Нормальна та аномальна дисперсії

Здебільшого показник заломлення зростає при збільшенні частоти. Це зростання називають нормальною дисперсією. Аномальна дисперсія — зменшення показника заломлення при збільшенні частоти — виникає в спектральних областях, близьких до частот інтенсивного поглинання.

При нормальній дисперсії червоне світло заломлюється слабше, ніж блакитне.

                              Суцільний спектр

Суцільний спектр — спектр, у якого монохроматичні складові заповнюють без розривів інтервал довжин хвиль, в межах якого відбувається випромінювання.

Суцільний спектр видимого випромінювання

 

Суцільний спектр відтворює нейтрально білий колір, що теоретично в природі ніколи не зустрічається. Наприклад, спектр випромінювання сонця протягом дня змінюється з слабко жовтуватого до помаранчевого ввечері, що пояснюється розсіюванням коротких синьо-фіолетових хвиль в атмосфері. Розсіяні короткі хвилі в атмосфері забарвлюють її в блакитні відтінки, а до земної поверхні доходить світло в якому бракує частини спектру. Кольорова температура, баланс білого кольору — поняття які повязані із частковою зміною спектру та його коррекцією.

                                             Види спектрів

Безперервні спектри

 

Сонячний спектр або спектр дугового ліхтаря є безперервним. Це означає, що в спектрі представлені хвилі всіх довжин. У спектрі немає розривів, і на екрані спектрографа можна бачити суцільну різнобарвну смугу (рис. V, 1).

               

Рис. V Спектри випускання: 1 - суцільний; 2 - натрію; 3 - водню; 4 - гелію. Спектри поглинання: 5 - сонячний; 6 - натрію; 7 - водню; 8 - гелію.

 

Розподіл енергії по частотах, тобто спектральна щільність інтенсивності випромінювання, для різних тіл різна. Наприклад, тіло з дуже чорної поверхнею випромінює електромагнітні хвилі всіх частот, але крива залежності спектральної щільності інтенсивності випромінювання від частоти має максимум при певній частоті nmax (рис. 47). Енергія випромінювання, що припадає на дуже малі (n→0) і дуже великі (n → ¥) частоти, мізерно мала. При підвищенні температури максимум спектральної щільності випромінювання зміщується в бік коротких хвиль.

(мал.47)

 

Безперервні (чи суцільні) спектри, як показує досвід, дають тіла, перебувають у твердому або рідкому стані, а також сильно стиснуті гази. Для отримання безперервного спектру потрібно нагріти тіло до високої температури.

 

Характер безперервного спектру і сам факт його існування визначаються не тільки властивостями окремих випромінюючих атомів, але і в сильному ступені залежать від взаємодії атомів один з одним.

 

Безперервний спектр дає також високотемпературна плазма. Електромагнітні хвилі випромінюються плазмою в основному при зіткненні електронів з іонами.

 

Лінійчатих спектри

 

Внесемо в бліде полум'я газового пальника шматочок азбесту, змоченого розчином звичайної кухонної солі. При спостереженні полум'я в спектроскоп на фоні ледь помітного неперервного спектра полум'я спалахне яскрава жовта лінія (рис. V, 2). Цю жовту лінію дають пари натрію, які утворюються при розщепленні молекул кухонної солі у полум'ї. На малюнку приведені також спектри водню і гелію. Кожен з них - це частокіл кольорових ліній різної яскравості, розділених широкими темними смугами. Такі спектри називаються лінійчатими. Наявність лінійного спектра означає, що речовина випромінює світло тільки цілком певних довжин хвиль (точніше, в певних дуже вузьких спектральних інтервалах). На малюнку 48 ви бачите зразкову розподіл спектральної щільності інтенсивності випромінювання в лінійчатий спектр. Кожна лінія має кінцеву ширину.

(мал.48)

 

Лінійчатих спектри дають всі речовини в газоподібному атомарному (але не молекулярному) стані. У цьому випадку світло випромінюють атоми, які практично не взаємодіють один з одним. Це самий фундаментальний, основний тип спектрів.

 

                                                      53. Спектри.

 

                                  Спектральний аналіз

Спектральний аналіз — сукупність методів визначення складу (наприклад, хімічного) об'єкта, заснований на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням: спектри електромагнітного випромінювання, радіації, акустичних хвиль, розподілу за масою та енергією елементарних частинок та інше. Спектральний аналіз ґрунтується на явищі дис­персії світла. Традиційно розмежовують:

· атомарний та молекулярний спектральний аналіз,

· «емісійний» — за спектром випромінення та «абсорбційний» — за спектром поглинання,

· «мас-спектрометричний» — за спектром мас атомарних чи молекулярних іонів.

Застосування

В астрономії

Най­важливішим джерелом інформації про більшість космічних об'єктів є їхнє випроміню­вання. Дістати найцінніші й найрізноманітніші відомості про тіла дає змогу спектральний аналіз їхнього випромінювання. За допо­могою цього методу можна встановити якісний і кількісний хіміч­ний склад світила, його температуру, наявність магнітного поля, швидкість руху та багато іншого.

