Шугаман спектр. Оптик, физик (8-р анги). Шугамын шингээлт ба ялгаралтын спектр

Агуулгын хүснэгт:

Шугаман спектр. Оптик, физик (8-р анги). Шугамын шингээлт ба ялгаралтын спектр
Шугаман спектр. Оптик, физик (8-р анги). Шугамын шингээлт ба ялгаралтын спектр
Anonim

Шугаман спектр - энэ нь 8-р ангийн физикийн хичээлийн оптикийн хэсэгт авч үзэх чухал сэдвүүдийн нэг байж магадгүй юм. Энэ нь атомын бүтцийг ойлгох, мөн энэхүү мэдлэгийг Орчлон ертөнцийг судлахад ашиглах боломжийг олгодог тул чухал юм. Энэ асуудлыг нийтлэлд авч үзье.

Цахилгаан соронзон спектрийн тухай ойлголт

Юуны өмнө нийтлэл юуны тухай болохыг тайлбарлая. Бидний харж буй нарны гэрэл цахилгаан соронзон долгион гэдгийг хүн бүр мэддэг. Аливаа долгион нь хоёр чухал үзүүлэлтээр тодорхойлогддог - түүний урт ба давтамж (түүний гурав дахь чухал шинж чанар нь цацрагийн эрчмийг илэрхийлдэг далайц юм).

Цахилгаан соронзон цацрагийн хувьд хоёр параметр хоёулаа дараах тэгшитгэлд хамааралтай: λν=c, энд Грек үсгүүд λ (lambda) ба ν (nu) нь ихэвчлэн долгионы урт ба түүний давтамжийг тус тус илэрхийлдэг. ба c нь гэрлийн хурд юм. Сүүлийнх нь вакуумын тогтмол утга учир цахилгаан соронзон долгионы урт ба давтамж нь хоорондоо урвуу пропорциональ байна.

Физикт цахилгаан соронзон спектрийг хүлээн зөвшөөрсөнхаргалзах цацрагийн эх үүсвэрээс ялгарах янз бүрийн долгионы уртын (давтамж) багцыг нэрлэнэ үү. Хэрэв бодис шингэж байгаа боловч долгион ялгаруулдаггүй бол шингээлтийн эсвэл шингээлтийн спектрийн тухай ярьдаг.

Цахилгаан соронзон спектр гэж юу вэ?

Ер нь тэдгээрийг ангилах хоёр шалгуур байдаг:

  1. Цацрагийн давтамжаар.
  2. Давтамж хуваарилах аргын дагуу.

Бид энэ нийтлэлд 1-р төрлийн ангиллыг авч үзэхгүй. Энд бид зөвхөн гамма цацраг (>1020 Гц) ба рентген (1018 гэж нэрлэгддэг өндөр давтамжийн цахилгаан соронзон долгион байдгийг товчхон хэлье. -10 19 Гц). Хэт ягаан туяаны спектр аль хэдийн бага давтамжтай (1015-1017 Hz). Үзэгдэх эсвэл оптик спектр нь 1014 Гц давтамжийн мужид оршдог бөгөөд энэ нь 400 мкм-ээс 700 мкм хүртэлх урттай тохирч байна (зарим хүмүүс бага зэрэг "өргөн" харж чаддаг: 380 мкм-ээс 780 мкм хүртэл). Доод давтамж нь хэт улаан туяаны эсвэл дулааны спектр, мөн радио долгионтой тохирч, аль хэдийн хэдэн километр урт байж болно.

Өгүүллийн сүүлд бид дээрх жагсаалтад дурдсан 2-р төрлийн ангиллыг нарийвчлан авч үзэх болно.

Шугаман ба тасралтгүй ялгаруулалтын спектр

Тасралтгүй ялгарах спектр
Тасралтгүй ялгарах спектр

Ямар ч бодис халсан тохиолдолд цахилгаан соронзон долгион ялгаруулна. Тэд ямар давтамж, долгионы урттай байх вэ? Энэ асуултын хариулт нь судалж буй бодисыг нэгтгэх төлөвөөс хамаарна.

Шингэн ба хатуу биетүүд нь дүрмээр бол тасралтгүй давтамжийн багцыг ялгаруулдаг, өөрөөр хэлбэл тэдгээрийн хоорондын ялгаа маш бага тул бид тасралтгүй цацрагийн спектрийн тухай ярьж болно. Хариуд нь, хэрэв бага даралттай атомын хий халсан бол энэ нь тодорхой долгионы уртыг ялгаруулж "гэрэлтэж" эхэлнэ. Хэрэв сүүлийнх нь гэрэл зургийн хальсан дээр бүтээгдсэн бол тэдгээр нь тус бүр нь тодорхой давтамжийг (долгионы урт) хариуцдаг нарийн шугамууд байх болно. Иймээс энэ төрлийн цацрагийг шугаман ялгаралтын спектр гэж нэрлэсэн.

Шугаман ба тасралтгүй хоёрын хооронд ихэвчлэн атомын хий биш молекул ялгаруулдаг завсрын төрлийн спектр байдаг. Энэ төрөл нь тусгаарлагдсан туузууд бөгөөд тус бүрийг нарийвчлан авч үзвэл тусдаа нарийн шугамуудаас бүрддэг.

Шингээлтийн спектр

Устөрөгчийн шингээлтийн спектр
Устөрөгчийн шингээлтийн спектр

Өмнөх догол мөрөнд хэлсэн бүхэн нь долгионы бодисоор цацрах тухай өгүүлсэн. Гэхдээ энэ нь бас шингээх чадвартай. Ердийн туршилтыг хийцгээе: хүйтэн цэнэгтэй атомын хийг (жишээлбэл, аргон эсвэл неон) авч, улайсдаг чийдэнгийн цагаан гэрлийг түүгээр дамжуулъя. Үүний дараа бид хийгээр дамжин өнгөрөх гэрлийн урсгалд дүн шинжилгээ хийдэг. Хэрэв энэ урсгалыг бие даасан давтамж болгон задлах юм бол (үүнийг призм ашиглан хийж болно) ажиглагдсан тасралтгүй спектрт хар зурвас гарч ирдэг бөгөөд энэ нь эдгээр давтамжийг хийд шингээсэн болохыг харуулж байна. Энэ тохиолдолд нэг шугам шингээлтийн спектрийн тухай ярьж байна.

XIX зууны дундуур. Германы эрдэмтэн ГуставКирхгоф маш сонирхолтой шинж чанарыг олж нээсэн: тасралтгүй спектр дээр хар шугам гарч ирэх газрууд нь тухайн бодисын цацрагийн давтамжтай яг таарч байгааг анзаарчээ. Одоогоор энэ онцлогийг Кирхгофын хууль гэж нэрлэдэг.

Балмер, Лиман, Пашен нарын цуврал

Устөрөгчийн шугамын шингээлт ба ялгаралтын спектр
Устөрөгчийн шугамын шингээлт ба ялгаралтын спектр

19-р зууны сүүлчээс эхлэн дэлхийн физикчид цацрагийн шугамын спектр гэж юу болохыг ойлгохыг эрэлхийлсээр ирсэн. Өгөгдсөн химийн элементийн атом бүр ямар ч нөхцөлд ижил ялгаруулах чадвартай, өөрөөр хэлбэл зөвхөн тодорхой давтамжийн цахилгаан соронзон долгион ялгаруулдаг болохыг тогтоосон.

Энэ асуудлын анхны нарийвчилсан судалгааг Швейцарийн физикч Балмер хийсэн. Тэрээр туршилтандаа өндөр температурт халаасан устөрөгчийн хийг ашигласан. Устөрөгчийн атом нь бүх мэдэгдэж буй химийн элементүүдийн дунд хамгийн энгийн нь тул түүн дээрх цацрагийн спектрийн онцлогийг судлах нь хамгийн хялбар байдаг. Балмер гайхалтай үр дүнд хүрсэн бөгөөд үүнийг дараах томъёогоор бичжээ:

1/λ=RH(1/4-1/n2).

Энд λ нь ялгарах долгионы урт, RH - зарим тогтмол утга бөгөөд устөрөгчийн хувьд 1-тэй тэнцүү байна, 097107 m -1, n нь 3-аас эхэлсэн бүхэл тоо, өөрөөр хэлбэл 3, 4, 5 гэх мэт.

Энэ томъёоноос олж авсан бүх урт λ нь хүний нүдэнд харагдах оптик спектрийн хүрээнд оршдог. Устөрөгчийн λ утгын цувралыг спектр гэж нэрлэдэгБалмер.

Дараа нь Америкийн эрдэмтэн Теодор Лиман зохих тоног төхөөрөмжийг ашиглан хэт ягаан туяаны устөрөгчийн спектрийг нээж, Балмерын томъёотой төстэй томъёогоор тодорхойлсон:

1/λ=RH(1/1-1/n2).

Эцэст нь Германы өөр нэг физикч Фридрих Пасен хэт улаан туяаны бүсэд устөрөгч ялгаруулах томьёог олж авчээ:

1/λ=RH(1/9-1/n2).

Гэсэн хэдий ч 1920-иод оны квант механикийн хөгжил л эдгээр томьёог тайлбарлаж чадсан.

