tahun 1861, berdasarkan penemuan ini, Kirchhoff membuktikan keberadaan sejumlah elemen di kromosfer matahari, meletakkan dasar bagi astrofisika.

Mekanisme radiasi

Sumber cahaya harus mengkonsumsi energi. Cahaya adalah gelombang elektromagnetik dengan panjang gelombang 4 * 10 -7 - 8 * 10 -7 m. Gelombang elektromagnetik dipancarkan selama pergerakan partikel bermuatan yang dipercepat. Partikel bermuatan ini adalah bagian dari atom. Tapi, tanpa mengetahui bagaimana atom diatur, tidak ada yang dapat dipercaya tentang mekanisme radiasi. Hanya jelas bahwa tidak ada cahaya di dalam atom, sama seperti tidak ada suara dalam senar piano. Seperti senar yang mulai berbunyi hanya setelah dipukul dengan palu, atom-atom melahirkan cahaya hanya setelah mereka tereksitasi.

Agar atom dapat memancar, ia perlu mentransfer energi. Dengan memancar, sebuah atom kehilangan energi yang telah diterimanya, dan untuk pancaran suatu zat secara terus-menerus, diperlukan aliran energi ke atom-atomnya dari luar.

Radiasi termal. Jenis radiasi yang paling sederhana dan paling umum adalah radiasi termal, di mana hilangnya energi oleh atom untuk emisi cahaya dikompensasi oleh energi gerakan termal atom atau (molekul) dari benda yang memancar. Semakin tinggi suhu tubuh, semakin cepat atom bergerak. Ketika atom (molekul) cepat bertabrakan satu sama lain, sebagian energi kinetiknya diubah menjadi energi eksitasi atom, yang kemudian memancarkan cahaya.

Sumber panas radiasi adalah Matahari, serta lampu pijar biasa. Lampu adalah sumber yang sangat nyaman, tetapi tidak ekonomis. Hanya sekitar 12% dari semua energi yang dilepaskan dalam lampu oleh arus listrik diubah menjadi energi cahaya. Sumber panas cahaya adalah nyala api. Butir jelaga dipanaskan oleh energi yang dilepaskan selama pembakaran bahan bakar, dan memancarkan cahaya.

Elektroluminesensi. Energi yang dibutuhkan oleh atom untuk memancarkan cahaya juga dapat dipinjam dari sumber non-termal. Ketika pemakaian dalam gas, medan listrik memberikan energi kinetik yang besar ke elektron. Elektron cepat mengalami tumbukan dengan atom. Bagian dari energi kinetik elektron digunakan untuk eksitasi atom. Atom yang tereksitasi mengeluarkan energi dalam bentuk gelombang cahaya. Karena ini, pelepasan gas disertai dengan cahaya. Ini adalah elektroluminesensi.

katodoluminesensi. Cahaya padatan yang disebabkan oleh pemboman mereka dengan elektron disebut cathodoluminescence. Cathodoluminescence membuat layar tabung sinar katoda di televisi bersinar.

Kemiluminesensi. Dalam beberapa reaksi kimia yang melepaskan energi, sebagian dari energi ini langsung dihabiskan untuk emisi cahaya. Sumber cahaya tetap dingin (memiliki suhu sekitar). Fenomena ini disebut chemioluminescence.

Fotoluminesensi. Cahaya yang jatuh pada suatu zat sebagian dipantulkan dan sebagian diserap. Energi cahaya yang diserap dalam banyak kasus hanya menyebabkan pemanasan tubuh. Namun, beberapa benda itu sendiri mulai bersinar langsung di bawah aksi insiden radiasi di atasnya. Ini adalah fotoluminesensi. Cahaya menggairahkan atom-atom materi (meningkatkan energi internalnya), setelah itu mereka disorot dengan sendirinya. Misalnya, cat bercahaya, yang menutupi banyak dekorasi Natal, memancarkan cahaya setelah disinari.

