Întrebări.

1. Cum arată un spectru continuu?

Un spectru continuu este o bandă formată din toate culorile curcubeului, îmbinându-se fără probleme unele cu altele.

2. Din lumina a căror corpuri se obține un spectru continuu? Dă exemple.

Un spectru continuu se obtine din lumina corpurilor solide si lichide (filamentul unei lampi electrice, metal topit, flacara de lumanare) cu o temperatura de cateva mii de grade Celsius. Este dat si de gaze si vapori luminosi la presiune ridicata.

3. Cum arată spectrele de linii?

Spectrele de linii constau din linii individuale de culori specifice.

4. Cum se poate obține un spectru de linie de emisie de sodiu?

Pentru a face acest lucru, puteți adăuga o bucată de sare comună (NaCl) la flacăra arzătorului și puteți observa spectrul printr-un spectroscop.

5. Din ce surse de lumină se obțin spectre de linii?

Spectrele de linii sunt caracteristice gazelor luminoase de densitate scăzută.

6. Care este mecanismul de obținere a spectrelor de absorbție a liniilor (adică ce trebuie făcut pentru a le obține)?

Spectrele de absorbție de linie sunt obținute prin trecerea luminii de la o sursă mai luminoasă și mai fierbinte prin gaze de densitate scăzută.

7. Cum să obțineți un spectru de absorbție de linie de sodiu și cum arată acesta?

Pentru a face acest lucru, lumina de la o lampă incandescentă trebuie trecută printr-un vas cu vapori de sodiu. Drept urmare, în spectrul continuu al luminii de la o lampă incandescentă vor apărea linii negre înguste, în locul în care există linii galbene în spectrul de emisie de sodiu.

8. Care este esența legii lui Kirchhoff referitoare la spectrele de linii de emisie și absorbție?

Legea lui Kirchoff afirmă că atomii unui element dat absorb și emit unde luminoase la aceleași frecvențe.

Forma spectrelor gazelor luminoase depinde de natura chimică a gazului.

Spectrul de emisie

Întrebarea 5. Spectre de emisie. Spectre de absorbție

Întrebarea 4. Aplicarea dispersiei

Fenomenul de dispersie stă la baza proiectării instrumentelor spectrale prismatice: spectroscoape și spectrografe, care servesc la obținerea și observarea spectrelor. Cursul razelor în cel mai simplu spectrograf este prezentat în Fig.4.

Fanta iluminată de sursa de lumină, plasată la focarul lentilei colimatorului, trimite către această lentilă un fascicul de raze divergente, pe care lentila (lentila colimatorului) îl transformă într-un fascicul de raze paralele.

Aceste raze paralele, refractate într-o prismă, se descompun în raze de lumină de culori diferite (adică diferite), care sunt colectate de o lentilă a camerei (lentila camerei) în planul său focal și, în loc de o imagine a fantei, o se obţine o serie întreagă de imagini. Fiecare frecvență are propria sa imagine. Totalitatea acestor imagini este spectrul. Spectrul poate fi observat printr-un ocular folosit ca lupă. Un astfel de dispozitiv este numit spectroscop. Dacă trebuie să faceți o fotografie a spectrului, atunci placa fotografică este plasată în planul focal al obiectivului camerei. Dispozitivul de fotografiere a spectrului se numește spectrograf.

Dacă lumina dintr-un solid fierbinte trece prin prismă, apoi pe ecranul din spatele prismei obținem spectru de emisie continuu.

Dacă sursa de lumină este un gaz sau vapori, atunci modelul spectrului se schimba semnificativ. Există un set de linii luminoase separate de goluri întunecate. Astfel de spectre sunt numite stăpânit. Exemple de spectre de linii sunt spectrele de sodiu, hidrogen și heliu.

Fiecare gaz sau vapor dă propriul spectru, caracteristic doar pentru el. Prin urmare, spectrul gazului luminos ne permite să tragem o concluzie despre compoziția sa chimică. Dacă sursa de radiaţii este molecule de substanță, apoi se observă un spectru în dungi.

Toate cele trei tipuri de spectre - continue, linie și dungi - sunt spectre emisii.

Pe lângă spectrele de emisie, există spectre de absorbție, care se obțin în felul următor.

Lumina albă de la sursă este trecută prin vaporii substanței de testat și direcționată către un spectroscop sau alt instrument proiectat să studieze spectrul.

În acest caz, liniile întunecate aranjate într-o anumită ordine sunt vizibile pe fundalul unui spectru continuu. Numărul lor și natura locației ne permit să judecăm compoziția substanței studiate.

De exemplu, dacă vaporii de sodiu se află pe calea razelor, pe spectrul continuu apare o bandă întunecată în punctul din spectru în care ar fi trebuit să fie localizată linia galbenă a spectrului de emisie a vaporilor de sodiu.

