Otázky.

1. Ako vyzerá spojité spektrum?

Nepretržité spektrum je pás pozostávajúci zo všetkých farieb dúhy, ktoré sa navzájom hladko spájajú.

2. Zo svetla ktorých telies sa získa spojité spektrum? Uveďte príklady.

Zo svetla pevných a kvapalných telies (vlákno elektrickej lampy, roztavený kov, plameň sviečky) s teplotou niekoľko tisíc stupňov Celzia sa získava spojité spektrum. Je to dané aj svietiacimi plynmi a parami pri vysokom tlaku.

3. Ako vyzerajú čiarové spektrá?

Čiarové spektrá pozostávajú z jednotlivých čiar špecifických farieb.

4. Ako možno získať čiarové spektrum emisie sodíka?

Za týmto účelom môžete do plameňa horáka pridať kúsok kuchynskej soli (NaCl) a pozorovať spektrum cez spektroskop.

5. Z akých svetelných zdrojov sa získavajú čiarové spektrá?

Čiarové spektrá sú charakteristické pre svetelné plyny s nízkou hustotou.

6. Aký je mechanizmus na získanie čiarových absorpčných spektier (t. j. čo je potrebné urobiť na ich získanie)?

Čiarové absorpčné spektrá sa získavajú prechodom svetla z jasnejšieho a teplejšieho zdroja cez plyny s nízkou hustotou.

7. Ako získať čiarové absorpčné spektrum sodíka a ako vyzerá?

Aby to bolo možné, svetlo zo žiarovky musí prejsť cez nádobu so sodíkovými parami. V dôsledku toho sa v spojitom spektre svetla žiarovky objavia úzke čierne čiary v mieste, kde sú žlté čiary v emisnom spektre sodíka.

8. Aká je podstata Kirchhoffovho zákona týkajúca sa čiarových spektier emisie a absorpcie?

Kirchoffov zákon hovorí, že atómy daného prvku absorbujú a vyžarujú svetelné vlny s rovnakými frekvenciami.

Forma spektra svetelných plynov závisí od chemickej povahy plynu.

Emisné spektrum

Otázka 5. Emisné spektrá. Absorpčné spektrá

Otázka 4. Aplikácia disperzie

Fenomén disperzie je základom konštrukcie hranolových spektrálnych prístrojov: spektroskopov a spektrografov, ktoré slúžia na získavanie a pozorovanie spektier. Priebeh lúčov v najjednoduchšom spektrografe je znázornený na obr.4.

Štrbina osvetlená zdrojom svetla, umiestnená v ohnisku šošovky kolimátora, vysiela lúč divergentných lúčov do tejto šošovky, ktorý šošovka (kolimátorová šošovka) premieňa na lúč paralelných lúčov.

Tieto paralelné lúče, lomené v hranole, sa rozpadajú na lúče svetla rôznych farieb (t. j. rôznych), ktoré sú zbierané šošovkou fotoaparátu (šošovkou fotoaparátu) v jej ohniskovej rovine a namiesto jedného obrazu štrbiny získa sa celá séria obrázkov. Každá frekvencia má svoj vlastný obraz. Úhrnom týchto obrázkov je spektrum. Spektrum je možné pozorovať cez okulár používaný ako lupa. Takéto zariadenie je tzv spektroskop. Ak potrebujete odfotografovať spektrum, potom sa fotografická doska umiestni do ohniskovej roviny objektívu fotoaparátu. Zariadenie na fotografovanie spektra je tzv spektrograf.

Ak svetlo z horúcej pevnej látky prejsť cez hranol, potom na obrazovke za hranolom dostaneme kontinuálne kontinuálne emisné spektrum.

Ak je zdrojom svetla plyn alebo para, potom vzor spektra výrazne mení. Existuje súbor jasných čiar oddelených tmavými medzerami. Takéto spektrá sa nazývajú vládol. Príkladmi čiarových spektier sú spektrá sodíka, vodíka a hélia.

Každý plyn alebo para dáva svoje vlastné spektrum, charakteristické len pre neho. Preto spektrum svetelného plynu nám umožňuje vyvodiť záver o jeho chemickom zložení. Ak je zdrojom žiarenia molekuly látok potom sa pozoruje pruhované spektrum.

Všetky tri typy spektier – spojité, čiarové a pruhované – sú spektrá emisie.

Okrem emisných spektier existujú absorpčné spektrá, ktoré sa získajú nasledujúcim spôsobom.

Biele svetlo zo zdroja prechádza parami testovanej látky a smeruje do spektroskopu alebo iného prístroja určeného na štúdium spektra.

V tomto prípade sú na pozadí súvislého spektra viditeľné tmavé čiary usporiadané v určitom poradí. Ich počet a povaha umiestnenia nám umožňujú posúdiť zloženie skúmanej látky.

Napríklad, ak je v dráhe lúčov para sodíka, objaví sa tmavý pás na spojitom spektre v bode spektra, kde by sa mala nachádzať žltá čiara spektra emisií sodíkových pár.

Uvažovaný jav vysvetlil Kirchhoff, ktorý ukázal, že atómy daného prvku pohlcujú rovnaké svetelné vlny, aké sami vyžarujú.

Na vysvetlenie pôvodu spektier je potrebné poznať štruktúru atómu. O týchto problémoch sa bude diskutovať v ďalších prednáškach.

Literatúra:

1. I.I. Narkevich a kol. Fyzika - Minsk: Vydavateľstvo „LLC New Knowledge“, 2004.

2. R. I. Grabovský. Kurz fyziky.- Petrohrad.- M.- Krasnodar: Vydavateľstvo "Lan", 2006.

3. V. F. Dmitrieva. Fyzika.- M.: Vydavateľstvo "Vyššia škola", 2001.

4. A. N. Remizov. Kurz fyziky, elektroniky a kybernetiky - M .: Vydavateľstvo "Vysoká škola", 1982

5. L.A. Aksenovič, N. N. Rakina. Fyzika. - Minsk: Design PRO Publishing House, 2001.

Úvod ………………………………………………………………………………………………….2

Mechanizmus žiarenia………………………………………………………………………………..3

Rozloženie energie v spektre………………………………………………………………..4

Typy spektier……………………………………………………………………………….. 6

Typy spektrálnej analýzy……………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………….

Záver……………………………………………………………………………………….. 9

Literatúra……………………………………………………………………………………….. 11

Úvod

Spektrum je rozklad svetla na jeho zložky, lúče rôznych farieb.

Metóda štúdia chemického zloženia rôznych látok pomocou ich čiarových emisných alebo absorpčných spektier sa nazýva tzv spektrálna analýza. Spektrálna analýza vyžaduje zanedbateľné množstvo látky. Rýchlosť a citlivosť urobili túto metódu nenahraditeľnou ako v laboratóriách, tak aj v astrofyzike. Keďže každý chemický prvok periodickej tabuľky vyžaruje čiarové emisné a absorpčné spektrum charakteristické len pre neho, umožňuje to študovať chemické zloženie látky. Fyzici Kirchhoff a Bunsen sa ho prvýkrát pokúsili vyrobiť v roku 1859, keď ho postavili spektroskop. Svetlo do nej prechádzalo úzkou štrbinou vyrezanou z jedného okraja ďalekohľadu (táto rúrka so štrbinou sa nazýva kolimátor). Z kolimátora dopadali lúče na hranol pokrytý škatuľkou polepenou vo vnútri čiernym papierom. Hranol odkláňal nabok lúče, ktoré vychádzali zo štrbiny. Bolo tam spektrum. Potom bolo okno zavesené závesom a zapálený horák bol umiestnený na štrbinu kolimátora. Kúsky rôznych látok sa jeden po druhom zavádzali do plameňa sviečky a druhým ďalekohľadom sa pozeralo na výsledné spektrum. Ukázalo sa, že horúce pary každého prvku dávajú lúče presne definovanej farby a hranol tieto lúče odkláňa na presne definované miesto, a preto žiadna farba nemôže maskovať druhú. To viedlo k záveru, že bola nájdená radikálne nová metóda chemickej analýzy - pomocou spektra látky. V roku 1861 Kirchhoff na základe tohto objavu dokázal prítomnosť množstva prvkov v slnečnej chromosfére, čím položil základy astrofyziky.