Cahaya yang dipancarkan selama photoluminescence memiliki, sebagai aturan, panjang gelombang yang lebih panjang daripada cahaya yang menggairahkan cahaya. Ini dapat diamati secara eksperimental. Jika Anda mengarahkan berkas cahaya ke bejana dengan fluoresceite (pewarna organik),

melewati filter cahaya ungu, maka cairan ini mulai bersinar dengan cahaya hijau-kuning, yaitu cahaya dengan panjang gelombang lebih panjang dari cahaya ungu.

Fenomena photoluminescence banyak digunakan dalam lampu fluorescent. Fisikawan Soviet S.I. Vavilov mengusulkan untuk menutupi permukaan bagian dalam tabung pelepasan dengan zat yang mampu bersinar terang di bawah aksi radiasi gelombang pendek dari pelepasan gas. Lampu neon sekitar tiga sampai empat kali lebih ekonomis daripada lampu pijar konvensional.

Jenis utama radiasi dan sumber yang membuatnya terdaftar. Sumber radiasi yang paling umum adalah termal.

Distribusi energi dalam spektrum

Pada layar di belakang prisma bias, warna monokromatik dalam spektrum disusun dengan urutan sebagai berikut: merah (memiliki panjang gelombang terbesar di antara gelombang cahaya tampak (k = 7,6 (10-7 m dan indeks bias terendah), oranye, kuning, hijau, biru, biru dan ungu (memiliki panjang gelombang terkecil dalam spektrum tampak (f = 4 (10-7 m dan indeks bias tertinggi). Tak satu pun dari sumber memberikan cahaya monokromatik, yaitu, cahaya yang didefinisikan secara ketat Kami yakin akan hal ini dengan eksperimen dekomposisi cahaya menjadi spektrum menggunakan prisma, serta eksperimen interferensi dan difraksi.

Energi yang dibawa oleh cahaya dari sumbernya didistribusikan dengan cara tertentu di atas gelombang semua panjang gelombang yang membentuk berkas cahaya. Kita juga dapat mengatakan bahwa energi didistribusikan melalui frekuensi, karena ada hubungan sederhana antara panjang gelombang dan frekuensi: v = c.

Kerapatan fluks radiasi elektromagnetik, atau intensitas /, ditentukan oleh energi &W yang disebabkan oleh semua frekuensi. Untuk mengkarakterisasi distribusi radiasi pada frekuensi, perlu untuk memperkenalkan nilai baru: intensitas per satuan interval frekuensi. Nilai ini disebut kerapatan spektral dari intensitas radiasi.

Kerapatan spektral fluks radiasi dapat ditemukan secara eksperimental. Untuk melakukan ini, Anda perlu menggunakan prisma untuk mendapatkan spektrum emisi, misalnya, busur listrik, dan ukur kerapatan fluks radiasi per interval spektral kecil dengan lebar Av.

Termometer biasa terlalu sensitif untuk digunakan dengan sukses dalam eksperimen semacam itu. Diperlukan alat pengukur suhu yang lebih sensitif. Anda dapat mengambil termometer listrik, di mana elemen sensitif dibuat dalam bentuk pelat logam tipis. Pelat ini harus ditutupi dengan lapisan tipis jelaga, yang hampir sepenuhnya menyerap cahaya dengan panjang gelombang berapa pun.

Pelat instrumen yang peka terhadap panas harus ditempatkan di satu tempat atau tempat lain dalam spektrum. Seluruh spektrum tampak panjang l dari sinar merah ke ungu sesuai dengan interval frekuensi dari v kr ke y f. Lebar sesuai dengan interval kecil Av. Dengan memanaskan pelat hitam perangkat, seseorang dapat menilai kerapatan fluks radiasi per interval frekuensi Av. Memindahkan pelat di sepanjang spektrum, kami menemukan bahwa sebagian besar energi berada di bagian merah spektrum, dan bukan di kuning-hijau, seperti yang terlihat oleh mata.