Рутерфорд, Бор ба атомын загвар

Рутерфордын атомын загвар
Рутерфордын атомын загвар

20-р зууны эхний арван жилд Эрнест Рутерфорд (Шинэ Зеланд гаралтай Британийн физикч) янз бүрийн химийн элементүүдийн цацраг идэвхт чанарыг судлах олон туршилт хийжээ. Эдгээр судалгааны ачаар атомын анхны загвар бий болсон. Рутерфорд материйн энэхүү "үр тариа" нь цахилгаан эерэг цөм ба тойрог замд эргэлддэг сөрөг электронуудаас бүрддэг гэж үздэг. Атом яагаад "задардаггүй"-ийг Кулоны хүч тайлбарладаг бөгөөд электронууд цөмд ордоггүйн шалтгаан нь төвөөс зугтах хүч юм.

Энэ загварт нэгээс бусад бүх зүйл логиктой юм шиг байна. Баримт нь муруй шугамын дагуу хөдөлж байх үед ямар ч цэнэгтэй бөөм нь цахилгаан соронзон долгион цацруулах ёстой. Гэхдээ тогтвортой атомын хувьд энэ нөлөө ажиглагддаггүй. Тэгвэл загвар нь өөрөө буруу болж таарч байна уу?

Түүнд шаардлагатай нэмэлт, өөрчлөлт оруулсанӨөр нэг физикч бол Дани Нилс Бор юм. Эдгээр нэмэлт, өөрчлөлтийг одоо түүний постулатууд гэж нэрлэдэг. Бор Рутерфордын загварт хоёр санал оруулсан:

  • электронууд атомын хөдөлгөөнгүй тойрог замд хөдөлдөг боловч фотон ялгаруулж, шингээдэггүй;
  • цацрагийн процесс (шингээх) нь электрон нэг тойрог замаас нөгөө тойрог замд шилжих үед л тохиолддог.

Хөдөлгөөнгүй Бор тойрог зам гэж юу болохыг бид дараагийн догол мөрөнд авч үзэх болно.

Энергийн түвшний тоо хэмжээ

Фотоны ялгаруулалт
Фотоны ялгаруулалт

Борын анх хэлсэн атом дахь электроны хөдөлгөөнгүй тойрог замууд нь энэхүү бөөмс-долгионы тогтвортой квант төлөвүүд юм. Эдгээр төлөвүүд нь тодорхой эрчим хүчээр тодорхойлогддог. Сүүлийнх нь атом дахь электрон ямар нэгэн энергийн "худаг"-д байдаг гэсэн үг юм. Тэр гаднаас фотон хэлбэрээр нэмэлт энерги хүлээн авбал өөр "нүх" рүү орж чадна.

Устөрөгчийн шингээлт ба ялгаралтын спектрийн томьёог дээр өгөгдсөн мөрөнд хаалтанд байгаа эхний гишүүн нь 1/m2 хэлбэрийн тоо байгааг харж болно., энд m=1, 2, 3.. нь бүхэл тоо. Энэ нь энергийн өндөр түвшний n-ээс электрон шилжих хөдөлгөөнгүй тойрог замын тоог тусгадаг.

Тэд харагдах муж дахь спектрийг хэрхэн судалдаг вэ?

Призмээр гэрлийн урсгалыг задлах
Призмээр гэрлийн урсгалыг задлах

Үүнд шилэн призм ашигладаг гэж дээр хэлсэн. Үүнийг анх Исаак Ньютон 1666 онд үзэгдэх гэрлийг солонгын өнгө болгон задлахдаа хийжээ. Шалтгаан ньЭнэ нөлөө нь долгионы уртаас хугарлын илтгэгчийн хамааралд оршдог. Жишээлбэл, цэнхэр гэрэл (богино долгион) нь улаан гэрлээс (урт долгион) илүү хүчтэй хугардаг.

Ерөнхий тохиолдолд аливаа материаллаг орчинд цахилгаан соронзон долгионы туяа хөдөлж байх үед энэ цацрагийн өндөр давтамжийн бүрэлдэхүүн хэсэг нь нам давтамжтайгаас илүү хүчтэй хугарч, тархдаг гэдгийг анхаарна уу. Үүний тод жишээ бол тэнгэрийн цэнхэр өнгө юм.

Линзний оптик ба харагдах спектр

Хроматик аберрацийн асуудал
Хроматик аберрацийн асуудал

Линзтэй ажиллахдаа нарны гэрлийг ихэвчлэн ашигладаг. Энэ нь тасралтгүй спектр учраас линзээр дамжин өнгөрөхөд түүний давтамж өөр өөр хугардаг. Үүний үр дүнд оптик төхөөрөмж нь бүх гэрлийг нэг цэгт цуглуулж чадахгүй бөгөөд цахилдаг сүүдэр гарч ирдэг. Энэ нөлөөг өнгөний гажилт гэж нэрлэдэг.

Линзний оптиктай холбоотой асуудал нь тохирох хэрэгсэлд (микроскоп, дуран) оптик шилийг хослуулан хэрэглэснээр хэсэгчлэн шийдэгддэг.

Зөвлөмж болгож буй: