การนำเสนอทางฟิสิกส์ในหัวข้อ "สเปกตรัม ประเภทของสเปกตรัม

องค์ประกอบสเปกตรัมของการแผ่รังสีจากอะตอมของสสารต่างๆมีความหลากหลายมาก อย่างไรก็ตาม สเปกตรัมทั้งหมดสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทที่แตกต่างกันมาก

สเปกตรัมต่อเนื่อง (ทึบ)สเปกตรัมรังสีต่อเนื่อง (รูปที่ 4.12.1) ประกอบด้วยคลื่นทุกความยาว ไม่มีการแตกของสเปกตรัมและบนหน้าจอสเปกโตรกราฟคุณสามารถเห็นแถบหลายสีต่อเนื่องกันโดยมีการเปลี่ยนสีจากสีหนึ่งไปอีกสีหนึ่งอย่างราบรื่น

สเปกตรัมต่อเนื่อง (หรือต่อเนื่อง) จะได้รับจากวัตถุที่อยู่ในสถานะของแข็งหรือของเหลว เช่นเดียวกับก๊าซที่มีการบีบอัดสูง ร่างกายจะต้องได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้สเปกตรัมต่อเนื่อง ธรรมชาติของสเปกตรัมต่อเนื่องและความเป็นจริงของการดำรงอยู่ของมันนั้นไม่เพียงถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของอะตอมที่ปล่อยออกมาแต่ละตัวเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของอะตอมซึ่งกันและกันอีกด้วย สเปกตรัมต่อเนื่องยังสร้างจากพลาสมาอุณหภูมิสูงอีกด้วย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาจากพลาสมาโดยส่วนใหญ่เมื่ออิเล็กตรอนชนกับไอออน

สเปกตรัมเส้นสเปกตรัมการปล่อยเส้น (รูปที่ 4.12.2,3,4) คือชุดของเส้นสีที่มีความสว่างต่างกัน คั่นด้วยแถบสีเข้มกว้าง การมีอยู่ของสเปกตรัมเส้นหมายความว่าสสารจะปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นบางช่วงเท่านั้น (แม่นยำยิ่งขึ้นในช่วงสเปกตรัมที่แคบมากบางช่วง) แต่ละบรรทัดมีความกว้างจำกัด สเปกตรัมเส้นทำให้สารทั้งหมดในสถานะอะตอมเป็นก๊าซ (แต่ไม่ใช่โมเลกุล) อะตอมที่แยกได้ขององค์ประกอบทางเคมีจะปล่อยความยาวคลื่นตามที่กำหนดอย่างเคร่งครัดขององค์ประกอบทางเคมีนี้ ธรรมชาติของสเปกตรัมเส้นอธิบายได้จากข้อเท็จจริงที่ว่าอะตอมของสสารชนิดใดชนิดหนึ่งมีเพียงสถานะคงที่ซึ่งมีลักษณะเฉพาะของมันด้วยชุดระดับพลังงานของตัวมันเอง

โดยทั่วไป ในการสังเกตสเปกตรัมเส้น จะใช้การเรืองแสงของไอของสารในเปลวไฟ หรือการเรืองแสงของก๊าซที่ปล่อยออกมาในท่อที่เต็มไปด้วยก๊าซที่กำลังศึกษาอยู่ เมื่อความหนาแน่นของก๊าซอะตอมเพิ่มขึ้น เส้นสเปกตรัมแต่ละเส้นจะขยายออก และที่ความหนาแน่นของก๊าซสูงมาก เมื่ออันตรกิริยาของอะตอมมีนัยสำคัญ เส้นเหล่านี้จะทับซ้อนกันจนเกิดเป็นสเปกตรัมต่อเนื่องกัน

สเปกตรัมลายสเปกตรัมการแผ่รังสีแบบแถบสีประกอบด้วยแถบแต่ละแถบที่แยกจากกันด้วยช่องว่างมืด (รูปที่ 4.13 : ก, ข- ด้วยความช่วยเหลือของเครื่องมือสเปกตรัมที่ดีมาก จึงสามารถค้นพบได้ว่าแต่ละแบนด์เป็นกลุ่มของเส้นตรงจำนวนมากที่มีระยะห่างกันมาก สเปกตรัมแบบสไทรพ์นั้นต่างจากสเปกตรัมเส้นตรงที่ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยอะตอม แต่เกิดจากโมเลกุลที่ไม่ได้ถูกผูกมัดหรือถูกผูกมัดอย่างอ่อนต่อกัน

สเปกตรัมการดูดกลืนแสงหากคุณส่งแสงสีขาวผ่านก๊าซเย็นและไม่เปล่งแสง เส้นการดูดกลืนแสงสีเข้มจะปรากฏขึ้นบนพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องของแหล่งกำเนิด (รูปที่ 4.14) ก๊าซดูดซับแสงได้อย่างเข้มข้นที่สุดในช่วงความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาเมื่อถูกความร้อนสูง เส้นสีเข้มตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องคือเส้นการดูดกลืนแสงที่รวมกันเป็นสเปกตรัมการดูดกลืนแสง สเปกตรัมการดูดกลืนแสงอาจเป็นแบบต่อเนื่อง เป็นเส้นหรือเป็นแถบก็ได้

อะตอมที่ดูดซับแสงผ่านจากสถานะพื้นไปสู่สถานะที่ตื่นเต้น และควอนตัมพลังงานที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดซึ่งสอดคล้องกับก๊าซที่กำหนดนั้นเหมาะสำหรับการกระตุ้นอะตอม ดังนั้นก๊าซจะดูดซับควอนตัมแสงที่สามารถปล่อยออกมาจากสเปกตรัมต่อเนื่องได้

รูปที่ 4.12 และ 4.14 เปรียบเทียบสเปกตรัมการปล่อยและการดูดซับของไอระเหยที่ทำให้บริสุทธิ์ของโซเดียม ไฮโดรเจน และฮีเลียม จากการศึกษาสเปกตรัมการแผ่รังสีและการดูดซับของอะตอม ย้อนกลับไปในศตวรรษที่ 19 นักฟิสิกส์ได้ข้อสรุปว่าอะตอมไม่ใช่อนุภาคที่แบ่งแยกไม่ได้ แต่มีโครงสร้างภายในที่ซับซ้อนบางอย่าง

การใช้สเปกตรัมเส้นเป็นพื้นฐาน การวิเคราะห์สเปกตรัม - วิธีการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของสารโดยใช้สเปกตรัม เส้นแต่ละเส้นในสเปกตรัมขององค์ประกอบที่แตกต่างกันอาจตรงกัน แต่โดยทั่วไปแล้ว สเปกตรัมของแต่ละองค์ประกอบจะเป็นลักษณะเฉพาะของแต่ละรายการ การวิเคราะห์สเปกตรัมมีบทบาทสำคัญในด้านวิทยาศาสตร์ ตัวอย่างเช่น ในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ (พ.ศ. 2357) มีการค้นพบเส้นมืดฟรอนโฮเฟอร์ ซึ่งมีการอธิบายที่มาดังนี้ ดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นลูกบอลก๊าซร้อน (T ~ 6,000 °C) ปล่อยสเปกตรัมต่อเนื่องกัน

รังสีดวงอาทิตย์ผ่านชั้นบรรยากาศสุริยะ (โคโรนาสุริยะซึ่งมีอุณหภูมิประมาณ ~ 2,000-3,000 °C โคโรนาดูดซับรังสีที่ความถี่หนึ่งจากสเปกตรัมต่อเนื่อง และสเปกตรัมการดูดกลืนแสงแสงอาทิตย์จะถูกบันทึกไว้บนโลก (รูปที่ 4.14.5) ซึ่งเป็นไปได้ที่จะระบุองค์ประกอบทางเคมีที่มีอยู่ในโคโรนาของดวงอาทิตย์ จากสเปกตรัมการดูดกลืนแสง องค์ประกอบบนโลกทั้งหมดถูกค้นพบบนดวงอาทิตย์ เช่นเดียวกับองค์ประกอบที่ไม่รู้จักก่อนหน้านี้ซึ่งเรียกว่าฮีเลียมหลังจากผ่านไป 26 ปี (พ.ศ. 2437) มีการค้นพบฮีเลียมบนโลก ด้วยการวิเคราะห์สเปกตรัม ทำให้มีการค้นพบองค์ประกอบทางเคมีอีก 25 ชนิดบนโลก

นอกจากนี้ การวิเคราะห์สเปกตรัมของดวงอาทิตย์และดวงดาวแสดงให้เห็นว่าองค์ประกอบทางเคมีที่รวมอยู่ในองค์ประกอบนั้นมีปรากฏบนโลกเช่นกัน กล่าวคือ เรื่องของจักรวาลประกอบด้วยองค์ประกอบชุดเดียวกัน เนื่องจากมีความเรียบง่ายและมีความสามารถรอบด้านในการเปรียบเทียบ การวิเคราะห์สเปกตรัมจึงเป็นวิธีการหลักในการตรวจสอบองค์ประกอบของสารในสาขาโลหะวิทยาและวิศวกรรมเครื่องกล เมื่อใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม องค์ประกอบทางเคมีของแร่และแร่ธาตุจะถูกกำหนดจากสเปกตรัมการปล่อยและการดูดกลืนแสง วิเคราะห์องค์ประกอบของสารผสมที่ซับซ้อนโดยใช้สเปกตรัมโมเลกุล ภายใต้เงื่อนไขบางประการ วิธีการวิเคราะห์สเปกตรัมไม่เพียงแต่สามารถระบุองค์ประกอบทางเคมีของส่วนประกอบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเนื้อหาเชิงปริมาณด้วย

บทความนี้พูดถึงคำจำกัดความและประเภทของสเปกตรัม เน้นขอบเขตการใช้งานสเปกโทรสโกปี และยังอธิบายการศึกษาสสารของแข็งที่ไม่คุ้นเคยและประเภทของสเปกตรัมที่ใช้สำหรับสิ่งนี้

สเปกตรัมคืออะไร?

โดยทั่วไป ในรูปแบบนี้ คำถามนี้กระตุ้นให้ผู้อ่านจดจำบทเรียนฟิสิกส์และสูตรที่ไม่สิ้นสุด อย่างไรก็ตาม แนวคิดนี้ครอบคลุมความหลากหลายที่กว้างกว่ามากและไปไกลกว่าหลักสูตรของโรงเรียน ดังนั้นสเปกตรัมคือการแจกแจงค่าของปริมาณที่แน่นอน (บางครั้งก็เป็นแนวคิด) แน่นอนว่าตามขนาด พวกมันมักจะหมายถึงมวล พลังงาน และความยาวคลื่นจำเพาะ แต่ยังมีการกระจายที่แตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง ตัวอย่างเช่น ผู้หญิงสามารถปรุงอาหารได้สองจาน - นี่คือขอบเขตการทำอาหารของเธอ หรือผู้ชายสามารถดื่มกาแฟ ผลไม้แช่อิ่ม ชาได้ แต่ไม่รับเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ ซึ่งหมายความว่าเครื่องดื่มของเขามีจำกัด นั่นคือมีสเปกตรัมหลายประเภทที่ไม่เกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์โดยสิ้นเชิง ฟิสิกส์ไม่ได้มีบทบาทใดๆ ในตัวอย่างข้างต้น

สเกลแม่เหล็กไฟฟ้า

อย่างไรก็ตาม คนส่วนใหญ่มักได้ยินแนวคิดนี้เมื่อพูดถึงวิทยาศาสตร์ (โดยเฉพาะเกี่ยวกับมาตราส่วนแม่เหล็กไฟฟ้า) คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามาจากไหน? กลไกการเกิดขึ้นของมันยังคงเป็นปริศนา โดยทั่วไปแล้ว ภูมิภาคนี้ไม่ใช่ของอนุภาค แต่เป็นของทุ่งนานั้นลึกลับมาก อย่างไรก็ตาม เป็นที่ทราบกันว่าสนามแม่เหล็กไฟฟ้า (และคลื่น) เกิดขึ้นเมื่อประจุเคลื่อนที่ในอวกาศ และขึ้นอยู่กับว่ามันคืออะไรและเคลื่อนที่อย่างไร รังสีประเภทต่างๆ จะปรากฏในระดับแม่เหล็กไฟฟ้า สเปกตรัมในกรณีนี้จะพิจารณาขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น ขอให้เราระลึกว่าคำนี้หมายถึงระยะห่างขั้นต่ำระหว่างเฟสที่เท่ากันของการรบกวนข้างเคียง (พูดง่ายๆ คือระหว่างจุดสูงสุดหรือต่ำสุดที่ต่อเนื่องกัน) คลื่นวิทยุมีความยาวคลื่นยาวที่สุด รังสีแกมมามีความยาวคลื่นสั้นที่สุด สิ่งที่ตามนุษย์มองเห็นเป็นเพียงส่วนเล็กๆ ของช่วงทั้งหมดและตั้งอยู่ใกล้กับจุดเริ่มต้นของมาตราส่วนมากขึ้น ดังนั้นประเภทของสเปกตรัมจึงแตกต่างกันไปตามความยาวคลื่นหรือความถี่เป็นหลัก

สเปกโทรสโกปี

ส่วนการศึกษาของบทความนี้ได้อธิบายแนวคิดพื้นฐานบางประการ อย่างไรก็ตาม สิ่งที่สำคัญที่สุดในการวิจัยก็คือความเกี่ยวข้องของมัน

กล่าวอีกนัยหนึ่ง - ขอบเขต ในส่วนนี้สเปกตรัมทุกประเภทเป็นผู้นำ พวกมันถูกใช้ทุกที่ ตั้งแต่นิติเวชไปจนถึงการสร้างสสารใหม่ จากชีววิทยาไปจนถึงอวกาศระหว่างดวงดาว วิทยาศาสตร์ที่เน้นแนวคิดทางกายภาพนี้ตามที่ผู้อ่านคงทราบแล้วเรียกว่าสเปกโทรสโกปี ในขณะนี้ ประเภทของสเปกตรัม (การวิเคราะห์สเปกตรัม ตามลำดับ) มีความโดดเด่นตามเกณฑ์หลายประการ

ประเภทของสเปกตรัม

ตามที่ระบุไว้ เกณฑ์แรกคือความยาวคลื่น ให้เราระลึกว่าความถี่ของคลื่นนั้นแปรผกผันกับความยาวของคลื่น - แนวคิดเหล่านี้มีความสัมพันธ์กันอย่างต่อเนื่อง ตามภูมิภาคในระดับแม่เหล็กไฟฟ้า มีสเปกตรัมประเภทวิทยุ อัลตราไวโอเลต มองเห็นได้ อินฟราเรด และรังสีเอกซ์ เกณฑ์ที่สองคือเรขาคณิตของการทดสอบ การถ่ายภาพสะท้อนและการส่งผ่านอาจแตกต่างกันโดยพื้นฐาน

การวิเคราะห์ความแตกต่างสามารถเปิดเผยได้มากมายเกี่ยวกับสารที่กำลังศึกษา ตัวอย่างเช่น การสรุปเกี่ยวกับองค์ประกอบและความหนาแน่นของวงแหวนดาวเสาร์เกิดขึ้นในลักษณะนี้

เส้นและลายทาง

เรื่องตลกเกี่ยวกับม้าทรงกลมในสุญญากาศเป็นเพียงเรื่องตลกครึ่งเดียวเท่านั้น ห้าสิบเปอร์เซ็นต์ (หรือส่วนใหญ่) ของแนวคิดทางกายภาพในธรรมชาติไม่มีอยู่ในรูปแบบที่บริสุทธิ์ ดังนั้นเกณฑ์ต่อไปนี้ซึ่งแยกประเภทของสเปกตรัมจึงมีเงื่อนไข อะตอม (หรือโมเลกุล) ในอุดมคติของสารในสุญญากาศสัมบูรณ์จะให้การกระจายตัวของสัญญาณแม่เหล็กไฟฟ้าที่ประกอบด้วยเส้นบางๆ เงื่อนไขเหล่านี้เป็นไปไม่ได้ที่จะปฏิบัติตาม แต่กระนั้นก็ตาม แถบแคบมากที่มีส่วนประกอบแต่ละส่วนแยกไม่ออกภายในนั้น มักจะถูกพิจารณาว่าเป็นสเปกตรัมแบบเส้น ตามกฎแล้วมันคือชุดของคอลัมน์ที่มีความสูงต่างกัน (ซึ่งบ่งบอกถึงความเข้ม) ที่ความยาวคลื่นที่สอดคล้องกัน อย่างไรก็ตาม มีสเปกตรัมประเภทอื่นที่เรียกว่าสเปกตรัมแถบสี โดยแต่ละเส้นมีขอบที่กว้างและพร่ามัว

ท้องฟ้า

คำถามที่ว่าทำไมท้องฟ้าถึงเป็นสีฟ้าจึงถูกถามโดยเด็กอายุสี่ขวบที่หงุดหงิดทุกคน คำตอบนั้นทั้งง่ายและซับซ้อนในเวลาเดียวกัน มันมีสีนี้เนื่องจากการแกว่งระดับไมโคร (เรียกว่าความผันผวน) ของชั้นบรรยากาศของโลกกระเจิงเฉพาะบริเวณความยาวคลื่นที่สอดคล้องกันจากสเปกตรัมแสงอาทิตย์ทั้งหมด ทุกสิ่งทุกอย่างถูกดูดซับ (ในระดับที่มากกว่า) หรือสะท้อนกลับ

นี่เป็นอีกเกณฑ์หนึ่ง นั่นคือสเปกตรัมการดูดกลืน การแผ่รังสี และการกระเจิง การศึกษาแต่ละครั้งให้ผลลัพธ์ของตัวเอง แต่ข้อมูลหลักเกี่ยวกับสสารนั้นขึ้นอยู่กับสเปกตรัมการปล่อยก๊าซประเภทต่างๆ พวกเขาให้คำตอบที่ชัดเจนว่ามีอะไรบ้างและมีปริมาณเท่าใดในสารที่กำลังศึกษา อีกสองมุมมองจะแสดงความซับซ้อนของโครงสร้างและวิธีที่แต่ละส่วนมีปฏิสัมพันธ์กัน

หินพระจันทร์

เราจะแสดงให้เห็นว่าอะไรและสเปกตรัมใดที่รับผิดชอบโดยใช้ตัวอย่างของก้อนหินปูถนนที่ส่งมาจากดวงจันทร์ หากคุณทำให้หินเรืองแสงผ่านการปรุงแต่งต่างๆ สเปกตรัมที่ได้จะแสดงอย่างชัดเจนว่าองค์ประกอบทางเคมีใดของระบบธาตุที่มีอยู่ ขั้นตอนอื่นๆ สามารถแยกความเข้มข้นขององค์ประกอบที่ตรวจพบได้จากสเปกตรัมเดียวกันนี้ อย่างไรก็ตาม วัตถุที่เป็นของแข็งและคุณสมบัติของมันนั้นไม่เพียงแต่พิจารณาจากสิ่งที่ประกอบด้วยเท่านั้น แต่ยังพิจารณาจากตำแหน่งของชิ้นส่วนพื้นฐานแต่ละชิ้นที่สัมพันธ์กันด้วย ตัวอย่างคลาสสิกคือกราไฟท์และเพชร ในทั้งสองกรณีจะเป็นคาร์บอนดั้งเดิม แต่อะตอมมีการเชื่อมต่อกันในรูปแบบที่แตกต่างกัน และเราได้วัสดุธรรมชาติที่อ่อนมากและแข็งที่สุด ทำไมที่รัก? เพราะมันเป็นพื้นฐานของชีวิตด้วย อย่างไรก็ตาม นอกเหนือจากรูปแบบที่กล่าวถึงแล้ว ยังมีฟูลเลอรีน ท่อนาโน และกราฟีนที่เพิ่งค้นพบ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ได้รับรางวัลโนเบล จริงอยู่ที่ในกรณีหลังนี้ควรค่าแก่การกล่าวถึงว่าสารนั้นเป็นสองมิติซึ่งเปลี่ยนความคิดทั้งหมดของสารชั้นบาง ๆ อย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นการกระเจิงสเปกโทรสโกปีจะบอกเกี่ยวกับโครงสร้างของสสารที่เป็นของแข็งและแร่ธาตุที่เป็นส่วนประกอบ ตัวอย่างเช่น เส้นรามัน (หากตีความอย่างถูกต้อง) จนถึงเซลล์หลายหน่วยจะเป็นตัวกำหนดโครงสร้างของคริสตัล แต่การวิเคราะห์ขอบการดูดกลืนแสงหรือรายละเอียด: มุมเอียงการมีอยู่ของความผิดปกติในรูปแบบของการเบี่ยงเบนจากรูปร่างเชิงเส้นช่วยในการค้นหาระดับความกลมกลืนของโครงสร้างนี้นั่นคือเพื่อแสดงให้เห็นว่าผลึกใดใน หินจากดวงจันทร์ใสหรือสสารเกือบไม่มีรูปร่าง?

ผู้เชี่ยวชาญใช้ข้อมูลเหล่านี้ในการคำนวณที่มาของสสารของหิน รวมถึงการเปลี่ยนแปลงของหินที่ประกอบกันเป็นส่วนประกอบ

โลกดิจิทัล

ความทันสมัยเป็นสิ่งที่คิดไม่ถึงหากไม่มีเทคโนโลยีดิจิทัล และที่สำคัญที่สุด ไม่ใช่ความเร็วของโปรเซสเซอร์หรือจำนวน RAM กิกะไบต์ แต่เป็นการเข้ารหัสสัญญาณ แน่นอนว่านี่เป็นสิ่งสำคัญเป็นหลักในด้านที่จำเป็นต้องมีการรักษาความลับ ในด้านการธนาคาร การสื่อสารส่วนบุคคลผ่านทางอินเทอร์เน็ต แต่แม้แต่การบันทึกภาพยนตร์ลงดิสก์แบบธรรมดาก็ยังเป็นการเข้ารหัส ท้ายที่สุดแล้วเลเซอร์ไม่ได้เผาไหม้ผ่านรูปภาพ แต่ผ่านเลขศูนย์และวัตถุ ผู้ที่ทำงานในด้านการสร้างและประมวลผลภาพถ่ายจะรู้ว่ารูปภาพ "มีน้ำหนัก" มากเพียงใดในรูปแบบ Raw ดั้งเดิม สำหรับผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัดมาเปิดเผยความลับ: มากมาย เพราะแต่ละพิกเซลจะมีเฉดสีและแสงสว่างของตัวเอง แต่ jpeg, tiff หรือแม้แต่ bmp ตามปกติจะใช้พื้นที่บนสื่อบันทึกข้อมูลน้อยกว่ามาก ในขณะที่คุณภาพที่มองเห็นได้ก็ไม่ได้แย่ลงไปกว่านี้

แล้วความลับคืออะไร? คำตอบคือประเภทของสเปกตรัมสัญญาณและตัวเลือกสำหรับการบีบอัด ฟูริเยร์พิสูจน์ให้เห็นว่าสัญญาณใดๆ สามารถแบ่งออกเป็นฟังก์ชันต่างๆ ได้มากมายและมีความแม่นยำสูงเพียงพอ ดังนั้น แต่ละพิกเซลของรูปแบบการถ่ายภาพทั่วไปจึงไม่สะท้อนสีที่จับได้โดยตรง แต่เป็นสเปกตรัมของสัญญาณ รูปแบบวิดีโอบางรูปแบบไม่ใช้ฟูริเยร์ แต่เป็นการแปลงเวฟเล็ตเพื่อถอดรหัสส่วนเล็กๆ ของค่าและศูนย์ให้เป็นภาพที่ต้องการ ดังนั้นโดยการสูญเสียส่วนเล็ก ๆ ของภาพ (น้อยกว่าหนึ่งเปอร์เซ็นต์) คุณสามารถลดปริมาณพื้นที่บนดิสก์หรือแฟลชการ์ดได้อย่างมากบางครั้งร้อยครั้ง

สูตรเลนส์บาง

สูตรเลนส์บางเกี่ยวข้องกับ d (ระยะห่างจากวัตถุถึงศูนย์กลางการมองเห็นของเลนส์), f (ระยะห่างจากศูนย์กลางการมองเห็นไปยังภาพ) กับทางยาวโฟกัส F (รูปที่ 101)

สามเหลี่ยม ABO คล้ายกับสามเหลี่ยม OB 1 A 1 จากความคล้ายคลึงกันจึงตามมาว่า

สามเหลี่ยม OCF คล้ายกับสามเหลี่ยม FB 1 A 1 . จากความคล้ายคลึงกันจึงตามมาว่า

นี่คือสูตรเลนส์บาง

ระยะทาง F, d และ f จากเลนส์ถึงจุดจริงนั้นถ่ายด้วยเครื่องหมายบวก ระยะทางจากเลนส์ถึงจุดจินตภาพ - ด้วยเครื่องหมายลบ

อัตราส่วนของขนาดภาพ H ต่อขนาดเชิงเส้นของวัตถุ h เรียกว่ากำลังขยายเชิงเส้นของเลนส์ G

องค์ประกอบสเปกตรัมของรังสีจากสสารมีความหลากหลายมาก แต่อย่างไรก็ตาม สเปกตรัมทั้งหมดตามประสบการณ์แสดงให้เห็น สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทได้

สเปกตรัมต่อเนื่องสเปกตรัมแสงอาทิตย์หรือสเปกตรัมแสงอาร์กมีความต่อเนื่อง ซึ่งหมายความว่าสเปกตรัมประกอบด้วยคลื่นทุกความยาวคลื่น ไม่มีการแตกของสเปกตรัม และบนหน้าจอสเปกโตรกราฟ คุณจะเห็นแถบหลายสีต่อเนื่องกัน (ดูรูปที่ V, 1 บนส่วนแทรกสี)

การกระจายพลังงานเหนือความถี่ เช่น ความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสี จะแตกต่างกันไปตามวัตถุต่างๆ ตัวอย่างเช่นวัตถุที่มีพื้นผิวสีดำมากจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาทุกความถี่ แต่เส้นโค้งของการพึ่งพาความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีต่อความถี่จะมีค่าสูงสุดที่ความถี่ Vmax ที่แน่นอน (รูปที่ 10.3) พลังงานการแผ่รังสีที่ความถี่ต่ำมาก (V -> 0) และสูงมาก (v -> v) นั้นน้อยมาก เมื่ออุณหภูมิของร่างกายเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของรังสีสเปกตรัมสูงสุดจะเปลี่ยนไปเป็นคลื่นที่สั้นลง

สเปกตรัมต่อเนื่อง (หรือทึบ)ตามที่ประสบการณ์แสดงให้เห็น ให้วัตถุที่อยู่ในสถานะของแข็งหรือของเหลว รวมถึงก๊าซที่ถูกบีบอัดสูง ร่างกายจะต้องได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้สเปกตรัมต่อเนื่อง

ธรรมชาติของสเปกตรัมต่อเนื่องและความจริงของการดำรงอยู่ของมันไม่เพียงถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของอะตอมที่เปล่งออกมาแต่ละตัวเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของอะตอมซึ่งกันและกันอย่างมากอีกด้วย

สเปกตรัมต่อเนื่องยังสร้างจากพลาสมาอุณหภูมิสูงอีกด้วย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาจากพลาสมาโดยส่วนใหญ่เมื่ออิเล็กตรอนชนกับไอออน

สเปกตรัมเส้นเติมแร่ใยหินชิ้นหนึ่งที่ชุบสารละลายเกลือแกงธรรมดาลงในเปลวไฟสีซีดของเตาแก๊ส เมื่อสังเกตเปลวไฟผ่านสเปกโตรสโคป เราจะเห็นว่าเส้นสีเหลืองสดใสกะพริบตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องของเปลวไฟที่แทบมองไม่เห็น (ดูรูปที่ V, 2 บนส่วนแทรกสี)

เส้นสีเหลืองนี้เกิดจากไอโซเดียม ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลของเกลือแกงถูกทำลายลงในเปลวไฟ สีที่ใส่เข้าไปยังแสดงสเปกตรัมของไฮโดรเจนและฮีเลียมอีกด้วย สเปกตรัมแต่ละอันเป็นรั้วเหล็กที่มีเส้นสีซึ่งมีความสว่างต่างกัน คั่นด้วยแถบสีเข้มกว้าง สเปกตรัมดังกล่าวเรียกว่าสเปกตรัมเส้น การมีอยู่ของสเปกตรัมแบบเส้นหมายความว่าสสารจะปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นบางช่วงเท่านั้น (แม่นยำยิ่งขึ้นในช่วงสเปกตรัมที่แคบมากบางช่วง) รูปที่ 10.4 แสดงการกระจายโดยประมาณของความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีในสเปกตรัมแบบเส้น แต่ละบรรทัดมีความกว้างจำกัด

สเปกตรัมเส้นทำให้สารทั้งหมดในสถานะอะตอมเป็นก๊าซ (แต่ไม่ใช่โมเลกุล) ในกรณีนี้ แสงจะถูกปล่อยออกมาจากอะตอมซึ่งในทางปฏิบัติแล้วไม่มีปฏิสัมพันธ์กัน นี่เป็นสเปกตรัมประเภทพื้นฐานที่สุด

อะตอมที่แยกออกมาจะปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด

โดยทั่วไป ในการสังเกตสเปกตรัมเส้น จะใช้การเรืองแสงของไอของสารในเปลวไฟ หรือการเรืองแสงของก๊าซที่ปล่อยออกมาในท่อที่เต็มไปด้วยก๊าซที่กำลังศึกษาอยู่

เมื่อความหนาแน่นของก๊าซอะตอมเพิ่มขึ้น เส้นสเปกตรัมแต่ละเส้นจะขยายตัว และสุดท้ายเมื่อมีการบีบอัดก๊าซที่สูงมาก เมื่ออันตรกิริยาของอะตอมมีนัยสำคัญ เส้นเหล่านี้จะทับซ้อนกันจนเกิดเป็นสเปกตรัมต่อเนื่องกัน

สเปกตรัมลายสเปกตรัมแถบสีประกอบด้วยแถบแต่ละแถบที่คั่นด้วยช่องว่างมืด ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์สเปกตรัมที่ดีมาก เราสามารถค้นพบได้ว่าแต่ละแบนด์เป็นกลุ่มของเส้นตรงจำนวนมากที่มีระยะห่างกันมาก สเปกตรัมแบบแถบไม่เหมือนกับสเปกตรัมเส้นตรงที่ไม่ได้เกิดจากอะตอม แต่เกิดจากโมเลกุลที่ไม่ได้ถูกผูกมัดหรือถูกผูกมัดอย่างอ่อนต่อกัน

ในการสังเกตสเปกตรัมโมเลกุล เช่นเดียวกับการสังเกตสเปกตรัมเส้น ให้ใช้การเรืองแสงของไอของสารในเปลวไฟหรือการเรืองแสงของก๊าซที่ปล่อยออกมา

สเปกตรัมการดูดกลืนแสงสสารทั้งหมดที่อะตอมอยู่ในสถานะตื่นเต้นจะปล่อยคลื่นแสงออกมา พลังงานของคลื่นเหล่านี้ถูกกระจายไปในลักษณะใดลักษณะหนึ่งตามความยาวคลื่น การดูดกลืนแสงจากสสารยังขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นด้วย ดังนั้นกระจกสีแดงจึงส่งคลื่นที่สอดคล้องกับแสงสีแดง (8 10 -5 ซม.) และดูดซับคลื่นอื่นทั้งหมด

หากคุณส่งแสงสีขาวผ่านก๊าซเย็นและไม่เปล่งแสง เส้นสีเข้มจะปรากฏขึ้นบนพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องของแหล่งกำเนิด (ดูรูปที่ V, 5-8 บนส่วนแทรกสี) ก๊าซดูดซับแสงจากความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาในสภาวะที่มีความร้อนสูงได้อย่างแม่นยำที่สุด เส้นสีเข้มตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องคือเส้นการดูดกลืนแสงที่รวมกันเป็นสเปกตรัมการดูดกลืนแสง

มีสเปกตรัมการแผ่รังสีแบบต่อเนื่องแบบเส้นและแบบแถบและมีสเปกตรัมการดูดกลืนแสงจำนวนเท่ากัน

การวิเคราะห์สเปกตรัม- ชุดวิธีการในการกำหนดองค์ประกอบของวัตถุในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณโดยอาศัยการศึกษาสเปกตรัมของอันตรกิริยาของสสารกับการแผ่รังสีรวมถึงสเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า คลื่นเสียง การกระจายมวลและพลังงานของอนุภาคมูลฐาน ฯลฯ

ขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการวิเคราะห์และประเภทของสเปกตรัม วิธีการวิเคราะห์สเปกตรัมหลายวิธีมีความโดดเด่น อะตอมและ โมเลกุลการวิเคราะห์สเปกตรัมทำให้สามารถระบุองค์ประกอบองค์ประกอบและโมเลกุลของสารได้ตามลำดับ ในวิธีการเปล่งแสงและการดูดซับ องค์ประกอบจะพิจารณาจากสเปกตรัมการเปล่งแสงและการดูดกลืนแสง

การวิเคราะห์แมสสเปกโตรเมทรีดำเนินการโดยใช้แมสสเปกตรัมของอะตอมหรือโมเลกุลไอออน และช่วยให้สามารถระบุองค์ประกอบไอโซโทปของวัตถุได้

กระทรวงศึกษาธิการและวิทยาศาสตร์
สาธารณรัฐคาซัคสถาน

มหาวิทยาลัยแห่งรัฐคารากันดา
ตั้งชื่อตาม E.A. บูเคโตวา

คณะฟิสิกส์

ภาควิชาทัศนศาสตร์และสเปกโตรสโกปี

งานหลักสูตร

ในหัวข้อ:

สเปกตรัม กับ การวิเคราะห์สเปกตรัมและการประยุกต์

จัดเตรียมโดย:

นักเรียนกลุ่ม FTRF-22

อัคทาเรฟ มิทรี.

ตรวจสอบแล้ว:

ครู

คูเซโนวา อาซิยา ซาบีร์กาลิเยฟนา

คารากันดา - 2546
วางแผน

การแนะนำ

1. พลังงานในสเปกตรัม

2. ประเภทของสเปกตรัม

3. การวิเคราะห์สเปกตรัมและการประยุกต์

4. อุปกรณ์สเปกตรัม

5. สเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

บทสรุป

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

การแนะนำ

การศึกษาสเปกตรัมเส้นของสารช่วยให้เราสามารถระบุองค์ประกอบทางเคมีที่ประกอบด้วยและปริมาณที่แต่ละองค์ประกอบมีอยู่ในสารที่กำหนด

เนื้อหาเชิงปริมาณขององค์ประกอบในตัวอย่างที่กำลังศึกษาถูกกำหนดโดยการเปรียบเทียบความเข้มของแต่ละเส้นในสเปกตรัมขององค์ประกอบนี้กับความเข้มของเส้นขององค์ประกอบทางเคมีอื่นซึ่งทราบเนื้อหาเชิงปริมาณในตัวอย่าง

วิธีการกำหนดองค์ประกอบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของสารจากสเปกตรัมเรียกว่าการวิเคราะห์สเปกตรัม การวิเคราะห์สเปกตรัมใช้กันอย่างแพร่หลายในการสำรวจแร่เพื่อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของตัวอย่างแร่ ในอุตสาหกรรม การวิเคราะห์สเปกตรัมทำให้สามารถควบคุมองค์ประกอบของโลหะผสมและสิ่งเจือปนที่ใส่เข้าไปในโลหะเพื่อให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติตามที่กำหนด

ข้อดีของการวิเคราะห์สเปกตรัมคือความไวและความเร็วในการรับผลลัพธ์สูง เมื่อใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม จะสามารถตรวจจับการมีอยู่ของทองคำในตัวอย่างที่มีน้ำหนัก 6 * 10 -7 กรัม โดยมีมวลเพียง 10 -8 กรัม การกำหนดเกรดเหล็กด้วยวิธีการวิเคราะห์สเปกตรัมสามารถทำได้ในไม่กี่ขั้นตอน สิบวินาที

การวิเคราะห์สเปกตรัมทำให้สามารถระบุองค์ประกอบทางเคมีของเทห์ฟากฟ้าซึ่งอยู่ห่างจากโลกหลายพันล้านปีแสงได้ องค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์และดาวฤกษ์ ก๊าซเย็นในอวกาศระหว่างดวงดาวพิจารณาจากสเปกตรัมการดูดกลืนแสง

จากการศึกษาสเปกตรัม นักวิทยาศาสตร์สามารถตรวจสอบไม่เพียงแต่องค์ประกอบทางเคมีของเทห์ฟากฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอุณหภูมิด้วย โดยการกระจัดของเส้นสเปกตรัม เราสามารถกำหนดความเร็วการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้าได้

พลังงานในสเปกตรัม

แหล่งกำเนิดแสงจะต้องใช้พลังงาน แสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่น 4*10 -7 - 8*10 -7 เมตร คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของอนุภาคที่มีประจุ อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของอะตอม แต่ไม่รู้ว่าอะตอมมีโครงสร้างอย่างไร ไม่สามารถพูดได้อย่างน่าเชื่อถือเกี่ยวกับกลไกการแผ่รังสี เห็นได้ชัดว่าไม่มีแสงภายในอะตอม เช่นเดียวกับที่ไม่มีเสียงในสายเปียโน เช่นเดียวกับเชือกที่เริ่มส่งเสียงหลังจากถูกทุบด้วยค้อนเท่านั้น อะตอมจะทำให้เกิดแสงหลังจากที่ตื่นเต้นเท่านั้น

เพื่อให้อะตอมเริ่มแผ่รังสีได้ จะต้องถ่ายโอนพลังงานไปให้อะตอมนั้น เมื่อปล่อยออกมา อะตอมจะสูญเสียพลังงานที่ได้รับ และเพื่อให้สสารเรืองแสงอย่างต่อเนื่อง จำเป็นต้องมีการไหลเข้าของพลังงานไปยังอะตอมจากภายนอก

การแผ่รังสีความร้อนการแผ่รังสีที่ง่ายและพบบ่อยที่สุดคือการแผ่รังสีความร้อน ซึ่งพลังงานที่อะตอมสูญเสียไปเพื่อเปล่งแสงจะถูกชดเชยด้วยพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมหรือ (โมเลกุล) ของตัวที่เปล่งแสง ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูงขึ้น อะตอมก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้น เมื่ออะตอมเร็ว (โมเลกุล) ชนกัน พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งของมันจะถูกแปลงเป็นพลังงานกระตุ้นของอะตอม จากนั้นจะปล่อยแสงออกมา

แหล่งกำเนิดความร้อนของรังสีคือดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับหลอดไส้ธรรมดา หลอดไฟเป็นแหล่งที่สะดวกมาก แต่ราคาถูก เพียงประมาณ 12% ของพลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากกระแสไฟฟ้าในหลอดไฟจะถูกแปลงเป็นพลังงานแสง แหล่งความร้อนของแสงคือเปลวไฟ เม็ดเขม่าร้อนขึ้นเนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงและเปล่งแสง

การเรืองแสงด้วยไฟฟ้าพลังงานที่อะตอมต้องการในการเปล่งแสงอาจมาจากแหล่งที่ไม่ใช่ความร้อนเช่นกัน ในระหว่างการปล่อยก๊าซ สนามไฟฟ้าจะให้พลังงานจลน์แก่อิเล็กตรอนมากขึ้น อิเล็กตรอนเร็วเกิดการชนกับอะตอม พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนไปกระตุ้นอะตอม อะตอมที่ถูกกระตุ้นจะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของคลื่นแสง ด้วยเหตุนี้การปล่อยก๊าซจึงเกิดขึ้นพร้อมกับการเรืองแสง นี่คือการเรืองแสงด้วยไฟฟ้า

แคโทโดลูมิเนสเซนซ์การเรืองแสงของของแข็งที่เกิดจากการระดมยิงของอิเล็กตรอนเรียกว่าแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ ต้องขอบคุณแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ ทำให้หน้าจอของหลอดรังสีแคโทดของโทรทัศน์เรืองแสง

เคมีเรืองแสงในปฏิกิริยาเคมีบางชนิดที่ปล่อยพลังงาน พลังงานส่วนหนึ่งจะถูกส่งไปยังการปล่อยแสงโดยตรง แหล่งกำเนิดแสงยังคงเย็น (อยู่ที่อุณหภูมิแวดล้อม) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเคมีเรืองแสง

แสงเรืองแสงแสงที่ตกกระทบบนสารจะถูกสะท้อนบางส่วนและถูกดูดซับบางส่วน พลังงานของแสงที่ถูกดูดกลืนโดยส่วนใหญ่แล้วจะทำให้ร่างกายได้รับความร้อนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ร่างบางร่างเองก็เริ่มเรืองแสงโดยตรงภายใต้อิทธิพลของรังสีที่ตกกระทบกับร่างเหล่านั้น นี่คือแสงเรืองแสง แสงกระตุ้นอะตอมของสสาร (เพิ่มพลังงานภายใน) หลังจากนั้นพวกมันจะส่องสว่างเอง ตัวอย่างเช่น สีเรืองแสงที่ปกคลุมการตกแต่งต้นคริสต์มาสจำนวนมากจะปล่อยแสงหลังจากถูกฉายรังสี

โดยทั่วไป แสงที่ปล่อยออกมาระหว่างโฟโตลูมิเนสเซนซ์จะมีความยาวคลื่นมากกว่าแสงที่กระตุ้นแสงเรืองแสง สิ่งนี้สามารถสังเกตได้จากการทดลอง หากคุณส่งลำแสงที่ผ่านฟิลเตอร์สีม่วงไปบนภาชนะที่มีฟลูออเรสไซต์ (สีย้อมอินทรีย์) ของเหลวนี้จะเริ่มเรืองแสงด้วยแสงสีเขียวเหลือง นั่นคือแสงที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงสีม่วง

ปรากฏการณ์โฟโตลูมิเนสเซนซ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลอดฟลูออเรสเซนต์ นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต S.I. Vavilov เสนอให้คลุมพื้นผิวด้านในของท่อระบายด้วยสารที่สามารถเรืองแสงได้อย่างสดใสภายใต้การกระทำของรังสีคลื่นสั้นจากการปล่อยก๊าซ หลอดฟลูออเรสเซนต์ประหยัดกว่าหลอดไส้ทั่วไปประมาณสามถึงสี่เท่า

มีการระบุประเภทรังสีหลักและแหล่งที่มาที่ก่อให้เกิดรังสีเหล่านี้ แหล่งกำเนิดรังสีที่พบบ่อยที่สุดคือความร้อน

การกระจายพลังงานในสเปกตรัมไม่มีแหล่งที่มาใดที่สร้างแสงสีเดียว ซึ่งก็คือแสงที่มีความยาวคลื่นที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด เรามั่นใจในสิ่งนี้จากการทดลองการสลายตัวของแสงให้เป็นสเปกตรัมโดยใช้ปริซึม รวมถึงการทดลองเรื่องการรบกวนและการเลี้ยวเบน

พลังงานที่แสงนำติดตัวมาจากแหล่งกำเนิดจะถูกกระจายไปในลักษณะใดลักษณะหนึ่งเหนือคลื่นทุกความยาวที่ประกอบกันเป็นลำแสง นอกจากนี้เรายังสามารถพูดได้ว่าพลังงานถูกกระจายไปตามความถี่ เนื่องจากความยาวคลื่นและความถี่มีความสัมพันธ์อย่างง่าย: ђv = c

ความหนาแน่นฟลักซ์ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าหรือความเข้ม / ถูกกำหนดโดยพลังงาน & W ที่เป็นของความถี่ทั้งหมด เพื่อระบุลักษณะการกระจายความถี่ของรังสี จำเป็นต้องป้อนปริมาณใหม่: ความเข้มต่อช่วงความถี่หนึ่งหน่วย ปริมาณนี้เรียกว่าความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสี

ความหนาแน่นฟลักซ์รังสีสเปกตรัมสามารถพบได้จากการทดลอง ในการดำเนินการนี้ คุณจะต้องใช้ปริซึมเพื่อรับสเปกตรัมการแผ่รังสี เช่น ของส่วนโค้งไฟฟ้า และวัดความหนาแน่นของฟลักซ์การแผ่รังสีที่ตกลงในช่วงสเปกตรัมเล็กๆ ของความกว้าง Av