Для одержання спектрів застосовують спектроскоп та спектрограф. У першому спектр розглядають, а у другому його фотографують. Спектрограма — фотографія спектра.

Існують такі види спектрів земних джерел і небесних тіл:

· Суцільний, або неперервний спектр у вигляді райдужної смужки дають непрозорі розжарені тіла (вугілля, нитка електро­лампи) і досить протяжні густі маси газів.

· Ліній частий спектр випромінювання дають розріджені гази й пара при сильному нагріванні. Кожний газ випромінює світло строго визначених довжин хвиль і дає характерний для даного хімічного елемента ліній частий спектр. Значні зміни стану газу або умов його світіння, наприклад нагрівання чи іонізація, спри­чиняють певні зміни в спектрі цього газу. Складено таблиці, в яких перелічуються лінії кожного газу й зазначається яскравість кожної лінії. Наприклад, у спектрі пари натрію (Na) особливо яскравими є дві жовті лінії.

· Ліній частий спектр поглинання дають гази й пара, якщо за ними міститься яскраве джерело, що дає неперервний спектр — це неперервний спектр, перерізаний темни­ми лініями саме в тих місцях, де мають бути яскраві лінії, власти­ві даному газові. Наприклад, дві темні лінії поглинання пари натрію (Na) містяться в жовтій частині спектра.

Вивчення спектрів дає змогу аналізувати хімічний склад га­зів, що випромінюють або поглинають світло. Кількість атомів або молекул, які випромінюють чи поглинають енергію, визначає­ться інтенсивністю ліній. Чим помітніша лінія певного елемента у спектрі випромінювання або поглинання, тим більше таких ато­мів (молекул) на шляху променя світла.

Сонце і зорі оточені газовими атмосферами. Неперервний спектр їхньої видимої поверхні перетинається темними лініями поглинання, які виникають, коли проміння проходить через атмосферу зірок. Тому їхні спектри — це спектри поглинання.

Швидкості руху небесних світил відносно Землі за променями зору (променеві швидкості) визначають за допомогою спектрального аналізу на основі ефекту Доплера: якщо джерело світла і спостерігач зближаються, то довжина хвилі, що визна­чається розташуванням спектральних ліній, скорочується, а при їхньому вза­ємному віддаленні довжина хвилі збільшується. Ця залежність подається формулою:

де ν — променева швидкість руху з урахуванням зна­ка (мінус при зближенні);

· — довжина хвилі нерухомого джерела;

· λ — довжина хвилі під час руху джерела;

· с — швидкість світла у вакуумі (~300 000 км/с).

Інакше кажучи, із зближенням спостерігача і джерела світла лінії спектра зсуваються до його фіолетового кінця, а з від­даленням — до червоного.

 

                                                 Ефект Доплера

 

 

Ефект Доплера — явище зміни частоти хвилі, яку реєструє приймач, викликане переміщенням джерела або приймача.

 

Рухоме джерело

,

де ν частота хвилі, яку фіксує нерухомий спостерігач, — частота коливань у рухомому джерелі, s — швидкість розповсюдження хвилі, v — швидкість джерела. Знак залежить від напрямку руху джерела відносно спостерігача.

Частота хвилі, яку фіксує спостерігач зростає, якщо джерело рухається до нього, й зменшується, якщо джерело рухається від спостерігача.

 

Рухомий спостерігач

Ситуація, коли рухається спостерігач, загалом не аналогічна руху джерела, бо хвилі розповсюджуються в певному середовищі. В такому випадку існують три системи відліку, пов'язані з середовищем, джерелом і спостерігачем.

При нерухомому відносно середовища джерелі спостерігач, який рухається із швидкістю V фіксуватиме хвилі на частоті

.

У випадку, коли рухаються і джерело й спостерігач

.

 

Електромагнітні хвилі

У випадку електромагнітних хвиль у порожнечі ситуація змінюється, оскільки середовища розповсюдження хвилі не існує. Відносна швидкість джерела й спостерігача залишається єдиною характеристикою руху.

,

де c — швидкість світла.

Використання

Ефект Доплера використовується в радіолокації для розпізнавання рухомих об'єктів, наприклад, літаків, на фоні нерухомих (гір, хмар). За червоним зміщенням світла від астрономічних об'єктів, вимірюється їхня швидкість і розраховується віддаль до них. Ефект Доплера широко використовується в медицині. На базі ефекту створені комп'ютерні комплекси ультразвукової доплерографії. Зміна характеристик ультразвуку при проходженні через судини дозволяє визначати стан кровообігу, як в поверхневих так і у внутрішніх судинах.

 

                                Рентгенівські промені

⇐ Предыдущая18192021222324252627Следующая ⇒

Поделиться: