Усі види спектрів. Види спектрів

Суцільний та лінійний спектр – це поняття, що прийшли з фізики. У кожному випадку передбачається аналіз колірного наповнення певної траєкторії та особливості взаємодії молекул.

Суцільний та лінійний спектр: важливі відмінності

1. Суцільний спектр є всі кольори веселки, які здатні рівномірно переходити один в одного. В результаті вони створюють білий колір, що нагадує сонячний.
2. Лінійчастий спектр випромінює світло зі спеціальними ділянками, які відповідають лише певним кольорам. Передбачається відсутність рівномірності та ризик спотворення кольорової передачі.

Однак що ж являють собою суцільний та лінійний спектр? Який механізм освіти у кожному випадку задіяний?

Лінійчастий діапазон: що це?

Лінійчастий спектр складається з окремих монохроматичних випромінюваньякі не здатні примикати один до одного. Передбачається наявність внутрішньоатомних процесів, у яких і утворюються хвилі, що відрізняються своїм рівнем інтенсивності.

Можливі відмінності лінійних спектрів один від одного:

• Число включених ліній.
• Розташування.
• Ступінь інтенсивності передачі кольорів.

Будь-який лінійний спектр включає окремі світлі лінії, розкидані по різних сегментах одного спектра. Колір улюбленої видимої лінії обов'язково відповідає певному кольору цього місця в аналізованому суцільному спектрі.

Лінійчастий спектр може містити в собі велику кількість ліній, які знаходяться в наступних частинах:

• Інфрачервона.
• Видима.
• Ультрафіолетова.

У той самий час лінії розташовуються закономірно, тому хаосу немає. Колірні лінії створюють характерні групи, які називають серіями.

Лінійчастий спектр утворюється випромінюванням, що випускають атоми. На цьому етапі також необхідно виділити відмінність від смугастого діапазону, який утворюється випромінюванням від молекул. Кожен вид атомів має унікальний спектр, заснований на спеціальних довжинах хвиль. Ця особливість призводить до спектрального аналізу речовин.

Лінійчастий спектр будь-якого елемента включає спектральні лінії, які відповідають променям, що виходять від розпечених парів і газів. Наявність подібних ліній є характерним для будь-якого елемента, тому можна проводити спеціальні аналізи, дослідження.

Лінійчастий спектр – це строго індивідуальні властивості певної молекули, причому це виявляється справедливим для молекул різного складу та ізомерів.

Лінійчастий спектр може проявлятися тільки за певних обставин: енергія електронів, що бомбардують, повинна бути достатньою для видалення електронів з найглибших шарів. При таких переходах може випускатися фотон рентгенівського випромінювання. Важливо відзначити, що сукупність подібних колірних ліній дозволяє створювати серію рентгенівського спектру, який згодом використовується у рентгеноструктурному аналізі.

Лінійчастий спектр включає різко окреслені кольорові лінії, які обов'язково відокремлюються один від одного широкими темними проміжками. У кожній групі передбачається максимальне зближення ліній, завдяки чому передбачається можливість побачити окрему смугу інтервалу довжин світлових хвиль. Незважаючи на це, лінійчасті спектри можуть випромінюватись лише окремими атомами, які не вступають у будь-який зв'язок один з одним, оскільки спектри хімічних елементів не здатні збігатися. Цей нюанс передбачає, що всі атоми певного хімічного елемента мають електронні оболонки однакової будови, але електронні оболонки хімічних елементів володіють відмінностями.

Якщо ж лінійний спектр утворюється з урахуванням деякого хімічного елемента одноатомного газу, гарантується складніша структура. Один і той же елемент може мати різні колірні спектри, так як вони визначаються способом збудження світіння. У будь-якому випадку для утворення лінійчастого спектру потрібні спеціальні лінії, які відповідають променям, що випускаються парами, газами.

Лінійчасті спектри є вузькі різнокольорові лінії, розділені темними проміжками. Водночас упорядкованість чергування є обов'язковою.

Суцільний діапазон: що це?

Суцільний (безперервний) спектр – це палітра кольорів, яка представлена ​​у вигляді однієї суцільної смуги. Передбачається пропускання сонячного світла через використовувану призму. У суцільній смузі представлені всі кольори, які плавно переходять один в інший.

Суцільний спектр є характерним для твердих, а також рідких випромінюючих тіл, які мають температуру близько кількох тисяч градусів Цельсія. Крім того, суцільний спектр може надаватися газами або парами, що світяться, якщо їх тиск є дуже високим.

По-іншому бачать спектри, якщо джерелом світла є гази, що світяться, що відрізняються незначною щільністю. Подібні гази включають ізольовані атоми з мінімальною взаємодією. Свічення можна досягти, якщо нагріти газ до температури близько двохсот градусів за Цельсієм.

Колір, спектр, взаємодія атомів та молекул завжди взаємопов'язані, що підтверджує структурну послідовність фізичного світу.

Стаття розповідає про визначення та види спектру, висвітлює галузі застосування спектроскопії, а також описує дослідження незнайомої твердої речовини та види спектрів, що застосовуються для цього.

Що таке колорит?

Взагалі, у такому вигляді це питання спонукає читача згадувати про уроки фізики та нескінченні формули. Однак це поняття охоплює набагато більшу різноманітність і виходить за межі шкільної програми. p align="justify"> Отже, спектр - це розподіл значень деякої величини (іноді поняття). Під величиною, звичайно, часто мають на увазі конкретну масу, енергію, довжину хвилі. Але бувають і зовсім інші розподіли. Наприклад, жінка вміє готувати дві страви – це її кулінарний спектр. Або чоловік може пити каву, компот, чай, але не сприймає алкоголь, отже, його діапазон напоїв обмежений. Тобто бувають зовсім не пов'язані з наукою види спектрів. Фізика у прикладах вище жодної ролі не грає.

Електромагнітна шкала

Однак найчастіше люди чують це поняття, коли йдеться про науку (зокрема про електромагнітну шкалу). Звідки беруться електромагнітні хвилі? Сам механізм їхнього виникнення досі залишається загадкою. Взагалі область не часток, а полів дуже загадкова. Однак відомо, що електромагнітні поля (а значить і хвилі) виникають за наявності заряду, що рухається в просторі. І залежно від того, якою вона і як рухається, на електромагнітній шкалі проявляються різні види випромінювання. Спектр у разі розглядається залежно від довжини хвилі. Нагадаємо, що під цим терміном розуміється мінімальна відстань між однаковими фазами сусідніх обурень (якщо простіше - між максимумами або мінімумами, що йдуть один за одним). Найбільшими довжинами хвиль мають радіохвилі, найменші - гамма-випромінювання. Те, що бачить людське око, становить лише малу частку всього діапазону та розташоване ближче до початку шкали. Тому види спектрів розрізняються насамперед за довжиною хвилі або частотою.

Спектроскопія

Пізнавальна частина цієї статті описала деякі основні поняття. Однак найголовнішим у будь-якому дослідженні є його актуальність.

Іншими словами - сфера застосування. У цій частині всі види спектрів лідирують. Їх використовують скрізь: від криміналістики до створення нових речовин, від біології до міжзоряного простору. Наука, яка зосереджена цьому фізичному понятті, як читач напевно вже зрозумів, називається спектроскопія. На даний момент види спектрів (спектральний аналіз – відповідно) розрізняють за кількома критеріями.

Типи спектрів

Як було сказано, перший критерій – довжина хвилі. Нагадаємо, що частота хвилі обернено пропорційна довжині - ці поняття безперервно пов'язані. Відповідно до областей на електромагнітній шкалі, існують радіо, ультрафіолетові, видимі, інфрачервоні, рентгенівські види спектрів. Другий критерій – геометрія експерименту. Зняття на відбиток і пропускання спектра може бути принципово різними.

Аналіз відмінностей може багато повідомити про субстанцію, що вивчається. Наприклад, висновки про склад та щільність кілець Сатурна були зроблені саме так.

Лінії та смуги

Жарт для сферичного коня у вакуумі лише наполовину жарт. П'ятдесят відсотків, а то й більшість фізичних понять у природі немає у чистому вигляді. Тому наступний критерій, який поділяє види спектрів, є умовним. Один ідеальний атом (або молекула) речовини в абсолютному вакуумі дасть розподіл електромагнітних сигналів, що складається з тонких ліній. Дані умови нездійсненні, проте дуже вузькі смуги з нерозрізняються всередині окремими компонентами прийнято вважати лінійним спектром. Як правило, він є набором стовпчиків різної висоти (вона позначає інтенсивність) на відповідних довжинах хвиль. Однак існують інші види спектрів, які називаються полосчастими: кожна лінія має широкі, розмиті краї.

Блакитне небо

Питання, чому небо блакитне, ставить кожен непосидю чотирьох років. Відповідь і проста, і складна одночасно: воно має такий колір, тому що мікроколивання (називаються флуктуаціями) земної атмосфери з усього сонячного спектру розсіюють тільки відповідну область довжин хвиль. Решта поглинається (переважно) чи відбивається.

Це ще один критерій. Тобто існують спектри поглинання, випромінювання та розсіювання. Дослідження кожного дає свої результати. Але основну інформацію про речовину несуть різні види спектрів випромінювання. Вони дають однозначну відповідь, що і в якій кількості присутній у субстанції, що досліджується. Два інші види покажуть складність структури та способи взаємодії окремих її частин між собою.

Місячний камінь

За що та який спектр відповідає, покажемо на прикладі каменя, доставленого з Місяця. Якщо різноманітними маніпуляціями змусити камінь світитися, спектр, що вийшов, однозначно покаже, які саме хімічні елементи системи Менделєєва в ньому є. Інші процедури здатні витягти з цих спектрів концентрації виявлених елементів. Однак тверде тіло та його властивості визначаються не лише тим, з чого воно складається, а й як ці окремі елементарні частини відносно один одного розташовані. Класичний приклад - графіт та алмаз. В обох випадках – це рідний вуглець. Але по-різному пов'язані атоми - і ми отримуємо дуже м'який і найтвердіший природні матеріали. Чому рідний? Тому що він є ще й основою життя. До речі, крім згаданих форм, існують ще й фулерени, і нанотрубки, і нещодавно відкритий графен, за який вчені отримали Нобелівську премію. Правда, в останньому випадку варто зазначити, що речовина двовимірна, це значно змінює все уявлення про тонкі шари речовин. Отже, про будову твердої речовини, про мінерали, що входять до його складу, розповість спектроскопія розсіювання. Наприклад, Раманівські лінії (при вірній інтерпретації) за кілька елементарних осередків визначають структуру кристала. А ось аналіз краю поглинання, вірніше, його деталей: кута нахилу, наявності аномалій у вигляді відхилення від лінійної форми, допомагає знайти ступінь стрункості цієї структури, тобто показати, які кристали в камені з Місяця – чіткі чи речовина майже аморфна?

За цими даними фахівці обчислюють походження речовини каменю, а також метаморфози порід, що входять до його складу.

Цифровий світ

Сучасність немислима без цифрових технологій. І, головне, не швидкодія процесорів чи кількість гігабайт оперативної пам'яті, а шифрування сигналу. Звичайно, це важливо насамперед для тих областей, де потрібна конфіденційність – у банківській справі, особистому спілкуванні через інтернет. Але навіть простий запис фільму на диск – це шифрування. Адже лазер пропалює не картинки, а нулі та одиниці. Люди, які працюють у сфері створення та обробки фотографій, знають, скільки «важить» зображення у первісному форматі Raw. Для необізнаних розкриємо секрет: дуже багато. Тому що кожному пікселю задається свій відтінок та освітленість. Але звичні нам jpeg, tiff або навіть bmp займають на носіях інформації набагато менше місця, при цьому видима якість не гірша.

То в чому ж секрет? Відповідь - види спектрів сигналу та варіанти його стиснення. Фур'є довів, що будь-який сигнал може бути досить високою точністю розкладений на ряд функцій. Таким чином, кожен піксель звичних форматів фотографії відображає не зафіксовану фарбу, а спектр сигналу. Деякі відеоформати використовують не Фур'є, а вейвлет-перетворення для розкодування невеликих порцій одиниць та нулів у конкретну картинку. Таким чином, втративши зовсім невелику (менше одного відсотка) частину зображення, можна значно, іноді в сто разів, скоротити кількість займаного на диску або флеш-карті місця.

Яраджулі Георгій

Спектри випромінювання та поглинання.

Завантажити:

Попередній перегляд:

Щоб скористатися попереднім переглядом презентацій, створіть собі обліковий запис Google і увійдіть до нього: https://accounts.google.com

Підписи до слайдів:

Спектри. Види спектрів. Спектральний аналіз. Презентація з фізики учня 11 класу ДБОУ ЗОШ №1465 імені адмірала Н.Г. Кузнєцова Іараджулі Георгія Вчитель фізики Круглова Лариса Юріївна

Поняття спектра та основні відомості Спектр – розподіл значень фізичної величини (зазвичай енергії, частоти чи маси).Графічне уявлення такого розподілу називається спектральною діаграмою. Зазвичай, під спектром мається на увазі електромагнітний спектр - спектр частот електромагнітного випромінювання.

Історія дослідження У науковий ужиток термін «спектр» запровадив Ньютон у 1671-1672 роках для позначення багатобарвної смуги, схожої на веселку, яка виходить при проходженні сонячного променя через трикутну скляну призму.

Історично раніше за всіх інших спектрів було розпочато дослідження оптичних спектрів. Першим був Ісаак Ньютон, який і ввів у науковий ужиток термін "спектр" для позначення отриманої ним у дослідах над сонячним світлом багатобарвної смуги, схожої на веселку. У своїй праці «Оптика», що вийшов у 1704 році, опублікував результати своїх дослідів розкладання за допомогою трикутної скляної призми білого світла на окремі компоненти різної кольоровості та заломлюваності, тобто отримав спектри сонячного випромінювання, і пояснив їхню природу, показавши, що колір є власним. властивість світла.

Фактично, Ньютон заклав основи оптичної спектроскопії: в «Оптиці» він описав усі три методи розкладання світла, що використовуються досі: заломлення, інтерференцію і дифракцію, а його призма з коліматором, щілиною і лінзою була першим спектроскопом. Фрагмент рукопису "Оптики" Ньютона з описом одного з експериментів із призмою.

Види спектрів Спектри випромінювання Спектри поглинання Спектри розсіювання

Спектри випромінювання Безперервні Лінійчасті Смугасті

Безперервний спектр Дають тіла, що знаходяться у твердому, рідкому стані, а також щільні гази. Щоб одержати, треба нагріти тіло до високої температури. Характер спектру залежить як від властивостей окремих випромінюючих атомів, а й від взаємодії атомів друг з одним. У діапазоні представлені хвилі всіх довжин і немає розривів. Безперервний спектр кольорів можна спостерігати на дифракційній решітці. Хорошою демонстрацією спектра є природне явище веселки. Однакові для різних речовин, тому їх не можна використовувати для визначення складу речовини

Дозволяє по спектральним лініям судити про хімічний склад джерела світла Дають всі речовини в газоподібному атомарному (але не молекулярному) стані (атоми практично не взаємодіють один з одним) Ізольовані атоми даного хімічного елемента випромінюють хвилі строго певної довжини Для спостереження використовують свічення парів речовини в полум'ї або свічення газового розряду в трубці, наповненій досліджуваним газом. При збільшенні щільності атомарного газу окремі спектральні лінії розширюються

Приклади лінійних спектрів

Смугастий спектр Дають речовини, що знаходяться в молекулярному стані Спектр складається з окремих смуг, розділених темними проміжками. Кожна смуга є сукупністю великої кількості дуже тісно розташованих ліній Для спостереження використовують свічення парів у полум'ї або свічення газового розряду

Приклади смугастих спектрів Спектр вугільної дуги (смуги молекул CN і C 2) Спектр випромінювання пар молекули йоду.

Спектр поглинання Це сукупність частот, що поглинаються цією речовиною. Речовина поглинає ті лінії спектру, які і випромінює, будучи джерелом світла. Спектри поглинання отримують, пропускаючи світло від джерела, що дає суцільний спектр, через речовину, атоми якого знаходяться в незбудженому стані. джерела з'являться чорні лінії. Газ поглинає найбільш інтенсивно світло тих довжин хвиль, які він випромінює в сильно нагрітому стані. Темні лінії на тлі безперервного спектру – це лінії поглинання, що утворюють разом спектр поглинання.

