الطاقة المشعة والتركيب الطيفي للإشعاع الضوئي. وجهان لعملة واحدة

لا يمكن أن توجد الطبيعة الحية بدون ضوء ، نظرًا لأن الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح الأرض هو عمليًا المصدر الوحيد للطاقة للحفاظ على التوازن الحراري للكوكب ، وخلق مواد عضوية بواسطة الكائنات الضوئية في المحيط الحيوي ، والتي تضمن في النهاية تكوين بيئة يمكنها تلبية الاحتياجات الحيوية لجميع الكائنات الحية.
يعتمد نظام الضوء لأي موطن على خط العرض الجغرافي ، والارتفاع فوق مستوى سطح البحر ، وحالة الغلاف الجوي ، والغطاء النباتي ، والموسم والوقت من اليوم ، والنشاط الشمسي ، وما إلى ذلك ، لذلك ، فإن تنوع ظروف الإضاءة على كوكبنا كبير للغاية: من مناطق مضاءة للغاية مثل الجبال العالية والصحاري والسهوب وإضاءة الشفق في أعماق المياه والكهوف.

يعتمد التأثير البيولوجي لأشعة الشمس على تكوينها الطيفي ومدتها وشدتها ودوريتها اليومية والموسمية.

الإشعاع الشمسي هو إشعاع كهرومغناطيسي في نطاق واسع من الموجات ، يشكل طيفًا مستمرًا من 290 إلى 3000 نانومتر. الأشعة فوق البنفسجية (UFL) الأقصر من 290 نانومتر ، الضارة بالكائنات الحية ، تمتصها طبقة الأوزون ولا تصل إلى الأرض. يتم الوصول إلى الأرض بشكل أساسي عن طريق الأشعة تحت الحمراء (حوالي 50٪ من إجمالي الإشعاع) والأشعة المرئية (45٪) من الطيف. تمثل حصة UFL ، التي يبلغ طولها الموجي 290-380 نانومتر ، 5 ٪ من الطاقة المشعة. تتميز الأشعة فوق البنفسجية طويلة الموجة ، التي تتمتع بطاقة فوتونية عالية ، بنشاط كيميائي عالٍ. في الجرعات الصغيرة ، يكون لها تأثير قوي مبيد للجراثيم ، وتعزز تخليق بعض الفيتامينات والأصباغ في النباتات والحيوانات والبشر - فيتامين د ؛ بالإضافة إلى أنها تسبب حروق الشمس عند الإنسان ، وهو رد فعل وقائي للجلد. الأشعة تحت الحمراء التي يزيد طولها الموجي عن 710 نانومتر لها تأثير حراري.

من الناحية البيئية ، الأهم هو المنطقة المرئية من الطيف (390-710 نانومتر) ، أو الإشعاع النشط ضوئيًا (PAR) ، الذي تمتصه أصباغ البلاستيدات الخضراء ، وبالتالي فهي ذات أهمية حاسمة في الحياة النباتية. تحتاج النباتات الخضراء إلى الضوء المرئي لتكوين الكلوروفيل ، وتشكيل بنية البلاستيدات الخضراء ؛ ينظم عمل جهاز الفم ، ويؤثر على تبادل الغازات والنتح ، ويحفز التركيب الحيوي للبروتينات والأحماض النووية ، ويزيد من نشاط عدد من الإنزيمات الحساسة للضوء. يؤثر الضوء أيضًا على انقسام واستطالة الخلايا ، وعمليات النمو وتطور النباتات ، ويحدد توقيت الإزهار والإثمار ، وله تأثير في التشكيل.
يؤثر الضوء ذو الترددات الإشعاعية المختلفة (والألوان المختلفة في النطاق المرئي) على نمو النباتات وتطورها والتمثيل الضوئي بطرق مختلفة. بشكل عام ، تمتص النباتات اللون الأزرق والأحمر ، بينما يعكس اللون الأخضر أو ​​ينقل. نتيجة لذلك ، يتم استخدام الضوء الأخضر بشكل أقل كفاءة بواسطة الأوراق. هذا هو السبب في أن أوراق النباتات خضراء في الغالب. يُطلق على اعتماد امتصاص واستيعاب النباتات للطاقة على الطول الموجي للإشعاع الضوئي طيف الطاقة للإشعاع النشط الضوئي (الإشعاع). في جوهره ، الإشعاع النشط الضوئي هو تدفق للطاقة من طيف معين ، عادةً طاقة الإشعاع

يتم إنفاق الطاقة الضوئية التي تمتصها النباتات على التمثيل الضوئي والتكوين الضوئي وتخليق الكلوروفيل ويستخدم جزء من الطاقة للتدفئة وإعادة الإشعاع. يعتمد نشاط هذه العمليات على الطول الموجي بطرق مختلفة. من خلال تغيير مكونات الإشعاع للأجزاء الزرقاء والخضراء والحمراء من الطيف ، من الممكن التأثير على إنبات أو نمو أو تثبيط العمليات البيولوجية المختلفة ومراحل التمثيل الضوئي. أظهرت الدراسات أن الإشعاع PAR لا يؤثر على النباتات فحسب ، بل يبطئ أيضًا بشكل كبير من تطور الفطريات المسببة للأمراض والبكتيريا على النباتات المعرضة للإشعاع.

ترى جميع النباتات أطوال موجية مختلفة في طيف PAR بشكل مختلف. هذا بسبب الامتصاص المختلف لأنواع مختلفة من الأصباغ في الأوراق. تمتص أصباغ الأوراق الرئيسية ، الكلوروفيل أ وب ، الضوء الأزرق والأحمر ، وتمتص الكاروتينات الضوء الأزرق. سمح تعميم البيانات الخاصة بامتصاص الضوء بواسطة أوراق المحاصيل المختلفة للمختصين في مكتب التصميم "Optimum" بحساب منحنى الامتصاص الطيفي الفعال للورقة الخضراء "المتوسطة" وأطياف المحاصيل الزراعية الرئيسية (الطماطم ، الخيار ، الفلفل).

تذكر: يوم صيفي مشمس - وفجأة ظهرت سحابة في السماء ، بدأت تمطر ، والذي بدا وكأنه "لم يلاحظ" أن الشمس تستمر في السطوع. هذا المطر يسمى شعبيا أعمى. لم يكن المطر قد انتهى بعد ، وكان قوس قزح متعدد الألوان يضيء في السماء (الشكل 13.1). لماذا ظهرت؟

تقسيم ضوء الشمس إلى طيف.

حتى في العصور القديمة ، لوحظ أن شعاع الشمس ، الذي يمر عبر منشور زجاجي ، يصبح متعدد الألوان. كان يعتقد أن سبب هذه الظاهرة هو خاصية المنشور لتلوين الضوء. هل هذا حقًا ، اكتشف العالم الإنجليزي البارز إسحاق نيوتن (1643-1727) ذلك في عام 1665 من خلال إجراء سلسلة من التجارب.

أرز. 13.1. يمكن ملاحظة قوس قزح ، على سبيل المثال ، في رذاذ نافورة أو شلال.

للحصول على شعاع ضيق من ضوء الشمس ، صنع نيوتن ثقبًا دائريًا صغيرًا في المصراع. عندما قام بتركيب منشور زجاجي أمام الحفرة ، ظهر شريط متعدد الألوان على الجدار المقابل ، والذي أطلق عليه العالم الطيف. على الشريط (كما في قوس قزح) ، حدد نيوتن سبعة ألوان: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي (الشكل 13.2 ، أ).

بعد ذلك ، باستخدام شاشة بها ثقب ، حدد العالم حزمًا ضيقة أحادية اللون (أحادية اللون) من الضوء من حزمة واسعة متعددة الألوان من الأشعة ووجهها مرة أخرى إلى المنشور. تم انحراف هذه الحزم بواسطة المنشور ، لكنها لم تعد تتحلل إلى طيف (الشكل 13.2 ، ب). في هذه الحالة ، انحرف شعاع الضوء البنفسجي أكثر من غيره ، وكان شعاع الضوء الأحمر منحرفًا بدرجة أقل من غيره.

سمحت نتائج التجارب لنيوتن باستخلاص الاستنتاجات التالية:

1) شعاع من الضوء الأبيض (ضوء الشمس) يتكون من ضوء بألوان مختلفة ؛

2) لا يقوم المنشور "بتلوين" الضوء الأبيض ، ولكنه يفصله (ينشره في طيف) بسبب اختلاف انكسار أشعة الضوء ذات الألوان المختلفة.