Berdasarkan hasil percobaan ini, dimungkinkan untuk memplot ketergantungan kerapatan spektral intensitas radiasi pada frekuensi. Kerapatan spektral dari intensitas radiasi ditentukan oleh suhu pelat, dan frekuensinya tidak sulit ditemukan jika perangkat yang digunakan untuk menguraikan cahaya dikalibrasi, yaitu, jika diketahui frekuensi apa yang sesuai dengan bagian spektrum yang diberikan. ke.

Memplot sepanjang sumbu absis nilai frekuensi yang sesuai dengan titik tengah interval Av, dan di sepanjang sumbu ordinat kerapatan spektral intensitas radiasi, kami memperoleh serangkaian titik di mana kurva halus dapat ditarik. Kurva ini memberikan representasi visual dari distribusi energi dan bagian yang terlihat dari spektrum busur listrik.

Perangkat spektral. Untuk studi spektrum yang akurat, perangkat sederhana seperti celah sempit yang membatasi berkas cahaya dan prisma tidak lagi cukup. Diperlukan instrumen yang memberikan spektrum yang jelas, yaitu instrumen yang memisahkan gelombang dengan panjang gelombang yang berbeda dengan baik dan tidak memungkinkan tumpang tindih bagian individu dari spektrum. Perangkat semacam itu disebut perangkat spektral. Paling sering, bagian utama dari peralatan spektral adalah prisma atau kisi difraksi.

Pertimbangkan skema perangkat peralatan spektral prisma. Radiasi yang dipelajari pertama-tama memasuki bagian perangkat yang disebut kolimator. Kolimator adalah tabung, di salah satu ujungnya ada layar dengan celah sempit, dan di ujung lainnya - lensa konvergen. Celah tersebut berada pada jarak fokus dari lensa. Oleh karena itu, seberkas sinar divergen yang masuk ke lensa dari celah keluar dalam berkas sejajar dan jatuh pada prisma.

Karena frekuensi yang berbeda sesuai dengan indeks bias yang berbeda, sinar paralel muncul dari prisma, yang arahnya tidak bertepatan. Mereka jatuh pada lensa. Pada panjang fokus lensa ini adalah layar - kaca buram atau

piring fotografi. Lensa memfokuskan berkas sinar paralel pada layar, dan alih-alih satu gambar celah, seluruh rangkaian gambar diperoleh. Setiap frekuensi (interval spektral sempit) memiliki citranya sendiri. Semua gambar ini bersama-sama membentuk spektrum.

Instrumen yang dijelaskan disebut spektrograf. Jika alih-alih lensa dan layar kedua, teleskop digunakan untuk pengamatan visual spektrum, maka instrumen itu disebut spektroskop, seperti dijelaskan di atas. Prisma dan detail perangkat spektral lainnya tidak harus terbuat dari kaca. Alih-alih kaca, bahan transparan seperti kuarsa, garam batu, dll. juga digunakan.

Jenis spektrum

Komposisi spektral radiasi zat sangat beragam. Namun, terlepas dari ini, semua spektrum, seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, dapat dibagi menjadi beberapa jenis:

Spektrum terus menerus. Spektrum matahari atau spektrum cahaya busur adalah kontinu. Ini berarti bahwa semua panjang gelombang diwakili dalam spektrum. Tidak ada diskontinuitas dalam spektrum, dan pita warna-warni kontinu dapat dilihat pada layar spektrograf.

Distribusi frekuensi energi, yaitu kerapatan spektral dari intensitas radiasi, berbeda untuk benda yang berbeda. Misalnya, sebuah benda dengan permukaan yang sangat hitam memancarkan gelombang elektromagnetik dari semua frekuensi, tetapi kurva ketergantungan kerapatan spektral intensitas radiasi pada frekuensi memiliki maksimum pada frekuensi tertentu. Energi radiasi yang disebabkan oleh frekuensi yang sangat kecil dan sangat tinggi dapat diabaikan. Saat suhu naik, kerapatan spektral maksimum radiasi bergeser ke arah gelombang pendek.

Spektrum kontinu (atau kontinu), seperti yang ditunjukkan oleh pengalaman, memberikan benda yang berada dalam keadaan padat atau cair, serta gas yang sangat terkompresi. Untuk mendapatkan spektrum kontinu, Anda perlu memanaskan tubuh ke suhu tinggi.

Sifat spektrum kontinu dan fakta keberadaannya ditentukan tidak hanya oleh sifat-sifat atom radiasi individu, tetapi juga sebagian besar bergantung pada interaksi atom satu sama lain.

Spektrum kontinu juga dihasilkan oleh plasma suhu tinggi. Gelombang elektromagnetik dipancarkan oleh plasma terutama ketika elektron bertabrakan dengan ion.

Spektrum garis. Mari kita masukkan ke dalam nyala api kompor gas sepotong asbes yang direndam dalam larutan garam meja biasa.

Saat mengamati nyala api melalui spektroskop, garis kuning cerah berkedip dengan latar belakang spektrum nyala api yang hampir tidak dapat dibedakan. Garis kuning ini diberikan oleh uap natrium, yang terbentuk selama pemecahan molekul natrium klorida dalam nyala api. Masing-masing dari mereka adalah palisade dari garis-garis berwarna dengan kecerahan yang berbeda-beda, dipisahkan oleh kegelapan yang lebar

garis-garis. Spektrum seperti ini disebut spektrum garis. Kehadiran spektrum garis berarti bahwa zat memancarkan cahaya hanya dengan panjang gelombang tertentu (lebih tepatnya, dalam interval spektral tertentu yang sangat sempit). Setiap baris memiliki lebar yang terbatas.

Spektrum garis memberikan semua zat dalam keadaan atom gas (tetapi bukan molekul). Dalam hal ini, cahaya dipancarkan oleh atom-atom yang praktis tidak berinteraksi satu sama lain. Ini adalah jenis spektrum yang paling mendasar dan paling mendasar.

Atom yang terisolasi memancarkan panjang gelombang yang ditentukan secara ketat. Biasanya, spektrum garis diamati dengan menggunakan pancaran uap zat dalam nyala api atau pancaran pelepasan gas dalam tabung berisi gas yang diteliti.

Dengan peningkatan densitas gas atom, garis spektral individu meluas, dan, akhirnya, dengan kompresi gas yang sangat besar, ketika interaksi atom menjadi signifikan, garis-garis ini saling tumpang tindih, membentuk spektrum kontinu.

Spektrum bergaris. Spektrum bergaris terdiri dari pita individu yang dipisahkan oleh celah gelap. Dengan bantuan peralatan spektral yang sangat baik, seseorang dapat

temukan bahwa setiap pita adalah kumpulan dari sejumlah besar garis yang berjarak sangat dekat. Tidak seperti spektrum garis, spektrum bergaris diproduksi bukan oleh atom, tetapi oleh molekul yang tidak terikat atau terikat lemah satu sama lain.

Untuk mengamati spektrum molekul, serta untuk mengamati spektrum garis, biasanya menggunakan pancaran uap dalam nyala api atau pancaran pelepasan gas.

Spektrum penyerapan. Semua zat yang atomnya dalam keadaan tereksitasi memancarkan gelombang cahaya, yang energinya didistribusikan dengan cara tertentu pada panjang gelombang. Penyerapan cahaya oleh suatu zat juga tergantung pada panjang gelombang. Dengan demikian, kaca merah mentransmisikan gelombang yang sesuai dengan cahaya merah dan menyerap semua gelombang lainnya.

Jika cahaya putih dilewatkan melalui gas yang dingin dan tidak memancar, maka akan muncul garis-garis gelap dengan latar belakang spektrum kontinu dari sumbernya. Gas menyerap paling intens cahaya dengan panjang gelombang yang tepat seperti yang dipancarkannya saat sangat panas. Garis-garis gelap dengan latar belakang spektrum kontinu adalah garis-garis absorpsi, yang bersama-sama membentuk spektrum absorpsi.

Ada spektrum pancaran kontinu, garis dan garis-garis dan jumlah spektrum serapan yang sama.

Spektrum garis memainkan peran yang sangat penting karena strukturnya berhubungan langsung dengan struktur atom. Bagaimanapun, spektrum ini diciptakan oleh atom yang tidak mengalami pengaruh eksternal. Oleh karena itu, berkenalan dengan spektrum garis, dengan demikian kami mengambil langkah pertama untuk mempelajari struktur atom. Dengan mengamati spektrum ini, para ilmuwan memperoleh

kemampuan untuk "melihat" di dalam atom. Di sini, optik bersentuhan erat dengan fisika atom.

Jenis analisis spektral

Sifat utama spektrum garis adalah bahwa panjang gelombang (atau frekuensi) spektrum garis suatu zat hanya bergantung pada sifat atom zat ini, tetapi sepenuhnya tidak bergantung pada metode eksitasi pendaran atom. atom

dari setiap elemen kimia memberikan spektrum yang tidak mirip dengan spektrum semua elemen lainnya: mereka mampu memancarkan serangkaian panjang gelombang yang ditentukan secara ketat.

Analisis spektral didasarkan pada ini - metode untuk menentukan komposisi kimia suatu zat dari spektrumnya. Seperti sidik jari manusia, spektrum garis memiliki kepribadian yang unik. Keunikan pola pada kulit jari sering membantu menemukan penjahat. Dengan cara yang sama, karena individualitas spektrum, ada

kemampuan untuk menentukan komposisi kimia tubuh. Dengan menggunakan analisis spektral, Anda dapat mendeteksi elemen ini dalam komposisi zat kompleks. Ini adalah metode yang sangat sensitif.

Saat ini dikenal jenis berikut analisis spektral - analisis spektral atom (ASA)(menentukan komposisi unsur sampel dari spektrum emisi dan serapan atom (ion), emisi ASA(menurut spektrum emisi atom, ion, dan molekul yang tereksitasi oleh berbagai sumber radiasi elektromagnetik dalam kisaran dari radiasi g hingga gelombang mikro), serapan atom SA(dilakukan sesuai dengan spektrum penyerapan radiasi elektromagnetik oleh objek yang dianalisis (atom, molekul, ion suatu zat dalam berbagai keadaan agregasi)), fluoresensi atom SA, analisis spektral molekul (MSA .)) (komposisi molekul zat dengan spektrum molekul penyerapan, pendaran dan hamburan cahaya Raman.), kualitas ISA(cukup untuk menentukan ada atau tidaknya garis analitik dari elemen yang ditentukan. Dengan kecerahan garis selama tampilan visual, seseorang dapat memberikan perkiraan kasar tentang konten elemen tertentu dalam sampel), ISA kuantitatif(dilakukan dengan membandingkan intensitas dua garis spektral dalam spektrum sampel, salah satunya milik elemen yang ditentukan, dan yang lainnya (garis perbandingan) dengan elemen utama sampel, yang konsentrasinya diketahui, atau elemen yang secara khusus diperkenalkan pada konsentrasi yang diketahui).

ISA didasarkan pada perbandingan kualitatif dan kuantitatif dari spektrum terukur dari sampel uji dengan spektrum zat individu. Oleh karena itu, perbedaan dibuat antara ISA kualitatif dan kuantitatif. Berbagai jenis spektrum molekul digunakan dalam MSA, rotasi [spektra dalam gelombang mikro dan inframerah gelombang panjang (IR) daerah], vibrasi dan rotasi vibrasi [spektra penyerapan dan emisi di wilayah mid-IR, spektrum Raman, spektrum fluoresensi IR ], elektronik, elektronik-getaran dan elektronik-getaran-rotasi [spektra penyerapan dan transmisi di daerah tampak dan ultraviolet (UV), spektrum fluoresensi]. ISA memungkinkan analisis jumlah kecil (dalam beberapa kasus, pecahan mcg dan lebih sedikit) zat dalam keadaan agregasi yang berbeda.

Analisis kuantitatif komposisi suatu zat berdasarkan spektrumnya sulit dilakukan, karena kecerahan garis spektral tidak hanya bergantung pada massa zat, tetapi juga pada metode eksitasi cahaya. Jadi, pada suhu rendah, banyak garis spektral tidak muncul sama sekali. Namun, di bawah kondisi standar untuk eksitasi pendaran, analisis spektral kuantitatif juga dapat dilakukan.

Yang paling akurat dari analisis ini adalah serapan atom SA. Teknik AAA jauh lebih sederhana dibandingkan dengan metode lain, hal ini ditandai dengan akurasi yang tinggi dalam menentukan tidak hanya kecil, tetapi juga konsentrasi elemen yang tinggi dalam sampel. AAA berhasil menggantikan melelahkan dan panjang metode kimia analisis, tidak kalah dengan mereka dalam akurasi.

Kesimpulan

Dengan bantuan analisis spektral, mereka mempelajari komposisi kimia Matahari dan bintang-bintang. Metode analisis lain umumnya tidak mungkin dilakukan di sini. Ternyata bintang-bintang terdiri dari unsur-unsur kimia yang sama yang ditemukan di Bumi. Sangat mengherankan bahwa helium awalnya ditemukan di Matahari, dan baru kemudian ditemukan di atmosfer Bumi. Nama ini

elemen mengingat sejarah penemuannya: kata helium berarti "cerah" dalam terjemahan.

Karena kesederhanaan dan keserbagunaannya yang komparatif, analisis spektral adalah metode utama untuk memantau komposisi zat dalam metalurgi, teknik mesin, dan industri nuklir. Dengan bantuan analisis spektral, komposisi kimia bijih dan mineral ditentukan.

Komposisi campuran kompleks, terutama organik, dianalisis dengan spektrum molekulnya.

Analisis spektral dapat dilakukan tidak hanya dari spektrum emisi, tetapi juga dari spektrum serapan. Garis-garis serapan dalam spektrum Matahari dan bintang-bintang yang memungkinkan untuk mempelajari komposisi kimia benda-benda langit ini. Permukaan Matahari yang bercahaya terang - fotosfer - memberikan spektrum kontinu. Atmosfer matahari secara selektif menyerap cahaya dari fotosfer, yang mengarah pada munculnya garis-garis absorpsi dengan latar belakang spektrum kontinu fotosfer.

Tapi atmosfer Matahari memancarkan cahaya. Selama gerhana matahari, ketika piringan matahari ditutupi oleh Bulan, garis spektrum terbalik. Alih-alih garis penyerapan dalam spektrum matahari, garis emisi berkedip.

Dalam astrofisika, analisis spektral dipahami tidak hanya untuk menentukan komposisi kimia bintang, awan gas, dll., tetapi juga untuk menemukan banyak

karakteristik fisik lain dari benda-benda ini: suhu, tekanan, kecepatan, induksi magnetik.

Metode ekspres ASA banyak digunakan dalam industri, pertanian, geologi, dan banyak bidang ekonomi dan sains nasional lainnya. ASA memainkan peran penting dalam teknologi nuklir, produksi bahan semikonduktor murni, superkonduktor, dll. Lebih dari 3/4 dari semua analisis dalam metalurgi dilakukan dengan metode ASA. Dengan bantuan kuantometer, prosedur operasi dilakukan (dalam 2-3 min) kontrol selama peleburan di perapian terbuka dan industri konverter. Dalam geologi dan eksplorasi geologi, sekitar 8 juta analisis per tahun dilakukan untuk mengevaluasi endapan. ASA digunakan dalam perlindungan lingkungan dan analisis tanah, forensik dan kedokteran, geologi dasar laut dan penelitian komposisi atmosfer atas,

memisahkan isotop dan menentukan usia dan komposisi objek geologis dan arkeologis, dll.

Jadi, analisis spektral digunakan di hampir semua bidang utama aktivitas manusia. Dengan demikian, analisis spektral adalah salah satu aspek terpenting dari perkembangan tidak hanya kemajuan ilmiah, tetapi juga standar kehidupan manusia.

literatur

Zaidel A. N., Dasar-dasar analisis spektral, M., 1965,

Metode analisis spektral, M, 1962;

Chulanovsky V. M., Pengantar analisis spektral molekuler, M. - L., 1951;

Rusanov AK, Dasar-dasar analisis spektral kuantitatif bijih dan mineral. M., 1971

Energi yang dikeluarkan oleh benda bercahaya untuk radiasi dapat diisi ulang dari berbagai sumber. Fosfor teroksidasi di udara bersinar karena energi yang dilepaskan selama transformasi kimia. Jenis cahaya ini disebut chemiluminescence.

Cahaya yang terjadi selama berbagai jenis pelepasan gas independen disebut electroluminescence. Cahaya padatan yang disebabkan oleh pemboman mereka oleh elektron disebut katoda-luminium dan non-adegan. Emisi radiasi oleh suatu benda dengan panjang gelombang tertentu 1 karakteristiknya dapat disebabkan oleh penyinaran benda tersebut (atau telah disinari sebelumnya) dengan radiasi dengan panjang gelombang 2 yang kurang dari 1 . Proses tersebut digabungkan dengan nama photoluminescence.

Mari kita mengelilingi tubuh yang memancar dengan cangkang yang tidak dapat ditembus dengan permukaan yang memantulkan sempurna (Gbr. 154). Keluarkan udara dari cangkang. Radiasi yang dipantulkan oleh cangkang, yang jatuh ke tubuh, akan diserap olehnya (sebagian atau seluruhnya). Akibatnya, akan ada pertukaran energi yang terus menerus antara tubuh dan radiasi yang mengisi cangkang. Jika distribusi energi antara tubuh dan radiasi tetap tidak berubah untuk setiap panjang gelombang, keadaan sistem radiasi tubuh akan berada dalam keseimbangan. Pengalaman menunjukkan bahwa satu-satunya jenis radiasi yang dapat berada dalam kesetimbangan dengan benda yang memancar adalah radiasi termal. Semua jenis radiasi lainnya adalah non-ekuilibrium.

Kemampuan radiasi termal untuk berada dalam kesetimbangan dengan benda-benda yang memancar disebabkan oleh fakta bahwa intensitasnya meningkat dengan meningkatnya suhu. Mari kita asumsikan bahwa keseimbangan antara tubuh dan radiasi (lihat Gambar 1) terganggu dan tubuh memancarkan lebih banyak energi daripada yang diserapnya. Kemudian energi internal tubuh akan berkurang, yang akan menyebabkan penurunan suhu. Hal ini, pada gilirannya, akan menyebabkan penurunan jumlah energi yang dipancarkan oleh tubuh. Suhu tubuh akan menurun sampai jumlah energi yang dikeluarkan tubuh menjadi sama dengan jumlah energi yang diserap. Jika keseimbangan terganggu ke arah lain, yaitu jumlah energi yang dipancarkan kurang dari yang diserap, suhu tubuh akan meningkat sampai keseimbangan tercapai kembali. Dengan demikian, ketidakseimbangan dalam sistem radiasi tubuh menyebabkan terjadinya proses yang mengembalikan keseimbangan tersebut.

Jadi, dari semua jenis radiasi, hanya radiasi termal yang dapat berada dalam kesetimbangan. Hukum termodinamika berlaku untuk keadaan dan proses kesetimbangan. Akibatnya, radiasi termal juga harus mematuhi beberapa hukum umum yang timbul dari prinsip-prinsip termodinamika. Dengan mempertimbangkan keteraturan inilah kita berpaling.

Anda juga dapat menemukan informasi menarik di mesin pencari ilmiah Otvety.Online. Gunakan formulir pencarian:

Portal untuk siswa. Latihan mandiri

Radiasi termal dan pendaran.

ARTIKEL TERKAIT