Когато слънчев лъч премине през призма, на екрана зад него се появява спектър. В продължение на двеста години сме свикнали с това явление. Ако не се вгледате внимателно, изглежда, че няма резки граници между отделните части на спектъра: червеното непрекъснато се превръща в оранжево, оранжевото в жълто и т.н.

По-внимателно от другите през 1802 г. той изследва спектъра английски лекари химик Уилям Хайд Уоластън (1766–1828). Уоластън откри няколко остри тъмни линии, които без видим ред пресичаха спектъра на Слънцето през различни места. Ученият не придаде голямо значение на тези редове. Той смята, че появата им е причинена или от характеристиките на призмата, или от характеристиките на източника на светлина, или от някакви други съпътстващи причини. Самите линии представляваха интерес за него само защото разделяха цветните ленти на спектъра една от друга. По-късно тези тъмни линии бяха наречени линии на Фраунхофер, увековечавайки името на техния истински изследовател.

Йозеф Фраунхофер (1787–1826) на 11-годишна възраст, след смъртта на родителите си, започва да чиракува при майстор на шлайфане. Заради работата оставаше малко време за училище. До 14-годишна възраст Йосиф не може нито да чете, нито да пише. Но нямаше щастие, но нещастието помогна. Един ден къщата на собственика се срути. Когато Джоузеф беше изваден изпод развалините, престолонаследникът премина с колата. Той се смили над младежа и му връчи значителна сума пари. Младият мъж имаше достатъчно пари, за да си купи шлифовъчна машина и да започне да учи.

Фраунхофер се научи да шлифова оптично стъкло в провинциалния град Бенедиктбайрен.

В предговора си към събраните произведения на Фраунхофер Е. Ломел обобщава приноса му към практическата оптика. „Чрез въвеждането на неговите нови и подобрени методи, механизми и измервателни инструменти за въртене и полиране на лещи... той успя да получи сравнително големи проби от кремъчно стъкло и коронно стъкло без никакви жилки. голямо значениеимаше метод, който намери точно определениеформата на лещите, която напълно промени посоката на развитие на практическата оптика и доведе ахроматичния телескоп до такова съвършенство, за което преди това не можеше да се мечтае.

За да направи точни измервания на дисперсията на светлината в призмите, Фраунхофер използва свещ или лампа като източник на светлина. По този начин той открива ярко жълта линия в спектъра, известна сега като натриева жълта линия. Скоро беше установено, че тази линия винаги се намира на едно и също място в спектъра, така че е много удобно да се използва за точни измервания на показателите на пречупване. След това Фраунхофер казва в първата си работа през 1815 г.: "... Реших да разбера дали е възможно да видя подобна светеща линия в слънчевия спектър. И с помощта на телескоп открих не само една линия, но изключително голям бройвертикални линии, остри и слаби, които обаче се оказаха по-тъмни от останалата част от спектъра, а някои от тях изглеждаха почти напълно черни."

Там той преброи общо 574. Фраунхофер даде имена и посочи точното им местоположение в спектъра. Беше открито, че позицията на тъмните линии е абсолютно непроменена; по-специално, остра двойна линия винаги се появява на едно и също място в жълтата част на спектъра. Фраунхофер го нарече линия О. Ученият откри още, че в спектъра на пламъка на спиртна лампа, на същото място, където е тъмната линия О в спектъра на Слънцето, винаги има ярка двойна жълта линия. Едва много години по-късно значението на това откритие става ясно.

Продължавайки изследването на тъмните линии в спектъра на Слънцето, Фраунхофер осъзнава главното: причината им не е оптична измама, а самата природа на слънчевата светлина. В резултат на по-нататъшни наблюдения той открива подобни линии в спектъра на Венера и Сириус.

Едно откритие на Фраунхофер, както се оказа по-късно, се оказа особено важно. Това е заотносно наблюдението на двойната D-линия. През 1814 г., когато ученият публикува своите изследвания, това наблюдение специално вниманиене обърна внимание. Въпреки това, 43 години по-късно Уилям Суон (1828–1914) установява, че двойната жълта O линия в спектъра на пламъка на спиртна лампа се появява в присъствието на метален натрий. Уви, както мнозина преди него, Суон не осъзнаваше значението на този факт. Той никога не е казвал решаващите думи: „Тази линия принадлежи на метала натрий.“

През 1859 г. двама учени стигат до тази проста и важна идея: Густав Робърт Кирхоф (1824–1887) и Робърт Вилхелм Бунзен (1811–1899). Те направиха следния експеримент в лабораторията на Хайделбергския университет. Преди тях през призма е пропускан или само слънчевият лъч, или само светлината от спиртна лампа. Учените решиха да ги пропуснат едновременно. В резултат те откриха феномен, за който L.I. говори подробно в книгата си. Пономарев: „Ако само един слънчев лъч падне върху призмата, тогава на скалата на спектроскопа те виждат спектъра на Слънцето с тъмната линия O на обичайното си място. Тъмната линия все още остава на мястото си, дори когато изследователите поставят горяща алкохолна лампа по пътя на лъча.Но когато поставиха екран на пътя на слънчевия лъч и осветиха призмата само със светлината на спиртна лампа, тогава на мястото на тъмната линия ясно се появи О светло жълтонатриева O линия. Кирхоф и Бунзен премахнаха екрана - линията О отново стана тъмна.

След това замениха слънчевия лъч със светлина от горещо тяло - резултатът беше винаги един и същ: на мястото на яркожълтата линия се появи тъмна. Тоест пламъкът на спиртната лампа винаги поглъщаше лъчите, които самата тя излъчваше.

За да разберем защо това събитие развълнува двамата професори, нека проследим техните разсъждения. Ярко жълтата O линия в спектъра на пламъка на алкохолна лампа се появява в присъствието на натрий. В спектъра на Слънцето на същото място има тъмна линия с неизвестен характер.

Спектърът на лъча от всяко горещо тяло е непрекъснат и в него няма тъмни линии. Ако обаче прекарате такъв лъч през пламъка на спиртна лампа, тогава неговият спектър не се различава от спектъра на Слънцето - той също съдържа тъмна линия и на същото място. Но вече почти знаем природата на тази тъмна линия; във всеки случай можем да предположим, че тя принадлежи на натрия.

Следователно, в зависимост от условията на наблюдение, натриевата O линия може да бъде ярко жълта или тъмна на жълт фон. Но и в двата случая наличието на тази линия (без значение каква - жълта или тъмна!) означава, че в пламъка на спиртната лампа има натрий.

И тъй като тази линия на спектъра на пламъка на алкохолна лампа в пропусната светлина съвпада с тъмната линия О в спектъра на Слънцето, това означава, че в Слънцето има натрий. Освен това той се намира във външен газов облак, който е осветен отвътре от горещото ядро ​​на Слънцето."

Кратка бележка от две страници, написана от Кирхоф през 1859 г., съдържа четири открития:

Всеки елемент има свой линеен спектър, което означава строго определен набор от линии;

Подобни линии могат да се използват за анализ на състава на веществата не само на Земята, но и на звездите;

Слънцето се състои от горещо ядро ​​и относително студена атмосфера от горещи газове;

Слънцето съдържа елемента натрий.

Първите три позиции скоро бяха потвърдени, по-специално хипотезата за структурата на Слънцето. Експедиция на Френската академия на науките през 1868 г., ръководена от астронома Янсен, посети Индия. Тя откри, че по време на пълно слънчево затъмнение, в момента, когато горещото му ядро ​​е покрито от сянката на Луната и свети само короната, всички тъмни линии в спектъра на Слънцето проблясват с ярка светлина.

Киргоф и Бунзен не само брилянтно потвърдиха втората позиция, но и я използваха, за да открият два нови елемента: рубидий и цезий.

Така се роди спектралният анализ, с помощта на който вече можете да разберете химичния състав на далечни галактики, да измерите температурата и скоростта на въртене на звездите и много други.

По-късно електрическото напрежение най-често се използва за привеждане на елементите във възбудено състояние. Под въздействието на напрежението елементите излъчват светлина, характеризираща се с определени дължини на вълната, т.е. с определен цвят. Тази светлина се разделя в спектрален апарат (спектроскоп), основната част на който е стъклена или кварцова призма. В този случай се образува лента, състояща се от отделни линии, всяка от които е характерна за определен елемент.

Например, по-рано беше известно, че минералът клевейт при нагряване отделя газ, подобен на азота. Този газ, изследван със спектроскоп, се оказва нов, все още непознат благороден газ. Когато е електрически възбуден, той излъчва линии, които преди това са били открити при анализиране на слънчевите лъчи с помощта на спектроскоп. Това беше особен случай, когато елемент, открит преди това на Слънцето, беше открит от Рамзи на Земята. Дадено му е името хелий, от гръцката дума "helios" - Слънцето.

Днес са известни два вида спектри: непрекъснати (или термични) и линейни.

Както пише Пономарев, „топлинният спектър съдържа всички дължини на вълните; той се излъчва при нагряване твърди веществаи не зависи от тяхното естество.

Линейният спектър се състои от набор от отделни резки линии; той се появява при нагряване на газове и пари (когато взаимодействията между атомите са малки) и - което е особено важно - този набор от линии е уникален за всеки елемент. Освен това линейните спектри на елементите не зависят от вида на химичните съединения, съставени от тези елементи. Следователно тяхната причина трябва да се търси в свойствата на атомите.

Фактът, че елементите са уникално и напълно определени от вида на линейния спектър, скоро беше признат от всички, но фактът, че същият този спектър характеризира отделен атом, не беше осъзнат веднага, а едва през 1874 г., благодарение на работата на известния английски астрофизик Норман Локиър (1836–1920). И когато го разбраха, веднага стигнаха до неизбежното заключение: тъй като линейният спектър възниква вътре в отделен атом, атомът трябва да има структура, тоест да има съставни части!“

Чети и пишиполезен

Кандидат на физико-математическите науки, доцент на катедрата по физическо възпитание Vozianova A.V.
09.02.2017

Лекция 1

История на спектроскопията
2

Какво е спектър?

Спектър (лат. Spectrum “зрение”) – разпространение
стойности физическо количество(енергия,
честоти, маси). Графично представяне
такива
разпространение
Наречен
спектрална диаграма или спектър.
Всеки атом и молекула има уникален
структура,
на кого
отговаря
моята
уникален спектър.
3

Видове спектри

(по естеството на разпределението на физическите
количества)
Непрекъснато (твърдо)
Правил
Раирана
(въз основа на взаимодействието на радиацията с материята)
емисия (емисионни спектри)
адсорбция (спектри на поглъщане) и
спектри на разсейване
4

Линеен спектър

Линейните спектри дават всички вещества в газообразния атом
(но не молекулярно) състояние. В този случай светлината се излъчва от атоми
които практически не взаимодействат помежду си. Това е най
фундаментален, основен тип спектри. Изолирани атоми
на даден химичен елемент излъчват строго определени дължини
вълни С увеличаването на плътността на атомния газ индивидуалните
спектралните линии се разширяват и накрая при много големи
плътност
газ,
Кога
взаимодействие
атоми
става
съществено, тези линии се припокриват, образувайки
непрекъснат спектър.
5

Непрекъснати (твърди) спектри

Непрекъснатите (или непрекъснатите) спектри се дават от тела, разположени в
трудно или течно състояние, както и силно компресирани газове. За
за да получите непрекъснат спектър, трябва да загреете тялото до висока степен
температура. Естеството на непрекъснатия спектър и самият факт за него
Съществуването се определя не само от свойствата на индивида
излъчващи атоми, но и силно зависят от
взаимодействието на атомите помежду си. Непрекъснатият спектър дава
също високотемпературна плазма. Електромагнитни вълни
излъчвани от плазмата главно при сблъсък на електрони с йони.
6

Ивичести спектри

Най-простите молекули се характеризират с дискретни ивици
спектри, състоящи се от повече или по-малко тесни ивици със комплекс
линия структура. За да наблюдавате молекулярни спектри, направете следното:
същото като за наблюдение на линейни спектри, те обикновено използват
блясъка на пара в пламък или блясъка на газовия разряд. Като се използва
с много добър спектрален апарат може да се открие, че всеки
ивицата представлява колекция голямо числомного тесен
подредени линии, разделени от тъмни интервали. Това
раиран спектър. За разлика от линейните спектри, райета
спектрите се създават не от атоми, а от молекули, несвързани или слабо
свързани помежду си.
7

Първият етап на развитие. Исак Нютон

8
Сър Исак Нютон пръв открива своята теория
светлина и цветове през 1666 г. След прехвърлянето му на професора по математика в Бароу през
Кеймбридж през 1669 г., той избра това за своя тема
публични лекции в този университет. През 1671 г. той
описва рефлекторния телескоп във Философски
Транзакции". В същото време той предположи
публикувате своите „Лекции по оптика”, в които
тези въпроси бяха разгледани по-пълно заедно с трактата
относно сериите и теченията. Но възникналите спорове, от които той
страдал много, те го принудили да се откаже
намерения. Толкова се страхуваше от
всичко подобно на караници, които са постоянни
настояването на приятелите му не можа да го принуди да печата
неговата книга "Оптика" по-рано от 1704 г. Що се отнася до
„Лекции“, те се изнасяха, докато те
четат в архива на университета. Те бяха премахнати
много копия се предават от ръка на ръка сред
интересува се от въпроса.

История на произход

Исак Нютон "Оптика"
"Лекции по оптика" и
„Нова теория за светлината и
цветове"
(1669-1672)
През 1704 г. Исак Нютон пише в труда си „Оптика“
публикува резултатите от своите експерименти с разлагане с
използване на призма с бяла светлина върху отделни компоненти
различни цветове и пречупваемост, т.е
спектрите на слънчевата радиация и обяснява тяхната природа,
показвайки, че цветът е присъщо свойство на светлината, а не
внесени от призма, както твърди Роджър Бейкън през 13 век.
В Оптиката той описва и трите метода, които се използват и днес.
разлагане на светлината - пречупване, интерференция
и дифракция, и неговата призма с колиматор, процеп и
лещата беше първият спектроскоп.
9

10. Кралско общество. Доклад „Нова теория за светлината и цветовете“, 6 февруари 1672 г

„1. Светлинните лъчи се различават по способността си да показват един или друг цвят, точно както се различават
степен на пречупване. Цветовете не са, както обикновено се смята, модификации на светлината, които тя претърпява
пречупване или отражение от естествени тела, но са оригиналните, вродени свойства на светлината. някои
лъчите са способни да произвеждат червен и никакъв друг цвят, други жълт и никакъв друг, трети зелен и
няма други и т.н.
2. Един и същи цвят винаги се отнася до една и съща степен на пречупване и обратно. Най-малко пречупими лъчи
са способни да произвеждат само червен цвят и, обратно, всички лъчи, които изглеждат червени, имат най-малко
пречупваемост. Най-пречупените лъчи изглеждат тъмно виолетови и, обратно, тъмно виолетови лъчи
пречупват най-много и съответно междинните лъчи имат средни степени на пречупване. Тази връзка
цветовете и пречупваемостта са толкова прецизни и стриктни, че лъчите или съвпадат съвсем точно по отношение на двете, или
еднакво различни и в двете.
3. Тъй като можах да открия, видът на цвета и степента на пречупване, характерни за всеки вид лъчи, не могат да бъдат
не се променя нито чрез пречупване, нито отражение от тела, нито по друга причина. Когато всякакъв вид лъчи
напълно се открояваше от лъчи от друг вид, той упорито запазваше цвета си, въпреки изключителните ми усилия да
промяна. Пречупих ги в призми и ги отразих от тела, които в тази светлина изглеждаха с различен цвят, пропуснах ги
чрез тънки цветни въздушни слоеве, появяващи се между два стъклени панела, притиснати един към друг
пластини, принуждавайки ги да преминават през цветни среди и през среди, осветени от други видове лъчи; но никога
Не успях да накарам лъчите да имат различен цвят от този, който беше характерен за тях в началото. При събиране или разпръскване
те станаха по-оживени или по-слаби и със загубата на много лъчи понякога ставаха напълно тъмни, но цветът им никога не се променяше
променен.
4. Може да изглежда, че се появяват промени в цвета, когато има някаква смес от лъчи от различни видове. IN
в такива смеси е невъзможно да се разграничат отделните компоненти; те, влияейки един на друг, образуват среден цвят. Ако се разделите
чрез пречупване или по някакъв друг начин на различните лъчи, скрити в такива смеси, ще се появят цветове,
смеси, различни от оцветители; тези цветове обаче не се появиха отново, а само станаха видими поради разделянето.
Разбира се, както чрез разлагане на смес, така и чрез комбиниране на прости цветове може да се причини
промени в цвета: те също не могат да се считат за действителни трансформации.
5. Следователно трябва да правим разлика между два вида цветове: някои основни и прости, други съставени от тях.
Оригиналните или основни цветове са червено, жълто, зелено, синьо и виолетово, лилаво, както и оранжево,
индиго и неопределен брой междинни нюанси.
10

11. Кралско общество. Доклад „Нова теория за светлината и цветовете“, 6 февруари 1672 г

6. Цветове, абсолютно същите на външен вид като обикновените, могат да бъдат получени чрез смесване: за смес от жълто и синьо дава
зелено, червено и жълто - оранжево, оранжево и жълтеникаво зелено - жълто. Само тези цветове
които са на голямо разстояние един от друг в спектъра, не дават междинни цветове:
оранжево и индиго не произвеждат междинно зелено, наситено червено и зелено не произвеждат жълто.
7. Най-удивителната и прекрасна смесица от цветове е бялото. Няма такъв вид лъчи, които
само по себе си може да причини бяло: то винаги е сложно и за получаването му е необходимо всичко по-горе
цветове в правилните пропорции. Често наблюдавах с учудване как всички призматични цветове, събиращи се и
смесвайки се по същия начин, както при светлината, която пада върху призма, те отново дават напълно чиста и бяла светлина,
което се различава забележимо от пряката слънчева светлина само в случай, че използваните очила не са
бяха доста чисти и безцветни.
8. Това е причината светлината обикновено да има бял цвят; защото светлината е объркана смес от лъчи от всякакъв вид
и изхвърлени цветя от различни частисветещи тела Такава сложна смес изглежда бяла, когато
съставките са в правилната пропорция; ако все пак предимство има един цвят, то светлината
клони към съответния цвят, както в синия пламък на сярата, жълтия пламък на свещ и в
различни цветове на неподвижни звезди.
9. От това става очевидно как се появяват цветовете в призма.
10. Оттук става ясно защо цветовете на дъгата се появяват в падащите дъждовни капки.
12. Следователно причината за невероятното преживяване, което г-н Хук съобщава в своята Микрография, е ясна. Ако
поставете един след друг два прозрачни съда с две прозрачни течности, синя и червена, след това заедно
изглеждат напълно непрозрачни. Единият съд пропуска само червени лъчи, другият само сини лъчи,
следователно никакви лъчи не могат да преминат през двете заедно.
13. Мога да добавя още много примери от този вид, но ще завърша с общото заключение, че цветовете на естествените тела
възникват само от различната способност на телата да отразяват определени видове светлина в различни количества от
друго. И аз доказах това, като хвърлих прости цветове върху тела в тъмна стая.
След всичко това вече не можем да спорим дали цветовете съществуват в тъмното и дали те са свойства
тела, които виждаме, или светлината може да е тяло.
...Видяхме, че причината за цветовете не е в телата, а в светлината, следователно имаме солидна основа да вярваме
светлината е субстанция... Не е толкова лесно обаче да се определи със сигурност и пълнота какво е светлината, защо
пречупен и по какъв начин или ефект предизвиква в душите ни идеята за цветовете; не искам да съм тук
смесете спекулации с автентичност.
11

12. Откриване на дискретни емисионни и абсорбционни спектри

Уоластън първо наблюдава
тъмни линии в слънчево
спектър Той ги гледаше като
"цветни граници"
Уилям Хайд Уоластън (1766-1828)
- Английски учен, открил паладий (1803) и родий (1804), за първи път получен
(1803) чиста платина. Откри (1801) ултравиолетово лъчение,
проектира рефрактометър (1802) и гониометър (1809). Творбите му са посв
неорганична химия, както и физика, астрономия, ботаника и медицина.
Уоластън предложи оригинална техника на праховата металургия, която очакваше
съвременни методи промишлено производствоизделия от платина, молибден,
волфрам и други метали.
12

13. Откриване на дискретни спектри. Фраунхофер

През 1814 г. Фраунхофер открива много стотици
тъмни линии в слънчевия спектър – линии
абсорбция (линии на Фраунхофер). Повечето
той обозначава интензивни линии с латински
писма. Техните дължини на вълните бяха измерени
Фраунхофер. Намерени са и леки
линии – емисионни линии – в спектрите на пламъците и
искра
13

14. Втори етап. Закон на Кирхоф.

Густав Робърт Кирхоф (03/12/1824-10/17/1887)
Научната дейност на Кирхоф обхваща много
секции
физика.
Неговата
работа
посветен
електричество, механика, оптика, математика
физика, теория на еластичността, хидродинамика. Повечето
известни са – общата теория за движението на тока
в проводниците и един от основните закони на топлинната
радиация.
Роберт Вилхелм Бунзен (1811-1899)
През 1854 г. той изобретява горелка, която произвежда чисти и
безцветен пламък. Следователно, когато в него се въведе някакво вещество, ясно се виждаше промяна на цвета.
светлина. Например, въвеждането на зърна от стронций
солта излъчваше ярък пурпурен огън. калций -
керемидено червено; барий - зелен; натрий - ярко жълто.
14

15. Експерименти на Кирхоф и Бунзен

Спектроскоп на Кирхоф-Бунзен, Annalen der Physik und der
Chemie (Poggendorff), Vol. 110 (1860).
15
Откриване на оптичен метод за изследване на химичния състав на телата и
тяхното физическо състояние допринесе за идентифицирането на нови
химични елементи (индий (In), цезий (Cs), рубидий (Rb), хелий
(He), талий (Tl) и галий (Ga)), появата на астрофизиката.
Кирхоф показа това с помощта спектрален анализМога
определят химичния състав на небесните тела и обясняват тъмнината
ленти в спектъра на Слънцето (Фраунхоферови линии).Формул
основният закон за топлинното излъчване, въведе понятието абсолют
черно тяло.

16. Закономерности в разположението на линиите в атомните спектри

1885 Bulmer показа, че дължините на вълните на 13 спектрални линии
серия от водород, може да бъде представена с голяма точност
формула
Ридберг определя формули за най-важните спектрални линии
алкални метали, представяйки вълновите числа като разлика от две
спектрални термини (енергии, взети с обратен знак)
Формули за спектралните серии на Кайзер, Рунге и Пашен
През 1908 г. Риц формулира принципа на комбиниране
Деландр намери формули, които определят местоположението на ивиците
молекулни спектри и местоположението на линиите, на които те
лентите се разпадат с достатъчна дисперсия
16

17. Напредък в свързани области

1860-1865 г - откриване на радиовълни (електромагнитно излъчване
дълга дължина на вълната)
1869 откриване на закона за периодичните елементи от Менделеев
Откриване на рентгенови и гама лъчи (къси дължини на вълните)
1896 г. Бекерел открива явлението радиоактивност
Дисперсия на електромагнитните вълни в материята, теория
нормална и аномална дисперсия (Рождественски,
изследвания на аномална дисперсия)
Лоренц обяснява феномена на разделянето на спектралните линии в
магнитно поле (в най-простия случай на три компонента)
1900 г. Планк за първи път излага хипотезата за радиационните кванти
1905 Айнщайн въвежда концепцията за квантите като частици
светлина (фотони)
1911 Моделът на Ръдърфорд на атома, състоящ се от ядро ​​и електрони
17

18. Моделът на Ръдърфорд на атома

1. в центъра на атома има положително заредено ядро:
ядрен заряд q = Z e, където Z-пореден номерелемент в
периодичната таблица,
e =1,6·10-19 C - елементарен заряд;
размер на зърното 10-13 см;
Масата на ядрото всъщност е равна на масата на атома.
2. електроните се движат около ядрото кръгово и
елиптични орбити, като планетите около Слънцето:
електроните се задържат в орбита от силата на Кулон
привличане към ядрото, създаващо центростремително
ускорение.
броят на електроните в един атом е равен на Z (пореден номер
елемент)
електроните се движат с висока скорост
образувайки електронната обвивка на атома.
18
Според законите на класическата електродинамика зарядът, движещ се с ускорение, трябва да излъчва
електромагнитни вълни, докато енергията на атома намалява. За кратко време (около 10–8 s)
всички електрони в атом на Ръдърфорд трябва да изразходват цялата си енергия и да паднат в ядрото, и
атомът ще престане да съществува!

19. Постулатите на Бор. Правило за квантуване

1913 г. Бор предполага, че величините, характеризиращи микрокосмоса
трябва да се квантува (приема дискретни стойности)
Трите постулата на Бор "спасяват" атома на Ръдърфорд
Законите на микросвета са квантови закони! Тези закони в началото на 20в
все още не са установени от науката. Бор ги формулира под формата на три
постулати. допълване (и „спасяване“) на атома на Ръдърфорд.
Първи постулат:
Атомите имат редица съответни стационарни състояния
определени енергийни стойности: E1, E2...En. Докато е в болница
състояние, атомът не излъчва енергия, въпреки движението на електроните.
Втори постулат:
В стационарно състояние на атом електроните се движат по стационарно
орбити, за които важи квантовата връзка:
MP n
ч
2
където M p - ъглов момент, n=1,2,3..., h-константа на Планк.
Трети постулат:
Излъчването или поглъщането на енергия от атом се случва по време на неговия преход
от едно неподвижно състояние в друго. В този случай се излъчва или
абсорбира се част от енергията (квант), равно на разликатаенергии
стационарни състояния, между които се извършва преход:
hvkn Ek En
19

20. Схеми на атомни преходи

от главната болница
възбудено състояние
20
от развълнуван
стабилно състояние в
основен

21. Сравнение на оптични и радиотехнически методи за описание на явления

Радиотехника
21
Оптика
Име на вълната
Радио вълни
Описание
предаване
Класическа
трансфер
Квантов преход
Измерване
напрежение
електрически
полета
Интензивност
Инструменти
верига, антена,
вълновод
Обектив, огледало,
световод
Приближение
Униформено поле
Хомогенна среда

22. Спектрален анализ днес

Науката и технологията на THz (submm) вълните започват активно да се развиват от 60-те години
70-те години на ХХ век, когато първите източници и
приемници на такова лъчение
Голям
Изследването на THz е важно
спектроскопия различни вещества, което ще ни позволи да намерим за тях
нови приложения.
Честотите на междустепенните преходи са разположени в диапазона THz
някои неорганични вещества(линии за вода, кислород, CO,
например), дълговълнови вибрации на йонни и
молекулярни кристали огъващи вибрации на дълги молекули, в
включително полимери и биополимери. Следователно, от особен интерес
представя изследване на ефектите на THz радиацията върху живота
организми и биологични обекти.
22

23. Терахерцово излъчване

Честотен диапазон: 0,1 до 10 THz
Диапазон на дължината на вълната: 3 mm – 30 µm
тера ( Руско обозначение: T; международен: T) - един от префиксите, използвани в
Международна система от единици (SI) за образуване на имена и обозначения
десетични кратни. Единица, чието име се формира от
добавяйки префикса tera към името на оригиналната единица, оказва се
резултатът от умножаването на оригиналната единица по числото 1012, т.е. с един трилион.
Префиксът SI е приет от XI Генерална конференция по мерки и теглилки през 1960 г.
година. Името идва от гръцката дума τέρας, което значи чудовище
Има 23 единици с посочения префикс "чудовищно много".