คุณไม่สามารถพึ่งพาสายตาของคุณเพื่อประมาณการกระจายพลังงานได้ ดวงตามีความไวต่อแสงแบบเลือกได้: ความไวสูงสุดนั้นอยู่ในขอบเขตสีเหลืองเขียวของสเปกตรัม วิธีที่ดีที่สุดคือใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของวัตถุสีดำเพื่อดูดซับแสงทุกความยาวคลื่นได้เกือบทั้งหมด ในกรณีนี้ พลังงานรังสี (เช่น แสง) จะทำให้ร่างกายร้อนขึ้น ดังนั้นจึงเพียงพอที่จะวัดอุณหภูมิร่างกายและใช้เพื่อตัดสินปริมาณพลังงานที่ดูดซึมต่อหน่วยเวลา

เทอร์โมมิเตอร์ธรรมดามีความไวเกินกว่าจะใช้ในการทดลองดังกล่าวได้สำเร็จ จำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนมากขึ้นในการวัดอุณหภูมิ คุณสามารถใช้เทอร์โมมิเตอร์ไฟฟ้าซึ่งมีองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนทำในรูปแบบของแผ่นโลหะบาง ๆ แผ่นนี้จะต้องเคลือบด้วยเขม่าบาง ๆ ซึ่งดูดซับแสงได้ทุกความยาวคลื่นเกือบทั้งหมด

ควรวางแผ่นไวต่อความร้อนของอุปกรณ์ไว้ในที่ใดที่หนึ่งในช่วงสเปกตรัม สเปกตรัมความยาวที่มองเห็นได้ทั้งหมด l จากรังสีสีแดงถึงสีม่วง สอดคล้องกับช่วงความถี่ตั้งแต่ v cr ถึง y f ความกว้างสอดคล้องกับช่วง Av เล็กน้อย ด้วยการให้ความร้อนกับแผ่นสีดำของอุปกรณ์ เราสามารถตัดสินความหนาแน่นฟลักซ์การแผ่รังสีต่อช่วงความถี่ Av เมื่อเคลื่อนแผ่นไปตามสเปกตรัม เราจะพบว่าพลังงานส่วนใหญ่อยู่ในส่วนสีแดงของสเปกตรัม ไม่ใช่สีเหลือง-เขียวอย่างที่ตาเห็น

จากผลการทดลองเหล่านี้ คุณสามารถสร้างเส้นโค้งของการพึ่งพาความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีต่อความถี่ได้ ความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีถูกกำหนดโดยอุณหภูมิของแผ่นและความถี่ก็หาได้ไม่ยากหากอุปกรณ์ที่ใช้ในการสลายแสงได้รับการปรับเทียบนั่นคือถ้ารู้ว่าความถี่ใดที่ส่วนหนึ่งของสเปกตรัมที่กำหนดนั้นสอดคล้องกัน ถึง.

โดยการวางแผนตามแกน abscissa ค่าของความถี่ที่สอดคล้องกับจุดกึ่งกลางของช่วงเวลา Av และตามแกนกำหนดความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีเราได้จุดจำนวนหนึ่งซึ่งเราสามารถวาดเส้นโค้งเรียบได้ เส้นโค้งนี้แสดงให้เห็นการกระจายตัวของพลังงานและส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมของส่วนโค้งไฟฟ้า

ประเภทของสเปกตรัม

องค์ประกอบสเปกตรัมของรังสีจากสสารต่างๆมีความหลากหลายมาก แต่ถึงกระนั้นก็ตาม สเปกตรัมทั้งหมดตามประสบการณ์แสดงให้เห็น สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทที่แตกต่างกันมาก

สเปกตรัมต่อเนื่อง

สเปกตรัมแสงอาทิตย์หรือสเปกตรัมแสงอาร์กมีความต่อเนื่อง ซึ่งหมายความว่าสเปกตรัมประกอบด้วยคลื่นทุกความยาวคลื่น ไม่มีการแตกของสเปกตรัม และแถบหลายสีต่อเนื่องกันสามารถมองเห็นได้บนหน้าจอสเปกโตรกราฟ

การกระจายพลังงานเหนือความถี่ เช่น ความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสี จะแตกต่างกันไปตามวัตถุต่างๆ ตัวอย่างเช่น วัตถุที่มีพื้นผิวสีดำมากจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาทุกความถี่ แต่เส้นโค้งของการพึ่งพาความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีต่อความถี่จะมีค่าสูงสุดที่ความถี่ที่แน่นอน พลังงานการแผ่รังสีที่ความถี่ต่ำมากและสูงมากนั้นมีน้อยมาก เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุดของรังสีจะเปลี่ยนไปสู่คลื่นที่สั้นลง

ตามที่ประสบการณ์แสดงให้เห็น สเปกตรัมต่อเนื่อง (หรือต่อเนื่อง) จะได้รับจากวัตถุที่อยู่ในสถานะของแข็งหรือของเหลว เช่นเดียวกับก๊าซที่ถูกบีบอัดสูง ร่างกายจะต้องได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้สเปกตรัมต่อเนื่อง

ธรรมชาติของสเปกตรัมต่อเนื่องและความเป็นจริงของการดำรงอยู่ของมันนั้นไม่เพียงถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของอะตอมที่ปล่อยออกมาแต่ละตัวเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของอะตอมซึ่งกันและกันอีกด้วย

สเปกตรัมเส้น

เติมแร่ใยหินชิ้นหนึ่งที่ชุบสารละลายเกลือแกงธรรมดาลงในเปลวไฟสีซีดของเตาแก๊ส เมื่อสังเกตเปลวไฟผ่านสเปกโตรสโคป เส้นสีเหลืองสดใสจะกะพริบตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องกันของเปลวไฟซึ่งแทบมองไม่เห็น เส้นสีเหลืองนี้เกิดจากไอโซเดียม ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลของเกลือแกงถูกทำลายลงในเปลวไฟ บนสเปกโตรสโคป คุณยังสามารถเห็นรั้วลวดหนามของเส้นสีที่มีความสว่างต่างกัน โดยคั่นด้วยแถบสีเข้มกว้าง สเปกตรัมดังกล่าวเรียกว่า ปกครอง- การมีอยู่ของสเปกตรัมแบบเส้นหมายความว่าสสารจะปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นบางช่วงเท่านั้น (แม่นยำยิ่งขึ้นในช่วงสเปกตรัมที่แคบมากบางช่วง) แต่ละบรรทัดมีความกว้างจำกัด

สเปกตรัมเส้นให้สารทั้งหมดในอะตอมที่เป็นก๊าซ (แต่ไม่ใช่โมเลกุล) เงื่อนไข.ในกรณีนี้ แสงจะถูกปล่อยออกมาจากอะตอมซึ่งในทางปฏิบัติแล้วไม่มีปฏิสัมพันธ์กัน นี่เป็นสเปกตรัมประเภทพื้นฐานที่สุด

อะตอมที่แยกได้ขององค์ประกอบทางเคมีที่กำหนดจะปล่อยความยาวคลื่นที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด

โดยทั่วไป ในการสังเกตสเปกตรัมเส้น จะใช้การเรืองแสงของไอของสารในเปลวไฟ หรือการเรืองแสงของก๊าซที่ปล่อยออกมาในท่อที่เต็มไปด้วยก๊าซที่กำลังศึกษาอยู่

เมื่อความหนาแน่นของก๊าซอะตอมเพิ่มขึ้น เส้นสเปกตรัมแต่ละเส้นจะขยายออก และสุดท้ายที่ความหนาแน่นของก๊าซสูงมาก เมื่ออันตรกิริยาของอะตอมมีนัยสำคัญ เส้นเหล่านี้จะทับซ้อนกันจนเกิดเป็นสเปกตรัมต่อเนื่องกัน

สเปกตรัมลาย

สเปกตรัมแถบสีประกอบด้วยแถบแต่ละแถบที่คั่นด้วยช่องว่างมืด ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์สเปกตรัมที่ดีมาก เราสามารถค้นพบได้ว่าแต่ละแบนด์เป็นกลุ่มของเส้นตรงจำนวนมากที่มีระยะห่างกันมาก สเปกตรัมแบบสไทรพ์นั้นต่างจากสเปกตรัมเส้นตรงที่ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยอะตอม แต่เกิดจากโมเลกุลที่ไม่ได้ถูกผูกมัดหรือถูกผูกมัดอย่างอ่อนต่อกัน
ในการสังเกตสเปกตรัมโมเลกุล เช่นเดียวกับการสังเกตสเปกตรัมเส้น โดยปกติจะใช้การเรืองแสงของไอในเปลวไฟหรือการเรืองแสงของการปล่อยก๊าซ

สเปกตรัมการดูดกลืนแสง

สสารทั้งหมดที่อะตอมอยู่ในสถานะตื่นเต้นจะปล่อยคลื่นแสงออกมา ซึ่งมีการกระจายพลังงานในลักษณะใดลักษณะหนึ่งตามความยาวคลื่น การดูดกลืนแสงจากสสารยังขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นด้วย ดังนั้น กระจกสีแดงจึงส่งคลื่นที่สอดคล้องกับแสงสีแดง (l»8·10 -5 ซม.) และดูดซับคลื่นอื่นทั้งหมด

หากคุณส่งแสงสีขาวผ่านก๊าซเย็นและไม่เปล่งแสง เส้นสีดำจะปรากฏตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องของแหล่งกำเนิด ก๊าซดูดซับแสงได้อย่างเข้มข้นที่สุดในช่วงความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาเมื่อถูกความร้อนสูง เส้นสีเข้มตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องคือเส้นการดูดกลืนแสงที่รวมกันเป็นสเปกตรัมการดูดกลืนแสง

มีสเปกตรัมการแผ่รังสีแบบต่อเนื่องแบบเส้นและแบบแถบและมีสเปกตรัมการดูดกลืนแสงจำนวนเท่ากัน

สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าร่างกายรอบตัวเราประกอบด้วยอะไร มีการคิดค้นวิธีการหลายวิธีเพื่อกำหนดองค์ประกอบ แต่องค์ประกอบของดาวฤกษ์และกาแล็กซีสามารถระบุได้โดยใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมเท่านั้น

การวิเคราะห์สเปกตรัมและการประยุกต์

สเปกตรัมเส้นมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากโครงสร้างของมันเกี่ยวข้องโดยตรงกับโครงสร้างของอะตอม ท้ายที่สุดแล้ว สเปกตรัมเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยอะตอมที่ไม่ได้รับอิทธิพลจากภายนอก ดังนั้น เมื่อเราคุ้นเคยกับสเปกตรัมเส้นแล้ว เราก็จะก้าวแรกสู่การศึกษาโครงสร้างของอะตอม ด้วยการสังเกตสเปกตรัมเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถ "มอง" ภายในอะตอมได้ ที่นี่ทัศนศาสตร์สัมผัสใกล้ชิดกับฟิสิกส์อะตอม

คุณสมบัติหลักของสเปกตรัมเส้นก็คือ ความยาวคลื่น (หรือความถี่) ของสเปกตรัมเส้นของสารขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอะตอมของสารนี้เท่านั้น แต่ไม่ขึ้นอยู่กับวิธีการกระตุ้นการเรืองแสงของอะตอมโดยสิ้นเชิง- อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีใด ๆ จะสร้างสเปกตรัมที่ไม่เหมือนกับสเปกตรัมขององค์ประกอบอื่น ๆ ทั้งหมด: พวกมันสามารถเปล่งชุดความยาวคลื่นที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด

ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ สเปกตรัมการวิเคราะห์- วิธีการกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของสารจากสเปกตรัม เช่นเดียวกับลายนิ้วมือของมนุษย์ สเปกตรัมเส้นมีบุคลิกที่เป็นเอกลักษณ์ ความเป็นเอกลักษณ์ของลวดลายบนผิวหนังของนิ้วมักจะช่วยในการค้นหาคนร้ายได้ ในทำนองเดียวกันเนื่องจากความแตกต่างของสเปกตรัมทำให้สามารถกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของร่างกายได้ ด้วยการใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม ทำให้สามารถตรวจจับองค์ประกอบที่กำหนดในองค์ประกอบของสารที่ซับซ้อนได้ แม้ว่ามวลจะไม่เกิน 10 -10 ก็ตาม นี่เป็นวิธีที่ละเอียดอ่อนมาก

การวิเคราะห์เชิงปริมาณขององค์ประกอบของสารตามสเปกตรัมนั้นเป็นเรื่องยาก เนื่องจากความสว่างของเส้นสเปกตรัมไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับมวลของสารเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับวิธีการกระตุ้นการเรืองแสงด้วย ดังนั้นที่อุณหภูมิต่ำ เส้นสเปกตรัมจำนวนมากจึงไม่ปรากฏเลย อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์สเปกตรัมเชิงปริมาณก็สามารถดำเนินการได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขมาตรฐานสำหรับการกระตุ้นการเรืองแสง

ปัจจุบันสเปกตรัมของอะตอมทั้งหมดได้ถูกกำหนดไว้แล้วและได้รวบรวมตารางสเปกตรัมแล้ว ด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์สเปกตรัม องค์ประกอบใหม่จำนวนมากถูกค้นพบ: รูบิเดียม ซีเซียม ฯลฯ มักจะตั้งชื่อองค์ประกอบตามสีของเส้นที่รุนแรงที่สุดในสเปกตรัม รูบิเดียมผลิตเส้นทับทิมสีแดงเข้ม คำว่าซีเซียมหมายถึง "สีฟ้า" นี่คือสีของเส้นหลักของสเปกตรัมของซีเซียม

ด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์สเปกตรัมจึงได้เรียนรู้องค์ประกอบทางเคมีของดวงอาทิตย์และดวงดาว โดยทั่วไปวิธีการวิเคราะห์แบบอื่นจะเป็นไปไม่ได้ที่นี่ ปรากฎว่าดวงดาวประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีแบบเดียวกับที่พบในโลก เป็นเรื่องน่าสงสัยว่าฮีเลียมถูกค้นพบครั้งแรกในดวงอาทิตย์และพบในชั้นบรรยากาศของโลกเท่านั้น ชื่อขององค์ประกอบนี้ทำให้นึกถึงประวัติศาสตร์ของการค้นพบ: คำว่า ฮีเลียมแปลว่า "แดด" ในการแปล

เนื่องจากมีความเรียบง่ายและมีความสามารถรอบด้านในการเปรียบเทียบ การวิเคราะห์สเปกตรัมจึงเป็นวิธีการหลักในการตรวจสอบองค์ประกอบของสารในสาขาโลหะวิทยา วิศวกรรมเครื่องกล และอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของแร่และแร่ธาตุ

องค์ประกอบของสารผสมเชิงซ้อนซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารอินทรีย์จะถูกวิเคราะห์โดยสเปกตรัมโมเลกุล

การวิเคราะห์สเปกตรัมสามารถทำได้ไม่เพียงแต่จากสเปกตรัมการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเท่านั้น แต่ยังมาจากสเปกตรัมการดูดกลืนแสงด้วย เส้นดูดกลืนแสงในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์และดวงดาวทำให้สามารถศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของเทห์ฟากฟ้าเหล่านี้ได้ พื้นผิวที่ส่องสว่างอย่างสดใสของดวงอาทิตย์ - โฟโตสเฟียร์ - ก่อให้เกิดสเปกตรัมต่อเนื่อง บรรยากาศสุริยะดูดซับแสงจากโฟโตสเฟียร์อย่างคัดเลือก ซึ่งทำให้เกิดเส้นการดูดกลืนแสงตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องของโฟโตสเฟียร์

แต่บรรยากาศของดวงอาทิตย์เองก็เปล่งแสงออกมา ในระหว่างสุริยุปราคา เมื่อจานสุริยะถูกดวงจันทร์ปกคลุม เส้นสเปกตรัมจะกลับกัน แทนที่เส้นดูดกลืนในสเปกตรัมแสงอาทิตย์ เส้นเปล่งแสงจะกะพริบ

ในทางฟิสิกส์ดาราศาสตร์ การวิเคราะห์สเปกตรัมไม่เพียงแต่หมายถึงการกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของดาวฤกษ์ เมฆก๊าซ ฯลฯ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการค้นหาลักษณะทางกายภาพอื่นๆ ของวัตถุเหล่านี้จากสเปกตรัมด้วย เช่น อุณหภูมิ ความดัน ความเร็วของการเคลื่อนที่ การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

นอกจากฟิสิกส์ดาราศาสตร์แล้ว การวิเคราะห์สเปกตรัมยังใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขานิติวิทยาศาสตร์เพื่อตรวจสอบหลักฐานที่พบในที่เกิดเหตุ นอกจากนี้ การวิเคราะห์สเปกตรัมในนิติวิทยาศาสตร์ยังมีประโยชน์มากในการระบุอาวุธสังหาร และโดยทั่วไปจะเปิดเผยรายละเอียดบางส่วนของอาชญากรรม

การวิเคราะห์สเปกตรัมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในทางการแพทย์ ที่นี่แอปพลิเคชั่นของมันยอดเยี่ยมมาก สามารถใช้ในการวินิจฉัยและระบุสิ่งแปลกปลอมในร่างกายมนุษย์ได้

การวิเคราะห์สเปกตรัมไม่เพียงแต่ก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงขอบเขตทางสังคมของกิจกรรมของมนุษย์ด้วย

การวิเคราะห์สเปกตรัมต้องใช้เครื่องมือสเปกตรัมพิเศษ ซึ่งเราจะพิจารณาเพิ่มเติม

อุปกรณ์สเปกตรัม

เพื่อการศึกษาสเปกตรัมที่แม่นยำ อุปกรณ์ง่ายๆ เช่น กรีดแคบที่จำกัดลำแสงและปริซึมจะไม่เพียงพออีกต่อไป จำเป็นต้องมีเครื่องมือที่ให้สเปกตรัมที่ชัดเจน เช่น เครื่องมือที่สามารถแยกคลื่นที่มีความยาวต่างกันได้ดี และไม่อนุญาตให้แต่ละส่วนของสเปกตรัมทับซ้อนกัน อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าอุปกรณ์สเปกตรัม ส่วนใหญ่แล้วส่วนหลักของอุปกรณ์สเปกตรัมคือปริซึมหรือตะแกรงเลี้ยวเบน

ให้เราพิจารณาแผนภาพการออกแบบของอุปกรณ์สเปกตรัมปริซึม รังสีที่อยู่ระหว่างการศึกษาจะเข้าสู่ส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ที่เรียกว่าคอลลิเมเตอร์ก่อน Collimator เป็นหลอดที่ปลายด้านหนึ่งมีหน้าจอที่มีช่องแคบและอีกด้านหนึ่งเป็นเลนส์สะสม รอยกรีดอยู่ที่ทางยาวโฟกัสของเลนส์ ดังนั้นลำแสงที่แยกออกจากกันบนเลนส์จากรอยแยกจึงโผล่ออกมาจากเลนส์เป็นลำแสงขนานและตกลงบนปริซึม

เนื่องจากความถี่ที่ต่างกันสอดคล้องกับดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกัน ลำแสงคู่ขนานที่ไม่ตรงในทิศทางจึงโผล่ออกมาจากปริซึม พวกเขาตกบนเลนส์ ที่ทางยาวโฟกัสของเลนส์นี้มีหน้าจอ - กระจกฝ้าหรือแผ่นถ่ายภาพ เลนส์จะโฟกัสลำแสงคู่ขนานบนหน้าจอ และแทนที่จะได้ภาพช่องเดียว กลับกลายเป็นภาพทั้งชุด แต่ละความถี่ (ช่วงสเปกตรัมแคบ) จะมีภาพของตัวเอง ภาพทั้งหมดเหล่านี้รวมกันเป็นสเปกตรัม

อุปกรณ์ที่อธิบายนี้เรียกว่าสเปกโตรกราฟ หากใช้กล้องโทรทรรศน์เพื่อสังเกตสเปกตรัมแทนเลนส์และหน้าจอที่สอง อุปกรณ์นั้นจะเรียกว่าสเปกโตรสโคป ปริซึมและส่วนอื่นๆ ของอุปกรณ์สเปกตรัมไม่จำเป็นต้องทำจากแก้วเสมอไป แทนที่จะใช้แก้ว ก็ใช้วัสดุโปร่งใส เช่น ควอตซ์ เกลือสินเธาว์ ฯลฯ

คุณได้ทำความคุ้นเคยกับปริมาณใหม่ - ความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสี เราพบสิ่งที่อยู่ภายในกล่องของอุปกรณ์สเปกตรัม

องค์ประกอบสเปกตรัมของรังสีจากสสารมีความหลากหลายมาก แต่อย่างไรก็ตาม สเปกตรัมทั้งหมดตามประสบการณ์แสดงให้เห็น สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทได้

สเปกตรัมของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

คุณสมบัติของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้ารังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นต่างกันมีความแตกต่างกันค่อนข้างมาก แต่รังสีทั้งหมดตั้งแต่คลื่นวิทยุไปจนถึงรังสีแกมมาล้วนมีลักษณะทางกายภาพที่เหมือนกัน การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกประเภท ไม่ว่าจะมากหรือน้อยก็ตาม จะแสดงคุณสมบัติของคลื่นรบกวน การเลี้ยวเบน และโพลาไรเซชันของคลื่น ในขณะเดียวกัน รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทุกประเภทจะแสดงคุณสมบัติควอนตัมไม่มากก็น้อย

กลไกของการแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่พบได้ทั่วไปในรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมดคือ คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นใดๆ สามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของประจุไฟฟ้า หรือระหว่างการเปลี่ยนโมเลกุล อะตอม หรือนิวเคลียสของอะตอมจากสถานะควอนตัมหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง การสั่นของประจุไฟฟ้าแบบฮาร์มอนิกจะมาพร้อมกับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความถี่เท่ากับความถี่ของการสั่นของประจุ