Приклади спектрів поглинання Фраунгофер Йозеф (1787–1826) – німецький фізик. Удосконалив виготовлення лінз, дифракційних ґрат. Детально описав (1814) лінії поглинання у спектрі Сонця, названі його ім'ям. Винайшов геліометр-рефрактор. Фраунгофер справедливо вважають батьком астрофізики за його роботи в астроскопії. Лінії Фраунгофера

Лінії поглинання у спектрі зірок

Спектральний аналіз Спектральний аналіз – метод визначення хімічного складу речовини за його спектром. У 1854 році Г.Р.Кірхгоф і Р.В.Бунзен почали вивчати спектри полум'я, забарвленого парами металевих солей, і в результаті ними було закладено основи спектрального аналізу, першого з інструментальних спектральних методів - одних із найпотужніших методів експериментальної науки.

Спектральний аналіз остаточно розробили 1859 року. Фактично, спектральний аналіз відкрив нову епоху в розвитку науки - дослідження спектрів як наборів значень, що спостерігаються, функції стану об'єкта або системи виявилося надзвичайно плідним і, зрештою, призвело до появи квантової механіки: Планк прийшов до ідеї кванта в процесі роботи над теорією спектра абсолютно чорного тіла.

За допомогою спектрального аналізу можна виявити даний елемент у складі складної речовини навіть його маса не перевищує 10 -10 кг. В даний час визначено спектри всіх атомів та складено таблиці спектрів. За допомогою спектрального аналізу було відкрито багато нових елементів: рубідій, цезій та ін. Саме за допомогою спектрального аналізу дізналися хімічний склад Сонця та зірок. Завдяки порівняльній простоті та універсальності спектральний аналіз є основним методом контролю складу речовини у металургії, машинобудуванні, атомній індустрії. За допомогою спектрального аналізу визначають хімічний склад руд та мінералів. Склад складних, головним чином органічних сумішей аналізується за їх молекулярними спектрами. Спектральний аналіз можна проводити не лише за спектрами випромінювання, а й за спектрами поглинання. Саме лінії поглинання у спектрі Сонця та зірок дозволяють досліджувати хімічний склад цих небесних тіл.

Спектральні апарати Для точного дослідження спектрів використовують спектральні апарати. Найчастіше основною частиною спектрального апарату є призма чи дифракційна решітка. Для отримання спектра випромінювання видимого діапазону використовується прилад, який називається спектроскопом, в якому детектором випромінювання служить людське око. Спектроскоп Спектрограф

Спектроскоп Кірхгофа-Бунзена

У сімнадцятому столітті, що означає сукупність всіх значень будь-якої фізичної величини. Енергії, маси, оптичного випромінювання. Саме останнє найчастіше мається на увазі, коли ми говоримо про спектр світла. Саме діапазон світла є сукупність смуг оптичного випромінювання різної частоти, частина з яких ми можемо бачити повсякденно в навколишньому світі, частина ж їх недоступна для неозброєного ока. Залежно від можливості сприйняття людським оком спектр світла поділяють на видиму частину і невидиму. Останню, у свою чергу, - на інфрачервоне та ультрафіолетове світло.

Види спектрів

Існують також різні види спектрів. Таких виділяють три залежно від спектральної щільності інтенсивності випромінювання. Спектри можуть бути безперервні, лінійчасті та смугасті. Види спектрів визначають за допомогою

Безперервний спектр

Безперервний спектр утворюється нагрітими до високої температури твердими тілами чи газами високої густини. Всім відома веселка семи кольорів є прямим прикладом безперервного спектру.

Лінійчастий спектр

Також представляє види спектрів і походить від будь-якої речовини, що знаходиться в газоподібному атомарному стані. Тут важливо зазначити, що саме в атомарному, а чи не молекулярному. Такий спектр забезпечує вкрай низьку взаємодію атомів один з одним. Оскільки взаємодії немає, атоми випромінюють хвилі перманентно однакової довжини. Прикладом такого спектру є свічення газів, нагрітих до високої температури.

Смугастий спектр

Смугастий спектр візуально є окремими смугами, чітко розмежовані досить темними проміжками. При цьому кожна з цих смуг не є випромінюванням певної частоти, а складається з великої кількості близько розташованих один до одного світлових ліній. Приклад таких спектрів, як і у випадку з лінійчастим, є світіння парів при високій температурі. Однак вони створюються вже не атомами, а молекулами, що мають вкрай тісний загальний зв'язок, що і обумовлює подібне світіння.

Спектр поглинання

Однак на цьому види спектрів таки не закінчуються. Додатково виділяють такий вид, як спектр поглинання. p align="justify"> При спектральному аналізі спектр поглинання - це темні лінії на тлі безперервного спектру і, по суті, спектр поглинання - це вираз залежності від показника поглинання речовини, який може бути більш-менш високим.

Хоча є широкий діапазон експериментальних підходів до вимірювання спектрів поглинання. Найбільш поширеним є експеримент, коли пучок випромінювання, що генерується, пропускається через охолоджений (для відсутності взаємодії частинок і, отже, світіння) газ, після чого визначається інтенсивність випромінювання, що проходить через нього. Передана енергія цілком може бути використана для обчислення поглинання.

Спектру фізиці – розподіл значень фізичної величини (зазвичай енергії, частоти чи маси). Графічне уявлення такого розподілу називається спектральною діаграмою. Зазвичай під спектром мається на увазі електромагнітний спектр - спектр частот (або, що те саме, енергій квантів) електромагнітного випромінювання.

У науковий ужиток термін спектр ввів Ньютон у 1671-1672 роках для позначення багатобарвної смуги, схожої на веселку, яка виходить при проходженні сонячного променя через трикутну скляну призму

Безперервні (або суцільні) спектрияк показує

досвід, дають тіла, що знаходяться у твердому або рідкому

стані, а також сильно стислі гази. Для отримання

безперервного спектру потрібно нагріти тіло до високої температури.

Характер безперервного спектру та сам факт його існування

визначаються як властивостями окремих випромінюючих

атомів, але й сильно залежить від взаємодії

атомів один з одним.

Безперервний спектр дає також високотемпературна

плазма. Електромагнітні хвилі випромінюються плазмою в

здебільшого при зіткненні електронів з іонами.

Лінійчасті спектри.Внесемо в бліде полум'я газове

пальника шматочок азбесту, змоченого розчином

звичайної кухонної солі.

При спостереженні полум'я в спектроскоп на тлі ледве

помітного безперервного діапазону полум'я спалахне

яскраві жовті лінії. Цю жовту лінію дають пари натрію,

які утворюються при розщепленні молекул кухонної

солі в полум'ї. Кожен з них – це частокіл кольорових

ліній різної яскравості, розділених широкими темними

смугами. Такі спектри називаються лінійчастими. Наявність

лінійного спектру означає, що речовина випромінює світло тільки

цілком визначених довжин хвиль (точніше, у певних дуже

вузьких спектральних інтервалах). Кожна лінія має кінцеву

ширину. Лінійчасті спектри дають усі речовини в газоподібному.

атомарному (але не молекулярному) стані. У цьому випадку світло

випромінюють атоми, які практично не взаємодіють один

з другом. Це найбільш фундаментальний, основний тип спектрів.

Ізольовані атоми випромінюють строго певні довжини хвиль.

Зазвичай для спостереження лінійних спектрів використовують

свічення парів речовини в полум'ї або свічення газового

розряду в трубці, наповненій газом, що досліджується.

При збільшенні густини атомарного газу окремі

спектральні лінії розширюються, і, нарешті, при дуже

великому стисканні газу, коли взаємодія атомів стає

суттєвим, ці лінії перекривають одна одну, утворюючи

безперервний спектр.

Головна властивість лінійних спектрів полягає в тому, що

довжини хвиль (або частоти) лінійного спектру будь-якого

речовини залежать тільки від властивостей атомів цієї речовини,

але зовсім не залежать від способу збудження свічення

Смугасті спектри. Смугастий спектр складається з окремих

смуг, розділених темними проміжками. За допомогою дуже

хорошого спектрального апарату можна виявити, що кожна

смуга являє собою сукупність великого числа дуже

тісно розташованих ліній. На відміну від лінійних спектрів