24.

Значение на THz радиация:
Спектри на молекули и атоми
24
Следните честоти са разположени в диапазона THz:
междустепенни преходи на неорганични вещества (H2O, O2, CO);
ротации и вибрационни възбуждания на биополимери (белтъчни молекули, ДНК);
дълговълнови вибрации на решетки от йонни и молекулярни кристали;
примеси в диелектрици и полупроводници.

25.

Уместност на THz радиацията: Ползи
Терахерцовото лъчение е нейонизиращо, за разлика от
Рентгеново лъчение, използвано в медицинската диагностика. IN
В същото време различните биологични тъкани имат значително
различна абсорбция в този диапазон, което прави възможно осигуряването
контраст на картините.
В сравнение с видимото и инфрачервеното лъчение, терахерцово лъчение
е с дълга дължина на вълната, което означава, че е по-малко чувствителен
разсейване. В резултат на това много сухи материали са прозрачни в този диапазон.
диелектрични материали като тъкани, дърво, хартия,
пластмаси. Следователно терахерцовото лъчение може да се използва за
безразрушителен контрол на материали, сканиране на летища и др.
В терахерцовия диапазон има резонанси на ротационни и
вибрационни преходи на много молекули. Това ви позволява да извършвате
идентифициране на молекули чрез техните спектрални отпечатъци. IN
комбинирано с придобиване на изображения (изображение) в терахерци
гама, това ви позволява да определите не само формата, но и състава
изследваният обект.
Терахерцовото лъчение може да бъде открито навреме
области, т.е. Могат да бъдат измерени както амплитудата, така и фазата на полето. Това
ви позволява директно да измервате изместването, въведено от обекта, който се изследва
фази, което означава, че ви позволява да изучавате бързи процеси и дори
управлявайте ги.

26. Приложение на THz радиация

Квантови точки:
Системи за сигурност:
CT възбуждане
кохерентен CT контрол
сканиране на пътници,
багаж за експлозиви
вещества, оръжия, наркотици
Високоскоростна комуникация
THz
радиация
Мониторинг на околната среда
медицински
диагностика:
за откриване на рак,
за стоматологичен преглед
Контрол на качеството
лекарства

27.

Кръгова диаграма на текущите изследователски области на THz
27
Xi-Cheng Zhang, Jingju Shu „Terahertz Photonics“, 2016 г.

28. Области на приложение на КО

Изследване на органични и неорганични вещества
28
съединения (химични, химико-фармацевтични
и нефтопреработвателна промишленост)
Производство на полимери (свръхвисока концентрация
примеси)
Изследване на атоми и молекули (определяне на енергии и
квантови числа на състоянията)
Физически характеристики (налягане, температура,
скорост на движение, магнитна индукция) газ
облаци и звезди - астрофизика
Криминалистика
Медицина (диагностика, спектрален кръвен анализ,
Преглед минерален съставтелесно окосмяване)
Геология (оценка на различни обекти)

29. Какви характеристики на веществата могат да бъдат получени чрез спектрален анализ?

Химичен състав на обекта, който се изследва
Изотопен състав на въпросния обект
Температура на веществото
Изключително прецизна концентрация на примеси в
мономери
Наличност магнитно полеи неговото напрежение
Скорост на движение и др.
Спектралния анализ прави това възможно
идентифицира компонентите на дадено вещество,
чиято маса не е по-висока от 10-10

Спектроскопът е оптично устройство за получаване, наблюдение и анализ на спектъра на излъчване.

Най-простият спектроскоп може да се счита за призмата на Нютон, с помощта на която той открива спектъра на видимата светлина, който енепрекъсната лента от седем различни цветове, подредени в последователност: червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, индиго, виолетово.Но с помощта на вашето устройствоНютон само заявява, че видимата бяла светлина се състои от различни цветове, но не може да изследва параметрите на цветните вълни.

Как работи спектроскопът?

Смята се за първия създател на спектроскопа Германският физик Йозеф Фраунхофер. Създадената от него спектроскопична инсталация представлява процеп в капака, през който слънчевата светлина пада върху призма. Спектърът от цветове не се проектира върху екрана, а попада в обектива на телескоп, монтиран зад призма. Така ученият го наблюдава субективно.

По-късно, използвайки този принцип, е построен прост спектроскоп, който се състои от 2 тръби и триъгълна стъклена призма, поставена между тях. Извика се първата тръба Да се олиматор . В единия си край имаше тесен процеп, през който проникваше светлина. В другия му край имаше двойноизпъкнала леща. Преминавайки през лещата, светлината излиза от нея на успоредни лъчи и се насочва към призмата. След това, разложен на спектър от призма, той падна във втората тръба, която беше обикновен телескоп.

Впоследствие, за да изучава спектрите, Фраунхофер започва да използва не призми, а дифракционни решетки, направени от най-тънките, плътно разположени метални нишки. Тънък лъч светлина в тъмна стая, преминавайки през такава решетка, се разлага на спектър.

Спектрален анализ

Джоузеф Фраунхофер

Обектът на изследването на Фраунхофер е слънчевата светлина. През 1814 г. ученият открива отчетливи тъмни линии в непрекъснатия слънчев спектър. Той видя същите линии в спектрите на Венера и Сириус, както и изкуствени източници на светлина.

Трябва да се каже, че 12 години преди това,V През 1802 г. същите линии в слънчевия спектър са открити от английски ученУилям Хайд Уоластън (Уоластън)изучаване на слънчевата светлина с камера обскура. Той смяташе, че това са линии, разделящи цветовете на спектъра, така че не се опита да намери обяснение за появата им.

Подобно на Уоластън, Фраунхофер също не може да обясни природата на тъмните линии. Но тези линии започнаха да се наричат Фраунхоферови линии и самият спектър - Спектър на Фраунхофер .

През 1854 г. немски химик експериментаторРобърт Вилхелм Бунзен изобретил горелка, способна да произведе много чист бял пламък. Защо беше необходима такава горелка? Оказва се, че атомите на различни химични елементи излъчват светлина с различна дължина на вълната. И ако едно вещество се нагрее в такъв чист пламък, пламъкът ще бъде оцветен различни цветове. Например натрият ще произведе ярко жълт пламък, калият ще произведе виолетов пламък, а барият ще произведе зелен пламък. Този опит се нарича тест за цвета на пламъка. Именно по цвета на пламъка се определяше химичният състав на веществото в онези дни. Но ако в пламъка беше въведено сложно вещество, състоящо се от няколко елемента, беше доста трудно да се определи точно цвета му.