คลื่นวิทยุ.เมื่อการสั่นเกิดขึ้นที่ความถี่ตั้งแต่ 10 5 ถึง 10 12 Hz การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าจะเกิดขึ้นซึ่งความยาวคลื่นอยู่ในช่วงตั้งแต่หลายกิโลเมตรถึงหลายมิลลิเมตร ระดับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าส่วนนี้อ้างอิงถึงช่วงคลื่นวิทยุ คลื่นวิทยุใช้สำหรับการสื่อสารทางวิทยุ โทรทัศน์ และเรดาร์

รังสีอินฟราเรดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นน้อยกว่า 1-2 มม. แต่มากกว่า 8 * 10 -7 ม. เช่น ที่อยู่ระหว่างช่วงคลื่นวิทยุและช่วงแสงที่มองเห็นเรียกว่ารังสีอินฟราเรด

บริเวณสเปกตรัมเหนือขอบสีแดงได้รับการศึกษาทดลองครั้งแรกในปี 1800 วิลเลียม เฮอร์เชล นักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ (ค.ศ. 1738 - 1822) เฮอร์เชลวางเทอร์โมมิเตอร์โดยมีลูกบอลสีดำคล้ำอยู่ที่ปลายสีแดงของสเปกตรัม และพบว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้น ลูกบอลเทอร์โมมิเตอร์ได้รับความร้อนจากรังสีที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่า รังสีนี้เรียกว่ารังสีอินฟราเรด

รังสีอินฟราเรดถูกปล่อยออกมาจากวัตถุที่ได้รับความร้อน แหล่งที่มาของรังสีอินฟราเรด ได้แก่ เตา หม้อน้ำทำน้ำร้อน และหลอดไฟฟ้า

การใช้อุปกรณ์พิเศษ รังสีอินฟราเรดสามารถเปลี่ยนเป็นแสงที่มองเห็นได้ และภาพของวัตถุที่ได้รับความร้อนสามารถได้รับในที่มืดสนิท รังสีอินฟราเรดใช้ในการอบแห้งผลิตภัณฑ์ทาสี ผนังอาคาร และไม้

แสงที่มองเห็น.แสงที่ตามองเห็น (หรือเพียงแค่แสง) รวมถึงการแผ่รังสีที่มีความยาวคลื่นตั้งแต่ประมาณ 8*10 -7 ถึง 4*10 -7 เมตร จากแสงสีแดงไปจนถึงแสงสีม่วง

ความสำคัญของสเปกตรัมรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในส่วนนี้ในชีวิตมนุษย์นั้นยิ่งใหญ่มากเนื่องจากบุคคลได้รับข้อมูลเกือบทั้งหมดเกี่ยวกับโลกรอบตัวเขาผ่านการมองเห็น

แสงเป็นสิ่งที่จำเป็นสำหรับการพัฒนาพืชสีเขียวและเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการดำรงอยู่ของสิ่งมีชีวิตบนโลก

รังสีอัลตราไวโอเลต- ในปี 1801 นักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน Johann Ritter (1776 - 1810) ขณะศึกษาสเปกตรัม ค้นพบว่าเหนือขอบสีม่วงของมันมีบริเวณที่สร้างขึ้นจากรังสีที่มองไม่เห็นด้วยตา รังสีเหล่านี้ส่งผลต่อสารประกอบเคมีบางชนิด ภายใต้อิทธิพลของรังสีที่มองไม่เห็นเหล่านี้ ซิลเวอร์คลอไรด์จะสลายตัว ผลึกซิงค์ซัลไฟด์ และผลึกอื่นๆ บางชนิดจะเรืองแสง

การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่าแสงสีม่วงซึ่งมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า เรียกว่า รังสีอัลตราไวโอเลต รังสีอัลตราไวโอเลต ได้แก่ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 4*10 -7 ถึง 1*10 -8 เมตร

รังสีอัลตราไวโอเลตสามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคได้ ดังนั้นจึงมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในทางการแพทย์ รังสีอัลตราไวโอเลตในองค์ประกอบของแสงแดดทำให้เกิดกระบวนการทางชีวภาพที่นำไปสู่ผิวคล้ำของมนุษย์ - การฟอกหนัง

หลอดปล่อยก๊าซถูกใช้เป็นแหล่งกำเนิดรังสีอัลตราไวโอเลตในทางการแพทย์ หลอดของโคมไฟดังกล่าวทำจากควอทซ์โปร่งใสถึงรังสีอัลตราไวโอเลต นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมโคมไฟเหล่านี้จึงถูกเรียกว่าหลอดควอทซ์

รังสีเอกซ์- หากใช้แรงดันไฟฟ้าคงที่หลายหมื่นโวลต์ในหลอดสุญญากาศระหว่างแคโทดที่ให้ความร้อนซึ่งปล่อยอิเล็กตรอนและแอโนด อิเล็กตรอนจะถูกเร่งด้วยสนามไฟฟ้าก่อน จากนั้นจึงชะลอตัวลงอย่างรวดเร็วในสารแอโนดเมื่อมีปฏิกิริยากับมัน อะตอม เมื่ออิเล็กตรอนเร็วในสารถูกชะลอความเร็วหรือระหว่างการเปลี่ยนผ่านของอิเล็กตรอนบนเปลือกชั้นในของอะตอม คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นกว่ารังสีอัลตราไวโอเลตจะปรากฏขึ้น รังสีนี้ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2438 โดยนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน วิลเฮล์ม เรินต์เกน (พ.ศ. 2388-2466) การแผ่รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงความยาวคลื่นตั้งแต่ 10 -14 ถึง 10 -7 เมตร เรียกว่า รังสีเอกซ์

รังสีเอกซ์ไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตา พวกมันผ่านไปโดยไม่มีการดูดซึมอย่างมีนัยสำคัญผ่านชั้นสำคัญของสสารที่ทึบแสงต่อแสงที่มองเห็น รังสีเอกซ์ถูกตรวจพบโดยความสามารถในการทำให้เกิดการเรืองแสงในผลึกบางชนิดและออกฤทธิ์บนฟิล์มถ่ายภาพ

ความสามารถของรังสีเอกซ์ในการเจาะสสารหนานั้นใช้ในการวินิจฉัยโรคของอวัยวะภายในของมนุษย์ ในเทคโนโลยี การใช้รังสีเอกซ์เพื่อควบคุมโครงสร้างภายในของผลิตภัณฑ์และการเชื่อมต่างๆ รังสีเอกซ์มีผลทางชีวภาพที่รุนแรงและใช้ในการรักษาโรคบางชนิด

รังสีแกมมา- รังสีแกมมาคือรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่ปล่อยออกมาจากนิวเคลียสของอะตอมที่ถูกกระตุ้นและเป็นผลจากอันตรกิริยาของอนุภาคมูลฐาน

รังสีแกมมาเป็นรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่นสั้นที่สุด (l < 10 -10 ม.) ลักษณะเฉพาะของมันคือคุณสมบัติของกล้ามเนื้อที่เด่นชัด ดังนั้น รังสีแกมมาจึงมักถูกพิจารณาว่าเป็นกระแสของอนุภาค - แกมมาควอนต้า ในบริเวณความยาวคลื่นตั้งแต่ 10 -10 ถึง 10 -14 ช่วงของรังสีเอกซ์และรังสีแกมมาทับซ้อนกัน ในภูมิภาคนี้ รังสีเอกซ์และรังสีแกมมามีลักษณะเหมือนกันและต่างกันที่แหล่งกำเนิดเท่านั้น

บทสรุป

ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 พบว่าเหนือ (ความยาวคลื่น) ส่วนสีแดงของสเปกตรัมแสงที่มองเห็นไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตา อินฟราเรดเป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัม และต่ำกว่าส่วนสีม่วงของสเปกตรัมของแสงที่มองเห็นได้จะมองไม่เห็น ยูวีส่วนหนึ่งของสเปกตรัม

ความยาวคลื่นของรังสีอินฟราเรดมีตั้งแต่

3·10 -4 ถึง 7.6·10 -7 ม. คุณสมบัติที่เป็นลักษณะเฉพาะที่สุดของรังสีนี้คือผลกระทบจากความร้อน แหล่งที่มาของอินฟราเรดคือร่างกายใดๆ ยิ่งอุณหภูมิร่างกายสูง ความเข้มของรังสีก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย ศึกษารังสีอินฟราเรดโดยใช้เทอร์โมคัปเปิลและโบโลมิเตอร์ หลักการทำงานของอุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืนนั้นขึ้นอยู่กับการใช้รังสีอินฟราเรด

ความยาวคลื่นของรังสีอัลตราไวโอเลตมีตั้งแต่

4·10 -7 ถึง 6·10 -9 ม. คุณสมบัติที่เป็นลักษณะเฉพาะที่สุดของรังสีนี้คือผลกระทบทางเคมีและทางชีวภาพ รังสีอัลตราไวโอเลตทำให้เกิดเอฟเฟกต์โฟโตอิเล็กทริก การเรืองแสงของสารจำนวนหนึ่ง ( แสงเรืองแสงและเรืองแสง)มันฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค ทำให้เกิดการฟอกหนัง ฯลฯ

ในทางวิทยาศาสตร์ รังสีอินฟราเรดและอัลตราไวโอเลตถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาโมเลกุลและอะตอมของสสาร

บนหน้าจอด้านหลังปริซึมการหักเหของแสง สีเอกรงค์ในสเปกตรัมจะถูกจัดเรียงตามลำดับต่อไปนี้: สีแดง (มีความยาวคลื่นที่ยาวที่สุด lk = 7.6·10 -7 เมตร ในบรรดาคลื่นของแสงที่มองเห็นได้และดัชนีการหักเหของแสงที่เล็กที่สุด), สีส้ม, สีเหลือง , เขียว, ฟ้าเขียว, น้ำเงินและม่วง (มีความยาวคลื่นสั้นที่สุดในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ l f =4·10 -7 m และมีดัชนีการหักเหของแสงสูงสุด)

ดังนั้นการวิเคราะห์สเปกตรัมจึงถูกนำมาใช้ในเกือบทุกด้านที่สำคัญที่สุดของกิจกรรมของมนุษย์: ในการแพทย์ ในนิติเวช ในอุตสาหกรรมและอุตสาหกรรมอื่น ๆ ที่มีอยู่เพื่อประโยชน์ของมนุษยชาติ ดังนั้นการวิเคราะห์สเปกตรัมจึงเป็นหนึ่งในส่วนที่สำคัญที่สุดของการพัฒนาไม่เพียงแต่ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงมาตรฐานของชีวิตมนุษย์ด้วย

เอียราจูลี จอร์จี

สเปกตรัมการแผ่รังสีและการดูดซับ

ดาวน์โหลด:

ดูตัวอย่าง:

หากต้องการใช้ตัวอย่างการนำเสนอ ให้สร้างบัญชี Google และเข้าสู่ระบบ: https://accounts.google.com

คำอธิบายสไลด์:

สเปกตรัม ประเภทของสเปกตรัม การวิเคราะห์สเปกตรัม การนำเสนอเรื่องฟิสิกส์โดยนักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 11 ของโรงเรียนมัธยมศึกษางบประมาณแห่งรัฐหมายเลข 1465 ตั้งชื่อตามพลเรือเอก N.G. Kuznetsova Iarajuli ครูสอนฟิสิกส์จอร์เจีย Kruglova Larisa Yuryevna

แนวคิดของสเปกตรัมและข้อมูลพื้นฐาน สเปกตรัมคือการกระจายค่าของปริมาณทางกายภาพ (โดยปกติคือพลังงาน ความถี่ หรือมวล) การแสดงการกระจายแบบกราฟิกเรียกว่าแผนภาพสเปกตรัม โดยทั่วไปแล้ว สเปกตรัมหมายถึงสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า - สเปกตรัมความถี่ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า

ประวัติความเป็นมาของการศึกษา คำว่า “สเปกตรัม” ถูกนำมาใช้ในทางวิทยาศาสตร์โดยนิวตันในปี ค.ศ. 1671-1672 เพื่อระบุแถบสีต่างๆ คล้ายกับรุ้งกินน้ำ ซึ่งได้มาเมื่อรังสีดวงอาทิตย์ผ่านปริซึมแก้วรูปสามเหลี่ยม

ในอดีต การวิจัยเกี่ยวกับสเปกตรัมแสงเริ่มต้นเร็วกว่าสเปกตรัมอื่นๆ ทั้งหมด คนแรกคือไอแซก นิวตัน ซึ่งนำคำว่า "สเปกตรัม" มาใช้ทางวิทยาศาสตร์เพื่อกำหนดแถบหลากสีที่คล้ายกับรุ้งที่เขาได้รับจากการทดลองกับแสงแดด ในงานของเขา "Optics" ซึ่งตีพิมพ์ในปี 1704 เขาได้ตีพิมพ์ผลการทดลองของเขาในการสลายแสงสีขาวโดยใช้ปริซึมแก้วสามเหลี่ยมเป็นส่วนประกอบแต่ละชิ้นที่มีสีต่างกันและการหักเหของแสงได้นั่นคือเขาได้รับสเปกตรัมของรังสีดวงอาทิตย์และอธิบายธรรมชาติของพวกมัน แสดงว่าสีนั้นเป็นคุณสมบัติของแสงเอง

ในความเป็นจริง นิวตันวางรากฐานของสเปกโทรสโกปีแบบออพติคัล โดยในวิชาทัศนศาสตร์ เขาบรรยายทั้งสามวิธีในการสลายแสงที่ใช้อยู่ในปัจจุบัน ได้แก่ การหักเห การรบกวน และการเลี้ยวเบน และปริซึมของเขาที่มีคอลลิเมเตอร์ ช่องสลิตและเลนส์เป็นสเปกโตรสโคปแบบแรก ส่วนหนึ่งของต้นฉบับ "ทัศนศาสตร์" ของนิวตันที่บรรยายถึงการทดลองของเขากับปริซึม

ประเภทของสเปกตรัม สเปกตรัมการปล่อย สเปกตรัมการดูดซึม สเปกตรัมกระเจิง

การปล่อยสเปกตรัมเส้นต่อเนื่องลาย

สเปกตรัมต่อเนื่อง จัดให้วัตถุอยู่ในสถานะของแข็งและของเหลวตลอดจนก๊าซหนาแน่น เพื่อให้ได้มาคุณจะต้องทำให้ร่างกายร้อนขึ้นที่อุณหภูมิสูง ธรรมชาติของสเปกตรัมไม่เพียงขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอะตอมที่เปล่งออกมาเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของอะตอมซึ่งกันและกันด้วย สเปกตรัมประกอบด้วยคลื่นทุกความยาวและไม่มีการแตก สามารถสังเกตสเปกตรัมสีที่ต่อเนื่องได้บนตะแกรงเลี้ยวเบน การสาธิตสเปกตรัมที่ดีคือปรากฏการณ์ทางธรรมชาติของรุ้งกินน้ำ สารเหล่านี้เหมือนกันสำหรับสารต่างๆ ดังนั้นจึงไม่สามารถใช้ระบุองค์ประกอบของสารได้

สเปกตรัมเส้นประกอบด้วยเส้นแต่ละเส้นที่มีสีต่างกันหรือสีเดียวกัน มีตำแหน่งต่างกัน ทำให้สามารถตัดสินองค์ประกอบทางเคมีของแหล่งกำเนิดแสงจากเส้นสเปกตรัม ให้สารทั้งหมดในสถานะอะตอมของก๊าซ (แต่ไม่ใช่โมเลกุล) (อะตอมในทางปฏิบัติไม่มีปฏิกิริยากับ อะตอมที่แยกออกมาขององค์ประกอบทางเคมีที่กำหนดจะปล่อยคลื่นตามความยาวที่กำหนดอย่างเคร่งครัด พวกมันใช้การเรืองแสงของไอระเหยของสารในเปลวไฟหรือการเรืองแสงของก๊าซที่ปล่อยออกมาในท่อที่เต็มไปด้วยก๊าซที่กำลังศึกษาอยู่ ความหนาแน่นของก๊าซอะตอมเพิ่มขึ้น เส้นสเปกตรัมแต่ละเส้นจะขยายตัว

ตัวอย่างสเปกตรัมเส้น

สเปกตรัมแถบสี ผลิตสารที่อยู่ในสถานะโมเลกุล สเปกตรัมประกอบด้วยแถบแต่ละแถบคั่นด้วยช่องว่างที่มืด แต่ละแถบประกอบด้วยเส้นจำนวนมากที่มีระยะห่างกันมาก สำหรับการสังเกต จะใช้การเรืองแสงของไอในเปลวไฟหรือการเรืองแสงของก๊าซที่ปล่อยออกมา

ตัวอย่างสเปกตรัมแบบแถบ สเปกตรัมของส่วนโค้งคาร์บอน (แถบของโมเลกุล CN และ C 2) สเปกตรัมการปล่อยไอของโมเลกุลไอโอดีน

สเปกตรัมการดูดซับ นี่คือชุดของความถี่ที่ถูกดูดซับโดยสารที่กำหนด สสารดูดซับเส้นสเปกตรัมที่ปล่อยออกมาซึ่งเป็นแหล่งกำเนิดของแสง สเปกตรัมการดูดกลืนแสงได้มาจากการส่งผ่านแสงจากแหล่งกำเนิดที่สร้างสเปกตรัมต่อเนื่องผ่านสสารซึ่งอะตอมอยู่ในสถานะไม่ตื่นเต้นถ้าเราผ่านแสงสีขาวผ่าน ก๊าซเย็นที่ไม่เปล่งแสง จากนั้นจะปรากฏเส้นสีเข้มบนพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่อง ก๊าซดูดซับแสงจากความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาในสภาวะที่มีความร้อนสูงได้เข้มข้นที่สุด เส้นสีเข้มตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องคือเส้นการดูดกลืนแสงที่รวมกันเป็นสเปกตรัมการดูดกลืนแสง

ตัวอย่างของสเปกตรัมการดูดกลืนแสง โจเซฟ เฟราน์โฮเฟอร์ (ค.ศ. 1787–1826) เป็นนักฟิสิกส์ชาวเยอรมัน ปรับปรุงการผลิตเลนส์และตะแกรงการเลี้ยวเบน เขาอธิบายรายละเอียด (ค.ศ. 1814) เกี่ยวกับเส้นดูดกลืนแสงในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์ซึ่งตั้งชื่อตามเขา ประดิษฐ์เครื่องหักเหของเฮลิโอมิเตอร์ Fraunhofer ได้รับการพิจารณาอย่างถูกต้องว่าเป็นบิดาแห่งฟิสิกส์ดาราศาสตร์สำหรับงานด้านดาราศาสตร์ของเขา เส้นฟรอนโฮเฟอร์

เส้นดูดกลืนแสงในสเปกตรัมของดวงดาว

การวิเคราะห์สเปกตรัม การวิเคราะห์สเปกตรัมเป็นวิธีหนึ่งในการกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของสารจากสเปกตรัมของมัน ในปี ค.ศ. 1854 G.R. Kirchhoff และ R.W. Bunsen เริ่มศึกษาสเปกตรัมของเปลวไฟที่มีสีโดยไอของเกลือของโลหะและด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงวางรากฐานของการวิเคราะห์สเปกตรัมซึ่งเป็นวิธีแรกของวิธีสเปกตรัมด้วยเครื่องมือซึ่งเป็นหนึ่งในวิธีการทดลองที่ทรงพลังที่สุด ศาสตร์.

ในที่สุดการวิเคราะห์สเปกตรัมก็ได้รับการพัฒนาขึ้นในปี พ.ศ. 2402 ในความเป็นจริงการวิเคราะห์สเปกตรัมเปิดยุคใหม่ในการพัฒนาวิทยาศาสตร์ - การศึกษาสเปกตรัมเป็นชุดค่าที่สังเกตได้ของฟังก์ชันสถานะของวัตถุหรือระบบกลับกลายเป็นว่ามีผลอย่างมากและในที่สุดก็นำไปสู่การเกิดขึ้นของ กลศาสตร์ควอนตัม: พลังค์มาถึงแนวคิดเรื่องควอนตัมในขณะที่ทำงานเกี่ยวกับทฤษฎีของวัตถุสเปกตรัมสีดำสนิท

ด้วยการวิเคราะห์สเปกตรัม ทำให้สามารถตรวจจับองค์ประกอบนี้ในองค์ประกอบของสารที่ซับซ้อนได้ แม้ว่ามวลจะไม่เกิน 10 -10 กิโลกรัมก็ตาม ปัจจุบันสเปกตรัมของอะตอมทั้งหมดได้ถูกกำหนดไว้แล้วและได้รวบรวมตารางสเปกตรัมแล้ว ด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์สเปกตรัมองค์ประกอบใหม่มากมายถูกค้นพบ: รูบิเดียม ซีเซียม ฯลฯ ด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์สเปกตรัมที่เรียนรู้องค์ประกอบทางเคมีของดวงอาทิตย์และดวงดาว เนื่องจากมีความเรียบง่ายและมีความสามารถรอบด้านในการเปรียบเทียบ การวิเคราะห์สเปกตรัมจึงเป็นวิธีการหลักในการตรวจสอบองค์ประกอบของสารในสาขาโลหะวิทยา วิศวกรรมเครื่องกล และอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของแร่และแร่ธาตุ องค์ประกอบของสารผสมเชิงซ้อนซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารอินทรีย์จะถูกวิเคราะห์โดยสเปกตรัมโมเลกุล การวิเคราะห์สเปกตรัมสามารถทำได้ไม่เพียงแต่จากสเปกตรัมการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเท่านั้น แต่ยังมาจากสเปกตรัมการดูดกลืนแสงด้วย เส้นดูดกลืนแสงในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์และดวงดาวทำให้สามารถศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของเทห์ฟากฟ้าเหล่านี้ได้

อุปกรณ์สเปกตรัม เพื่อศึกษาสเปกตรัมอย่างแม่นยำ จึงมีการใช้อุปกรณ์สเปกตรัม ส่วนใหญ่แล้วส่วนหลักของอุปกรณ์สเปกตรัมคือปริซึมหรือตะแกรงเลี้ยวเบน เพื่อให้ได้สเปกตรัมของรังสีที่มองเห็นได้ จะใช้อุปกรณ์ที่เรียกว่าสเปกโตรสโคป ซึ่งดวงตาของมนุษย์ทำหน้าที่เป็นเครื่องตรวจจับรังสี สเปกโตรสโคป สเปกโตรกราฟ

สเปกโตรสโคปเคอร์ชอฟ-บุนเซน