Fenomenul luat în considerare a fost explicat de Kirchhoff, care a arătat că atomii unui element dat absorb aceleași unde luminoase pe care le emit ei înșiși.

Pentru a explica originea spectrelor, este necesar să se cunoască structura atomului. Aceste probleme vor fi discutate în prelegerile ulterioare.

Literatură:

1. I.I. Narkevich et al. Fizica. - Minsk: Editura „LLC New Knowledge”, 2004.

2. R.I.Grabovsky. Curs de fizică.- Sankt Petersburg.- M.- Krasnodar: Editura „Lan”, 2006.

3. V.F. Dmitrieva. Fizica.- M.: Editura „Școala Superior”, 2001.

4. A.N. Remizov. Curs de fizica, electronica si cibernetica.- M .: Editura „Scoala Superior”, 1982

5. L.A. Aksenovich, N.N. Rakina. Fizica.- Minsk: Editura Design PRO, 2001.

Introducere ………………………………………………………………………………….2

Mecanismul radiației………………………………………………………………………………..3

Distribuția energiei în spectru…………………………………………………………………….4

Tipuri de spectre……………………………………………………………………………….6

Tipuri de analiză spectrală……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………….

Concluzie……………………………………………………………………………………………..9

Literatură………………………………………………………………………………….11

Introducere

Spectrul este descompunerea luminii în părțile sale componente, raze de diferite culori.

Metoda de studiu a compoziției chimice a diferitelor substanțe prin spectre de emisie sau absorbție a liniilor lor se numește analiza spectrală. Analiza spectrală necesită o cantitate neglijabilă de substanță. Viteza și sensibilitatea au făcut această metodă indispensabilă atât în ​​laboratoare, cât și în astrofizică. Deoarece fiecare element chimic al tabelului periodic emite o linie de emisie și spectru de absorbție caracteristic doar pentru acesta, acest lucru face posibilă studierea compoziției chimice a unei substanțe. Fizicienii Kirchhoff și Bunsen au încercat pentru prima dată să o facă în 1859, după ce au construit spectroscop. Lumina a fost trecută în el printr-o fantă îngustă tăiată dintr-o margine a telescopului (această țeavă cu fantă se numește colimator). Din colimator, razele au căzut pe o prismă acoperită cu o cutie lipită în interior cu hârtie neagră. Prisma a deviat în lateral razele care ieșeau din fantă. A existat un spectru. După aceea, fereastra a fost atârnată cu o perdea și a fost plasat un arzător aprins la fanta colimatorului. Bucăți din diferite substanțe au fost introduse una câte una în flacăra unei lumânări și au privit prin al doilea telescop spectrul rezultat. S-a dovedit că vaporii fierbinți ai fiecărui element au dat raze de o culoare strict definită, iar prisma a deviat aceste raze într-un loc strict definit și, prin urmare, nicio culoare nu o putea masca pe cealaltă. Aceasta a condus la concluzia că a fost găsită o metodă radical nouă de analiză chimică - prin spectrul unei substanțe. În 1861, pe baza acestei descoperiri, Kirchhoff a dovedit prezența unui număr de elemente în cromosfera solară, punând bazele astrofizicii.

Mecanismul de radiație

Sursa de lumină trebuie să consume energie. Lumina este unde electromagnetice cu o lungime de undă de 4 * 10 -7 - 8 * 10 -7 m. Undele electromagnetice sunt emise în timpul mișcării accelerate a particulelor încărcate. Aceste particule încărcate fac parte din atomi. Dar, fără a ști cum este aranjat atomul, nu se poate spune nimic sigur despre mecanismul radiației. Este clar doar că nu există lumină în interiorul unui atom, la fel cum nu există niciun sunet într-o coardă de pian. Asemenea unei coarde care începe să sune abia după lovirea unui ciocan, atomii dau naștere luminii numai după ce sunt excitați.

Pentru ca un atom să radieze, trebuie să transfere energie. Prin radiație, un atom pierde energia pe care a primit-o, iar pentru strălucirea continuă a unei substanțe este necesar un aflux de energie către atomii săi din exterior.

Radiație termala. Cel mai simplu și mai comun tip de radiație este radiația termică, în care pierderea de energie de către atomi pentru emisia de lumină este compensată de energia mișcării termice a atomilor sau (moleculelor) corpului radiant. Cu cât temperatura corpului este mai mare, cu atât atomii se mișcă mai repede. Când atomii (moleculele) rapizi se ciocnesc unul de altul, o parte din energia lor cinetică este convertită în energie de excitație a atomilor, care apoi emit lumină.

Sursa de căldură a radiației este Soarele, precum și o lampă incandescentă obișnuită. Lampa este o sursă foarte convenabilă, dar neeconomică. Doar aproximativ 12% din toată energia eliberată în lampă de curentul electric este convertită în energie luminoasă. Sursa de căldură a luminii este flacăra. Boabele de funingine sunt încălzite de energia eliberată în timpul arderii combustibilului și emit lumină.

Electroluminiscență. Energia necesară atomilor pentru a emite lumină poate fi împrumutată și din surse non-termice. Când se descarcă în gaze, câmpul electric conferă electronilor o energie cinetică mare. Electronii rapizi experimentează coliziuni cu atomii. O parte din energia cinetică a electronilor merge la excitarea atomilor. Atomii excitați eliberează energie sub formă de unde luminoase. Din acest motiv, descărcarea în gaz este însoțită de o strălucire. Aceasta este electroluminiscența.

catodoluminiscenţă. Strălucirea solidelor cauzată de bombardarea lor cu electroni se numește catodoluminiscență. Catodoluminiscența face ca ecranele tuburilor catodice ale televizoarelor să strălucească.

Chemiluminiscență.În unele reacții chimice care eliberează energie, o parte din această energie este cheltuită direct pentru emisia de lumină. Sursa de lumina ramane rece (are temperatura ambientala). Acest fenomen se numește chemioluminiscență.

Fotoluminiscență. Lumina care cade pe o substanță este parțial reflectată și parțial absorbită. Energia luminii absorbite provoacă în majoritatea cazurilor doar încălzirea corpului. Cu toate acestea, unele corpuri încep să strălucească direct sub acțiunea radiației incidente asupra lor. Aceasta este fotoluminiscența. Lumina excită atomii materiei (le mărește energia internă), după care sunt evidențiați de la sine. De exemplu, vopselele luminoase, care acoperă multe decorațiuni de Crăciun, emit lumină după ce sunt iradiate.

Lumina emisă în timpul fotoluminiscenței are, de regulă, o lungime de undă mai mare decât lumina care excită strălucirea. Acest lucru poate fi observat experimental. Dacă direcționați un fascicul de lumină către un vas cu fluoresceit (colorant organic),

trecut printr-un filtru de lumină violet, apoi acest lichid începe să strălucească cu lumină verde-gălbuie, adică lumină cu o lungime de undă mai mare decât cea a luminii violete.

Fenomenul fotoluminiscenței este utilizat pe scară largă în lămpile fluorescente. Fizicianul sovietic S. I. Vavilov a propus acoperirea suprafeței interioare a tubului de descărcare cu substanțe capabile să strălucească puternic sub acțiunea radiației cu unde scurte de la o descărcare de gaz. Lămpile fluorescente sunt de aproximativ trei până la patru ori mai economice decât lămpile incandescente convenționale.

Sunt enumerate principalele tipuri de radiații și sursele care le creează. Cele mai comune surse de radiații sunt termice.

Vei avea nevoie

• - spectroscop;
• - arzător de gaz;
• - o lingura mica de ceramica sau portelan;
• - sare pura de masa;
• - o eprubetă transparentă umplută cu dioxid de carbon;
• - lampa cu incandescenta puternica;
• - lampă puternică „economică” cu gaz.

Instruire

Pentru un spectroscop de difracție, luați un CD, o cutie mică de carton, o cutie de carton pentru termometru. Tăiați o bucată de disc pentru a se potrivi în cutie. Pe planul superior al cutiei, lângă peretele scurt al acesteia, poziționați ocularul la un unghi de aproximativ 135° față de suprafață. Ocularul este o bucată dintr-o carcasă dintr-un termometru. Alegeți un loc pentru decalaj experimental, perforand și sigilând alternativ găurile pe un alt perete scurt.

Instalați o lampă incandescentă puternică vizavi de fanta spectroscopului. În ocularul unui spectroscop, veți vedea un spectru continuu. Un astfel de spectral există în orice obiect încălzit. Nu are linii de emisie și absorbție. Acest spectru este cunoscut ca .

Scoateți sare într-o lingură mică de ceramică sau de porțelan. Îndreptați fanta spectroscopului către o zonă întunecată neluminoasă deasupra flăcării strălucitoare a arzătorului. Pune o lingură la flacără cu . În momentul în care flacăra devine galben intens, se va putea observa în spectroscop spectrul de emisie al sării studiate (clorura de sodiu), unde linia de emisie din regiunea galbenă va fi deosebit de clar vizibilă. Același experiment se poate face cu clorură de potasiu, săruri de cupru, wolfram și așa mai departe. Așa arată spectrele de emisie - linii luminoase în anumite zone ale unui fundal întunecat.

Îndreptați fanta de lucru a spectroscopului către o lampă cu incandescență strălucitoare. Puneți un tub transparent umplut cu dioxid de carbon, astfel încât să acopere fanta de lucru a spectroscopului. Prin ocular se poate observa un spectru continuu strabatut de linii verticale intunecate. Acesta este așa-numitul spectru de absorbție, în acest caz - dioxid de carbon.

Îndreptați fanta de lucru a spectroscopului către lampa „economică” pornită. În loc de spectrul continuu obișnuit, veți vedea un set de linii verticale situate în părți diferite și cu culori în mare parte diferite. Din aceasta putem concluziona că spectrul de emisie al unei astfel de lămpi este foarte diferit de spectrul unei lămpi obișnuite cu incandescență, care este insesizabil pentru ochi, dar afectează procesul de fotografiere.

Videoclipuri asemănătoare

Notă

Există 2 tipuri de spectroscoape. Primul folosește o prismă triedrică dispersivă transparentă. Lumina de la obiectul studiat este alimentată printr-o fantă îngustă și este observată din cealaltă parte cu ajutorul unui tub ocular. Pentru a evita interferența luminii, întreaga structură este acoperită cu o carcasă etanșă la lumină. Poate consta, de asemenea, din elemente și tuburi izolate la lumină. Utilizarea lentilelor într-un astfel de spectroscop este opțională. Al doilea tip de spectroscop este unul de difracție. Elementul său principal este o rețea de difracție. Lumina de la obiect este de asemenea de dorit să fie alimentată prin fantă. Piesele de pe CD-uri și DVD-uri sunt acum adesea folosite ca rețele de difracție în modelele de casă. Orice tip de spectroscop va fi potrivit pentru experimentele propuse;

Sarea de masă nu trebuie să conțină iod;

Experimentele se fac cel mai bine cu un asistent;

Toate experimentele se fac cel mai bine într-o cameră întunecată și întotdeauna pe un fundal negru.

Sfaturi utile

Pentru a obține dioxid de carbon într-o eprubetă, puneți o bucată de cretă obișnuită de școală în ea. Umpleți-l cu acid clorhidric. Colectați gazul rezultat într-o eprubetă curată. Dioxidul de carbon este mai greu decât aerul, așa că se va colecta în partea de jos a unei eprubete goale, forțând aerul să iasă din ea. Pentru a face acest lucru, coborâți tubul de la sursa de gaz într-o eprubetă goală, adică din eprubeta în care a avut loc reacția.

Termenul fizic „spectru” provine din cuvântul latin spectrum, care înseamnă „viziune”, sau chiar „fantomă”. Dar subiectul, numit un cuvânt atât de sumbru, este direct legat de un fenomen natural atât de frumos precum curcubeul.

Într-un sens larg, spectrul este distribuția valorilor unei anumite mărimi fizice. Un caz special este distribuția frecvențelor radiațiilor electromagnetice. Lumina care este percepută de ochiul uman este, de asemenea, un fel de radiație electromagnetică și are un spectru.

Descoperirea spectrului

Onoarea de a descoperi spectrul luminii îi aparține lui I. Newton. Începând cu această cercetare, omul de știință și-a urmărit un obiectiv practic: îmbunătățirea calității lentilelor pentru telescoape. Problema a fost că marginile imaginii care se puteau observa în au fost pictate în toate culorile curcubeului.

I. Newton a pus la cale un experiment: o rază de lumină a pătruns într-o cameră întunecată printr-o mică gaură, care a căzut pe ecran. Dar o prismă de sticlă triedră a fost plasată în cale. În loc de un punct de lumină albă, pe ecran a apărut o bandă curcubeu. Lumina albă a soarelui s-a dovedit a fi complexă, compozită.

Omul de știință a complicat experimentul. A început să facă mici găuri în ecran, astfel încât să treacă prin ele doar un fascicul colorat (de exemplu, roșu), iar în spatele ecranului un al doilea și un alt ecran. S-a dovedit că razele colorate, în care prima prismă a descompus lumina, nu se descompun în părțile sale componente, trecând prin a doua prismă, ci doar deviază. Prin urmare, aceste raze de lumină sunt simple, dar au fost refractate în moduri diferite, ceea ce a permis luminii „” să se separe.

Așa că a devenit clar că diferitele culori nu provin din grade diferite de „amestecare a luminii cu întuneric”, așa cum se credea înainte de I. Newton, ci sunt componente ale luminii însăși. Această compoziție a fost numită spectrul luminii.

Descoperirea lui I. Newton a fost de mare importanță pentru timpul său, a dat mult studiului naturii luminii. Dar adevărata revoluție în știință, legată de studiul spectrului luminii, a avut loc la mijlocul secolului al XIX-lea.

Oamenii de știință germani R.V. Bunsen și G.R. Kirchhoff au studiat spectrul luminii emise de foc, care este amestecată cu evaporarea diferitelor săruri. Spectrul a variat în funcție de impurități. Acest lucru i-a condus pe cercetători la ideea că spectrele de lumină pot fi folosite pentru a judeca compoziția chimică a Soarelui și a altor stele. Așa a luat naștere metoda analizei spectrale.