Radiačný mechanizmus

Svetelný zdroj musí spotrebovať energiu. Svetlo sú elektromagnetické vlny s vlnovou dĺžkou 4 * 10 -7 - 8 * 10 -7 m. Elektromagnetické vlny sú vyžarované pri zrýchlenom pohybe nabitých častíc. Tieto nabité častice sú súčasťou atómov. Bez toho, aby sme vedeli, ako je atóm usporiadaný, nemožno o mechanizme žiarenia povedať nič spoľahlivé. Je len jasné, že vnútri atómu nie je žiadne svetlo, rovnako ako nie je zvuk v strune klavíra. Ako struna, ktorá začne znieť až po údere kladivom, atómy rodia svetlo až po ich vybudení.

Aby mohol atóm vyžarovať, potrebuje odovzdať energiu. Atóm vyžarovaním stráca prijatú energiu a pre nepretržitú žiaru látky je nevyhnutný prílev energie k jej atómom zvonku.

Tepelné žiarenie. Najjednoduchším a najbežnejším typom žiarenia je tepelné žiarenie, pri ktorom je strata energie atómov pre emisiu svetla kompenzovaná energiou tepelného pohybu atómov alebo (molekúl) vyžarujúceho telesa. Čím vyššia je telesná teplota, tým rýchlejšie sa atómy pohybujú. Pri vzájomnej zrážke rýchlych atómov (molekúl) sa časť ich kinetickej energie premení na excitačnú energiu atómov, ktoré následne vyžarujú svetlo.

Zdrojom tepla žiarenia je Slnko, ale aj obyčajná žiarovka. Svietidlo je veľmi pohodlný, no neekonomický zdroj. Len asi 12 % všetkej energie uvoľnenej v lampe elektrickým prúdom sa premení na svetelnú energiu. Zdrojom tepla svetla je plameň. Zrnká sadzí sa zahrievajú energiou uvoľnenou pri spaľovaní paliva a vyžarujú svetlo.

Elektroluminiscencia. Energiu, ktorú atómy potrebujú na vyžarovanie svetla, si možno požičať aj z netepelných zdrojov. Pri vybíjaní v plynoch dodáva elektrické pole elektrónom veľkú kinetickú energiu. Rýchle elektróny zažívajú zrážky s atómami. Časť kinetickej energie elektrónov ide na excitáciu atómov. Excitované atómy vydávajú energiu vo forme svetelných vĺn. Vďaka tomu je výboj v plyne sprevádzaný žiarou. Toto je elektroluminiscencia.

katodoluminiscencia.Žiara pevných látok spôsobená ich bombardovaním elektrónmi sa nazýva katodoluminiscencia. Katodoluminiscencia spôsobuje, že obrazovky katódových trubíc na televízoroch svietia.

Chemiluminiscencia. Pri niektorých chemických reakciách, pri ktorých sa uvoľňuje energia, sa časť tejto energie minie priamo na emisiu svetla. Svetelný zdroj zostáva studený (má okolitú teplotu). Tento jav sa nazýva chemioluminiscencia.

Fotoluminiscencia. Svetlo dopadajúce na látku sa čiastočne odráža a čiastočne absorbuje. Energia absorbovaného svetla spôsobuje vo väčšine prípadov iba zahrievanie telies. Niektoré telesá však samy začnú žiariť priamo pod pôsobením žiarenia, ktoré naň dopadá. Toto je fotoluminiscencia. Svetlo vzrušuje atómy hmoty (zvyšuje ich vnútornú energiu), po čom sa samé zvýraznia. Napríklad svietiace farby, ktoré pokrývajú mnohé vianočné ozdoby, po ožiarení vyžarujú svetlo.

Svetlo vyžarované počas fotoluminiscencie má spravidla dlhšiu vlnovú dĺžku ako svetlo, ktoré vyžaruje žiaru. Dá sa to pozorovať experimentálne. Ak nasmerujete svetelný lúč na nádobu s fluoresceitom (organické farbivo),

prejde cez filter fialového svetla, potom táto kvapalina začne žiariť zeleno-žltým svetlom, teda svetlom s väčšou vlnovou dĺžkou ako má fialové svetlo.

Fenomén fotoluminiscencie je široko používaný v žiarivkách. Sovietsky fyzik S.I.Vavilov navrhol pokryť vnútorný povrch výbojky látkami schopnými jasne žiariť pôsobením krátkovlnného žiarenia plynového výboja. Žiarivky sú približne tri až štyrikrát úspornejšie ako bežné žiarovky.

Sú uvedené hlavné typy žiarenia a zdroje, ktoré ich vytvárajú. Najbežnejšími zdrojmi žiarenia sú tepelné.

Budete potrebovať

• - spektroskop;
• - plynový horák;
• - malá keramická alebo porcelánová lyžička;
• - čistá stolová soľ;
• - priehľadná skúmavka naplnená oxidom uhličitým;
• - výkonná žiarovka;
• - výkonná "ekonomická" plynová lampa.

Poučenie

Pre difrakčný spektroskop si vezmite CD, malú kartónovú škatuľu, kartónové puzdro na teplomer. Vystrihnite kúsok disku, aby sa zmestil do krabice. Na hornú rovinu krabice, vedľa jej krátkej steny, umiestnite okulár pod uhlom približne 135° k povrchu. Okulár je kus puzdra z teplomera. Experimentálne vyberte miesto pre medzeru, striedavo prepichnite a utesnite otvory na inej krátkej stene.

Nainštalujte výkonnú žiarovku oproti štrbine spektroskopu. V okuláre spektroskopu uvidíte súvislé spektrum. Takéto spektrum existuje v akomkoľvek vyhrievanom objekte. Nemá žiadne emisné a absorpčné čiary. Toto spektrum je známe ako .

Naberajte soľ do malej keramickej alebo porcelánovej lyžičky. Namierte štrbinu spektroskopu na tmavú nesvietiacu oblasť nad jasným plameňom horáka. Vložte lyžicu do plameňa s . V momente, keď plameň intenzívne zožltne, bude možné v spektroskope pozorovať emisné spektrum študovanej soli (chloridu sodného), kde bude emisná čiara v žltej oblasti obzvlášť dobre viditeľná. Rovnaký experiment možno vykonať s chloridom draselným, soľami medi, volfrámu atď. Takto vyzerajú emisné spektrá - svetlé čiary v určitých oblastiach tmavého pozadia.

Nasmerujte pracovnú štrbinu spektroskopu na jasnú žiarovku. Umiestnite priehľadnú trubicu naplnenú oxidom uhličitým tak, aby zakrývala pracovnú štrbinu spektroskopu. Cez okulár je možné pozorovať súvislé spektrum pretínané tmavými zvislými čiarami. Toto je takzvané absorpčné spektrum, v tomto prípade oxid uhličitý.

Nasmerujte pracovnú štrbinu spektroskopu na zapnutú „ekonomickú“ lampu. Namiesto zvyčajného súvislého spektra uvidíte súbor zvislých čiar umiestnených v rôznych častiach a s väčšinou odlišnými farbami. Z toho môžeme vyvodiť záver, že emisné spektrum takejto žiarovky je veľmi odlišné od spektra bežnej žiarovky, ktorá je pre oko nepostrehnuteľná, ale ovplyvňuje proces fotografovania.

Podobné videá

Poznámka

Existujú 2 typy spektroskopov. Prvý využíva priehľadný disperzný trojstenný hranol. Svetlo zo skúmaného objektu sa k nemu privádza cez úzku štrbinu a pozoruje sa z druhej strany pomocou tubusu okuláru. Aby sa zabránilo interferencii svetla, je celá konštrukcia pokrytá svetlotesným plášťom. Môže pozostávať aj z prvkov a rúrok izolovaných na svetlo. Použitie šošoviek v takomto spektroskope je voliteľné. Druhý typ spektroskopu je difrakčný. Jeho hlavným prvkom je difrakčná mriežka. Svetlo z objektu je tiež žiaduce, aby sa privádzalo cez štrbinu. Kusy z CD a DVD sa teraz často používajú ako difrakčné mriežky v domácich dizajnoch. Na navrhované experimenty postačí akýkoľvek typ spektroskopu;

Stolová soľ by nemala obsahovať jód;

Experimenty sa najlepšie vykonávajú s asistentom;

Všetky experimenty sa najlepšie vykonávajú v tmavej miestnosti a vždy na čiernom pozadí.

Užitočné rady

Aby ste dostali oxid uhličitý do skúmavky, vložte do nej kúsok bežnej školskej kriedy. Naplňte ju kyselinou chlorovodíkovou. Výsledný plyn zachyťte do čistej skúmavky. Oxid uhličitý je ťažší ako vzduch, takže sa bude zhromažďovať na dne prázdnej skúmavky a vytlačí z nej vzduch. Za týmto účelom spustite skúmavku zo zdroja plynu do prázdnej skúmavky, teda zo skúmavky, v ktorej prebehla reakcia.

Fyzický výraz „spektrum“ pochádza z latinského slova Spectrum, čo znamená „videnie“ alebo dokonca „duch“. Ale téma, nazývaná také pochmúrne slovo, priamo súvisí s takým krásnym prírodným úkazom, akým je dúha.

V širšom zmysle je spektrum distribúciou hodnôt konkrétnej fyzikálnej veličiny. Špeciálnym prípadom je rozloženie frekvencií elektromagnetického žiarenia. Svetlo, ktoré vníma ľudské oko, je tiež druh elektromagnetického žiarenia a má spektrum.

Objav spektra

Pocta objaviť spektrum svetla patrí I. Newtonovi. Na začiatku tohto výskumu vedec sledoval praktický cieľ: zlepšiť kvalitu šošoviek pre teleskopy. Problém bol v tom, že okraje obrazu, ktoré bolo možné pozorovať, boli namaľované všetkými farbami dúhy.

I. Newton pripravil experiment: lúč svetla prenikol do zatemnenej miestnosti cez malý otvor, ktorý dopadol na obrazovku. Do cesty sa mu však postavil trojstenný sklenený hranol. Namiesto bieleho svetelného bodu sa na obrazovke objavil dúhový pás. Biele slnečné svetlo sa ukázalo ako zložité, zložené.

Vedec experiment skomplikoval. Do clony začal robiť malé otvory tak, že cez ne prechádzal len jeden farebný lúč (napríklad červený) a za clonou druhá a ďalšia clona. Ukázalo sa, že farebné lúče, na ktoré prvý hranol rozložil svetlo, sa nerozložia na jeho zložky, prechádzajúc cez druhý hranol, iba sa odchyľujú. Preto sú tieto svetelné lúče jednoduché, ale lámali sa rôznymi spôsobmi, čo umožnilo oddeliť "" svetlo.

Tak sa ukázalo, že rôzne farby nepochádzajú z rôznych stupňov „zmiešania svetla s tmou“, ako sa myslelo pred I. Newtonom, ale sú súčasťou samotného svetla. Toto zloženie sa nazývalo spektrum svetla.

Objav I. Newtona mal na svoju dobu veľký význam, dal veľa do skúmania podstaty svetla. Ale skutočná revolúcia vo vede, spojená so štúdiom spektra svetla, nastala v polovici 19. storočia.

Nemeckí vedci R.V. Bunsen a G.R. Kirchhoff študovali spektrum svetla vyžarovaného ohňom, ktoré sa mieša s vyparovaním rôznych solí. Spektrum sa menilo v závislosti od nečistôt. To viedlo výskumníkov k myšlienke, že svetelné spektrá možno použiť na posúdenie chemického zloženia Slnka a iných hviezd. Takto sa zrodila metóda spektrálnej analýzy.