Роберт Вилхелм Бунзен

През 1859 г. колегата на Бунзен, един от големите физици XIX век, Густав Робърт Кирхоф, предлага да се изучава не цветът на пламък, оцветен от изпарения на метални соли, а неговият спектър. Говори се, че Бунзен и Кирхоф са направили първия си спектроскоп, като са разрязали телескоп наполовина и са поставили тези половини в дупки, направени в кутия за пури, съдържаща стъклена призма. Беше трудно да се каже дали това наистина е така, но с помощта на спектроскоп те успяха да продължат експериментите за определяне на спектъра на химичните елементи, което направи възможно определянето на причината за появата наФраунхоферови линии .

Густав Робърт Кирхоф

Учените започнаха да нагряват проби от химически елементи в чист бял пламък и след това прекараха светлинни лъчи от тях през призма, за да получат техния спектър. За тяхна изненада те откриха, че дължината и честотата на някои от ярките светлинни линии в спектъра на тези елементи съвпадат с дължината и честотата на тъмните линии на Фраунхофер в спектъра на Слънцето. И това стана ключът към разгадаването на природата на тези редове.

Работата е там, че химическият елемент поглъща лъчи със същата честота, която излъчва. Това означава, че в слънчевата корона има химически елементи, които поглъщат част от слънчевия спектър със същата честота на излъчване. Тоест спектралните линии характеризират химичните елементи, които ги излъчват. Тъй като всеки елемент има свой собствен спектър, различен от спектрите на другите елементи, чрез изучаване на спектрите на небесните тела може да се определи техният химичен състав.

Това беше началото спектрален анализ , което позволи дистанционно определяне на качествения и количествения състав на изследвания обект.

Спектроскоп на Кирхоф-Бунзен

По-късно в спектроскопа е вградена скала с деления, показващи дължини на вълните.

Спектроскоп често наричан настолно устройство, с което ръчно се изследват участъци от различни спектри. Спектроскоп, който може да записва спектър за по-нататъшен анализ различни методи, Наречен спектрометър . Ако окулярът на спектроскопа бъде заменен със записващо устройство (например камера), тогава резултатът ще бъде спектрограф .

Спектрометрите са способни да изучават спектри в широк диапазон от вълни: от гама до инфрачервено лъчение.

Разбира се, съвременните спектроскопи се различават от своите предци. И въпреки че имат много модификации, функциите им остават същите.

Приложения на спектроскопи

Спектроскопът е основният инструмент на спектроскопията. Химиците и астрономите не могат без спектроскоп. Може да се използва за определяне на химичния състав на веществото, структурата на повърхността, физически параметриобект, за изследване на космически обекти, разположени на огромни разстояния от нас.

Стимулът за изследване на спектралния състав на радиацията беше откриването на инфрачервената и ултравиолетовата част от спектъра на слънчевата радиация.
През 1800 г. английският учен Уилям Хершел постави задачата да открие характера на разпределението на топлинния ефект на различни части от спектъра на слънчевата радиация. Общоприето е, че всички части на спектъра се нагряват еднакво. Хершел реши да провери дали това е така и проведе експеримент, който все още се показва в училищата по целия свят: чувствителен термометър се движи през всички части на непрекъснатия спектър, осигурен от Слънцето или друго горещо тяло (сега електрическа дъга). Експериментът даде удивителен резултат. Оказа се, че температурата, показана от термометъра, не само непрекъснато нараства от ултравиолетовата част към червената част, но максимумът й се достига само при преминаване отвъд червената част на спектъра, където окото не наблюдава абсолютно нищо. Така е открито инфрачервеното лъчение.
През 1802 г. немският физик Йохан Ритер се заема да изследва химическо действиеразлични части от непрекъснатия спектър. Като тестово тяло той използва сребърен хлорид, чието почерняване под въздействието на слънчева светлина е открито през 1727 г. Ритер установява, че химическият ефект се увеличава, за разлика от термичния, от червения край до виолетовия и неговия максимум се достига при преминаване отвъд виолетовата част на спектъра.Така е открито ултравиолетовото лъчение.
През 1802 г. се появява публикация на английския физик У. Уоластън (1766 - 1828), в която авторът съобщава за наблюдение на линейни спектри. Уоластън открива тъмни линии в непрекъснатия спектър на слънчевата радиация. от вътрешни частиВ пламъка на свещ той наблюдава спектър, състоящ се от отделни цветни линии.
Те си спомниха откритието на Воластън едва през 1815 г. във връзка с работата на немския физик Йозеф Фраунхофер (1787 - 1826).
Фраунхофер, учен с рядък експериментален талант и физическа интуиция, започва като мелница на оптично стъкло и достига до прецизни оптични измервания. Той изобретява механизми и измервателни уреди за въртене и полиране на лещи, открива метод за определяне на формата на лещите, подобрява ахроматичния телескоп, произвежда дифракционни решетки и ги въвежда в практиката на спектроскопските изследвания. Така Фраунхофер полага основите на спектроскопията.
Независимо от Воластън той открива съществуването на тъмни линии в слънчевия спектър (влизат във физиката под името Фраунхоферови линии) и започва тяхното количествено изследване. Използвайки своя спектроскоп и дифракционни решетки, той прави първите точни измервания на дължините на вълните на спектралните линии и изяснява стойностите на показателите на пречупване на различни вещества.
Особено внимание беше привлечено от линията, открита в жълтата част на спектрите на много излъчватели. Той получи специалното име D-line. През 1815 г. Фраунхофер прави откритие, чиято важност се осъзнава по-късно - позицията на светлата D-линия на спектъра на пламъка на маслена горелка съвпада с позицията на тъмната (Фраунхофер) линия на слънчевия спектър. Той също така установи факта, че получените спектри от Луната и планетите са идентични и че се различават от спектрите на звездите.
През 1834 г. Фокс Талбот (1800 - 1877) - един от изобретателите на фотографията - след многобройни изследвания на спектъра на пламъка на алкохол, в който са разтворени различни соли, стига до следното заключение: „Когато в спектъра на пламъка се появят някакви специфични линии, , те характеризират метала, съдържащ се в пламъка." Така се появи първата идея, че оптичният анализ позволява да се определи химичният състав на излъчващото вещество.
През 1835 г. Чарлз Уитстоун (1802 - 1875), изследвайки спектъра на електрическа искра, потвърждава идеята на Талбот: линиите на спектъра зависят само от качеството на електродите и всеки материал има свой собствен спектър.
През 1849 г. Л. Фуко установява съвпадението на дължините на вълните на D-линията на Фраунхофер и жълтата линия в натриевия спектър.
През 1853 г. A. Angstrom (1814-1874) показа, че излъчването на горещ газ има същата пречупваемост като радиацията, погълната от този газ; Чрез понижаване на налягането на газа е възможно да се получи характерен емисионен спектър за него.
През 1857 г. V. Swan установява, че в спектъра на всяко вещество е възможно да се посочи определена характерна линия с постоянно положение.
След натрупването на фактите следва теоретичен анализ, водещ до обобщаването им в единен природен закон. Това е направено от великия немски физик Густав Роберт Кирхоф (1824 - 1887).
Кирхоф е роден в Кьонигсберг. Вече като ученик, след като публикува научни трудовекоито са придобили световна слава. Защитава дисертация през 1848 г. в Берлин. От 1850 до 1854 г. той е извънреден професор в Бреслау. Тук той се запознава с химика Робърт Бунзен (1811-1899), който го взема със себе си в Хайделберг, който става родното място на спектралния анализ. След като е избран за член на Берлинската академия, Кирхоф е професор по физика в Берлин през 1874 г. до последните дни от живота си.
Кирхоф беше изключителен теоретик и експериментатор. Той получи фундаментални резултати в много области на физиката, но откритият от него „принцип на спектралния анализ“ стана особено известен.
Кирхоф е първият, който вижда действието на един единствен природен закон в пъстрото разнообразие от експериментални факти. Началото е поставено с решението за произхода на линиите на Фраунхофер (1859).
Кирхоф провежда следния експеримент: през спектроскоп той наблюдава тъмната Фраунхоферова D-линия на слънчевата радиация. След това пред процепа на спектроскопа се поставя пламък от горелка с готварска сол. Слънчевата светлина преминава през натриеви пари, преди да влезе в спектроскопа. В същото време на мястото на тъмната линия се появи ярко жълта линия. Така беше открито явление, което влезе във физиката под името ефект на обръщане на спектралната линия.
Кирхоф дава следното обяснение за обратния ефект. Съставът на слънчевата радиация съдържа компонент, принадлежащ към натриевата радиация. При преминаване през земната атмосфера се абсорбира и на мястото на жълтата линия в спектъра се появява празнина - тъмна линия. Когато преминава през натриеви пари, слънчевата радиация отново се обогатява с жълтия компонент и D-линията става ярка.
Оттук и решителната стъпка към принципа на спектралния анализ. В работата си „За линиите на Фраунхофер“ (1859) Кирхоф пише:
„Заключавам, че тъмните линии на слънчевия спектър, които не са причинени от земната атмосфера, възникват поради присъствието в горещата слънчева атмосфера на онези вещества, които в спектъра на пламъка дават ярки линии на мястото на тъмните линии. на слънчевия спектър. Трябва да се приеме, че ярките линии на спектъра, съвпадащи с D-линиите на слънчевия спектър, се дължат на наличието на натрий в пламъка; Следователно тъмните D линии на слънчевия спектър ни позволяват да заключим, че натрият е в слънчевата атмосфера. Брустър, открит в спектъра. нитратни пламъчни линии на мястото на Fraunhofer линии A и B; тези линии показват наличието на калий в слънчевата атмосфера. От моето наблюдение, че червената литиева ивица не съответства на никаква тъмна линия в спектъра на Слънцето, вероятно следва, че литият липсва или се среща в относително малки количества в слънчевата атмосфера.
Кирхоф установява съответствие между спектъра и качеството на излъчващия източник. Откри се невероятна възможност за анализ на източника на радиация и беше възможно да не се разглежда въпросът за механизма на радиация.
В писмо до брат си химик Кирхоф казва: „Сега усърдно изучавам химия. А именно възнамерявам да направя нищо по-малко от химически анализ на Слънцето, а по-късно може би и на неподвижните звезди. Имах щастието да намеря ключа към решаването на този проблем... Би трябвало да е възможно от светлината, която изпраща едно тяло, да се заключи неговия химичен състав...
Ако тези наблюдения са верни, ще бъде възможно да се надникне в спектрите, за да се открият вещества, които иначе могат да бъдат получени само чрез старателен химичен анализ."
Предшествениците на Кирхоф по същество отвориха възможността за спектрален анализ в специални случаи. Кирхоф дава общ принцип. Той ясно разбира нейното значение и отива по-далеч в търсене на цялостна експериментална обосновка. Неговият съюз с химика Р. Бунзен при разработването на техниката за спектрален анализ беше естествен.
Въпреки че вече беше известно за съществуването на връзка между спектъра и химичния състав на излъчващото вещество, все още никой не беше доказал, че тази връзка е универсална и винаги дава недвусмислен резултат, например, че в случай на наличие на натрий в излъчващо вещество от всякакъв състав, спектърът на последното трябва да съдържа натриеви линии, независимо от качеството на пламъка, който възбужда неговия блясък. Това изискваше усърдна експериментална работа.
Кирхоф и Бунзен съвместно извършват голяма поредица от изследвания на спектрите на алкални и алкалоземни метали и в средата на 1860 г. вече могат да заключат: „Разнообразието от съединения, които включват метали, разнообразието химически процеси, протичащи в различни пламъци и огромен диапазон от температури - всичко това не оказва никакво влияние върху позицията на спектралните линии на отделните метали.
Установена е фантастичната чувствителност на новия метод за химичен анализ. Уредът отчита наличието на незначително количество примеси в сместа. Открито е съществуването на два нови алкални метала - рубидий и цезий.
В своята работа от 1861 г. „Изследване на слънчевия спектър и анализ на слънчевата атмосфера“, извършена с подобрен спектроскоп, Кирхоф установява съвпадението на линиите на редица химични елементи с линиите на Фраунхофер в спектъра и успява да говори за началото на химическия анализ на Слънцето и звездите.
Методическа бележка.Спектралният анализ е основният метод за физико-химично изследване на състава на материята, структурата на атомите и молекулите. Ясно е, че историята на откриването на това най-важният методИзучаването на природата трябва да бъде особено задълбочено. Не трябва да става въпрос само за определена последователност от открития. Историята на спектралния анализ предоставя особено богат материал за демонстриране на механизма на физическото откритие, същността на метода, водещ до научно откритие, и следователно, възпитанието на диалектико-материалистически мироглед.

Замисляли ли сте се как знаем за свойствата на далечните небесни тела?

Със сигурност знаете, че дължим тези знания на спектралния анализ. Често обаче подценяваме приноса на този метод за самото разбиране. Появата на спектралния анализ преобърна много установени парадигми за структурата и свойствата на нашия свят.

Благодарение на спектралния анализ имаме представа за мащаба и величието на пространството. Благодарение на него вече не ограничаваме Вселената до Млечния път. Спектралният анализ ни разкри голямо разнообразие от звезди, разказвайки ни за тяхното раждане, еволюция и смърт. Този метод е в основата на почти всички съвременни и дори бъдещи астрономически открития.

Научете за непостижимото

Преди два века беше общоприето, че химическият състав на планетите и звездите завинаги ще остане загадка за нас. Всъщност в съзнанието на онези години космическите обекти винаги ще останат недостъпни за нас. Следователно, ние никога няма да получим извадка от която и да е звезда или планета и никога няма да знаем нейния състав. Откриването на спектралния анализ напълно опроверга това погрешно схващане.

Спектралният анализ ви позволява дистанционно да научите за много свойства на отдалечени обекти. Естествено, без такъв метод съвременната практическа астрономия е просто безсмислена.

Линии на дъга

Тъмните линии в спектъра на Слънцето са забелязани още през 1802 г. от изобретателя Уоластън. Самият откривател обаче не беше особено фиксиран върху тези линии. Техните задълбочени изследвания и класификация са извършени през 1814 г. от Фраунхофер. По време на своите експерименти той забеляза, че Слънцето, Сириус, Венера и изкуствените източници на светлина имат свой собствен набор от линии. Това означаваше, че тези линии зависят единствено от източника на светлина. Те не се влияят от земната атмосфера или свойствата на оптичния инструмент.

Природата на тези линии е открита през 1859 г. от немския физик Кирхоф заедно с химика Робърт Бунзен. Те установяват връзка между линиите в спектъра на Слънцето и линиите на излъчване на пари от различни вещества. Така те направиха революционното откритие, че всеки химичен елемент има свой собствен набор от спектрални линии. Следователно по излъчването на всеки обект може да се научи за неговия състав. Така се ражда спектралният анализ.

През следващите десетилетия чрез спектрален анализ бяха открити много химични елементи. Те включват хелий, който е открит за първи път в Слънцето, откъдето е получил името си. Поради това първоначално се смяташе, че е изключително слънчев газ, докато не беше открит на Земята три десетилетия по-късно.

Три вида спектър

Какво обяснява това поведение на спектъра? Отговорът се крие в квантовата природа на радиацията. Както е известно, когато един атом абсорбира електромагнитна енергия, неговият външен електрон се премества на по-високо енергийно ниво. Аналогично и с радиацията - на по-ниско ниво. Всеки атом има собствена разлика в енергийните нива. Оттук и уникалната честота на поглъщане и излъчване за всеки химичен елемент.

Именно на тези честоти газът излъчва и излъчва. В същото време твърдите и течните тела при нагряване излъчват пълен спектър, независимо от техния химичен състав. Следователно полученият спектър се разделя на три вида: непрекъснат, линеен спектър и спектър на поглъщане. Съответно непрекъснат спектър се излъчва от твърди вещества и течности, а линеен спектър се излъчва от газове. Спектърът на поглъщане се наблюдава, когато непрекъснатото лъчение се абсорбира от газ. С други думи, многоцветни линии на тъмен фон на линеен спектър ще съответстват на тъмни линии на многоцветен фон на абсорбционен спектър.

Това е спектърът на поглъщане, който се наблюдава в Слънцето, докато нагретите газове излъчват радиация с линеен спектър. Това се обяснява с факта, че фотосферата на Слънцето, въпреки че е газ, не е прозрачна за оптичния спектър. Подобна картина се наблюдава и при други звезди. Интересното е, че по време на пълния слънчево затъмнениеспектърът на Слънцето става изпъстрен. Всъщност в този случай идва от прозрачните външни слоеве от него.

Принципи на спектроскопията

Оптичният спектрален анализ е относително прост в техническото изпълнение. Работата му се основава на разлагането на излъчването на изследвания обект и по-нататъшен анализ на получения спектър. Използвайки стъклена призма, през 1671 г. Исак Нютон извършва първото "официално" разлагане на светлината. Той също така въвежда думата "спектър" в научна употреба. Всъщност, докато подреждаше светлината по същия начин, Уоластън забеляза черни линии в спектъра. Спектрографите също работят на този принцип.

Светлинното разлагане може да се извърши и с помощта на дифракционни решетки. Допълнителен анализ на светлината може да се извърши с помощта на различни методи. Първоначално за това е използвана тръба за наблюдение, а след това камера. В наши дни полученият спектър се анализира от високо прецизни електронни инструменти.

Досега говорихме за оптична спектроскопия. Съвременният спектрален анализ обаче не се ограничава до този диапазон. В много области на науката и технологиите се използва спектрален анализ на почти всички видове електромагнитни вълни - от радио до рентгенови лъчи. Естествено, такива изследвания се извършват с помощта на различни методи. Без различни методи за спектрален анализ нямаше да познаваме съвременната физика, химия, медицина и, разбира се, астрономия.

Спектрален анализ в астрономията

Както беше отбелязано по-рано, именно от Слънцето започна изследването на спектралните линии. Ето защо не е изненадващо, че изследването на спектрите веднага намери своето приложение в астрономията.

Разбира се, първото нещо, което астрономите започнаха да правят, беше да използват този метод за изследване на състава на звездите и други космически обекти. Така всяка звезда придобива собствен спектрален клас, отразяващ температурата и състава на атмосферата им. Станаха известни и параметрите на атмосферите на планетите. слънчева система. Астрономите се доближиха до разбирането на природата на газовите мъглявини, както и на много други небесни обекти и явления.

Въпреки това, използвайки спектрален анализ, можете да научите не само за качествения състав на обектите.

Измерете скоростта

Доплеров ефект в астрономията Доплеров ефект в астрономията

Ефектът на Доплер е теоретично разработен от австрийски физик през 1840 г., на когото е кръстен. Този ефект може да се наблюдава, като слушате свирката на преминаващ влак. Височината на свирката на приближаващ влак ще бъде забележимо различна от тази на движещ се влак. Приблизително така е доказан теоретично ефектът на Доплер. Ефектът е, че за наблюдателя дължината на вълната на движещия се източник е изкривена. Тя се увеличава с отдалечаването на източника и намалява с приближаването му. Електромагнитните вълни имат подобно свойство.

Когато източникът се отдалечи, всички тъмни ленти в неговия емисионен спектър се изместват към червената страна. Тези. всички дължини на вълните се увеличават. По същия начин, когато източникът се приближи, те се изместват към виолетовата страна. Така той се превърна в отлично допълнение към спектралния анализ. Сега по линиите в спектъра беше възможно да се разпознае това, което преди изглеждаше невъзможно. Измервайте скоростта на космическите обекти, изчислявайте орбиталните параметри на двойните звезди, скоростта на въртене на планетите и много други. Ефектът на "червеното изместване" играе специална роля в космологията.

Откритието на американския учен Едуин Хъбъл е сравнимо с развитието на хелиоцентричната система на света от Коперник. Изучавайки яркостта на цефеидите в различни мъглявини, той доказа, че много от тях се намират много по-далеч от Млечния път. Сравнявайки получените разстояния със спектрите на галактиките, Хъбъл открива известния си закон. Според него разстоянието до галактиките е пропорционално на скоростта на тяхното отдалечаване от нас. Въпреки че законът му се различава донякъде от модерни идеи, откритието на Хъбъл разшири обхвата на Вселената.

Спектрален анализ и съвременна астрономия

Днес почти няма астрономически наблюдения без спектрален анализ. С негова помощ се откриват нови екзопланети и се разширяват границите на Вселената. Спектрометрите се носят на марсоходите и междупланетните сонди, космическите телескопи и изследователските спътници. Всъщност без спектрален анализ нямаше да има съвременна астрономия. Щяхме да продължим да гледаме празната, безлика светлина на звездите, за която нямаше да знаем нищо.