أرز. 13.2. مخطط 1. تجارب نيوتن لتحديد التركيب الطيفي للضوء

قارن التين. 13.1 و 13.2: ألوان قوس قزح هي ألوان الطيف. وهذا ليس مفاجئًا ، لأن قوس قزح في الحقيقة عبارة عن طيف ضخم من ضوء الشمس. أحد أسباب ظهور قوس قزح هو أن العديد من قطرات الماء الصغيرة تكسر ضوء الشمس الأبيض.

تعرف على تشتت الضوء

أظهرت تجارب نيوتن ، على وجه الخصوص ، أنه عندما ينكسر في منشور زجاجي ، فإن أشعة الضوء البنفسجي تنحرف دائمًا أكثر من أشعة الضوء الأحمر. هذا يعني أن معامل انكسار الزجاج مختلف بالنسبة لأشعة الضوء ذات الألوان المختلفة. هذا هو السبب في أن شعاع الضوء الأبيض يتحلل إلى طيف.

تسمى ظاهرة تحلل الضوء إلى طيف ، بسبب اعتماد معامل الانكسار للوسط على لون شعاع الضوء ، تشتت الضوء.

بالنسبة لمعظم الوسائط الشفافة ، يحتوي الضوء البنفسجي على أعلى مؤشر انكسار ، بينما يكون للضوء الأحمر أدنى مؤشر.

ما هو شعاع الضوء - البنفسجي أو الأحمر - الذي ينتشر في الزجاج بسرعة أكبر؟ تلميح: تذكر كيف يعتمد معامل الانكسار لوسط ما على سرعة الضوء في ذلك الوسط.

نحن نميز الألوان

في طيف ضوء الشمس ، يتم تمييز سبعة ألوان تقليديًا ويمكن تمييز المزيد. لكنك لن تتمكن أبدًا من إبراز اللون البني أو الأرجواني على سبيل المثال. هذه الألوان مركبة - تتشكل نتيجة تراكب (خلط) ألوان طيفية (نقية) بنسب مختلفة. بعض الألوان الطيفية ، عند فرضها على بعضها البعض ، تتشكل باللون الأبيض. تسمى هذه الأزواج من الألوان الطيفية التكميلية (الشكل 13.3).

بالنسبة للرؤية البشرية ، فإن الألوان الطيفية الرئيسية الثلاثة - الأحمر والأخضر والأزرق - لها أهمية خاصة: عند تركيبها ، تعطي هذه الألوان مجموعة متنوعة من الألوان والظلال.

تعتمد الصورة الملونة على شاشات الكمبيوتر والتلفزيون والهاتف على تراكب الألوان الطيفية الأساسية الثلاثة بنسب مختلفة (الشكل 13.4).

أرز. 13.5. تعكس الأجسام المختلفة أشعة الشمس وتنكسرها وتمتصها بطرق مختلفة ، وبفضل هذا نرى العالم من حولنا بألوان مختلفة.

اكتشف لماذا العالم ملون

مع العلم أن الضوء الأبيض مركب ، فمن الممكن تفسير سبب إضاءة العالم من حولنا من خلال مصدر واحد فقط للضوء الأبيض - الشمس ، الذي نراه متعدد الألوان (الشكل 13.5).

لذا ، فإن سطح ورقة المكتب يعكس بشكل متساوٍ أشعة جميع الألوان ، لذلك تبدو الورقة المضيئة بالضوء الأبيض بيضاء بالنسبة لنا. حقيبة ظهر زرقاء ، مضاءة بنفس الضوء الأبيض ، تعكس في الغالب الأشعة الزرقاء ، بينما تمتص الباقي.

ما هو اللون الذي تعتقد أن معظم بتلات عباد الشمس تعكسه؟ أوراق النبات؟

سيتم امتصاص الضوء الأزرق الموجه إلى بتلات الورد الأحمر بالكامل تقريبًا ، نظرًا لأن البتلات تعكس أشعة حمراء في الغالب ، بينما تمتص البقية. لذلك ، ستظهر لنا وردة مضاءة بالضوء الأزرق سوداء تقريبًا. إذا أضاء الثلج الأبيض بالضوء الأزرق ، فسيظهر باللون الأزرق بالنسبة لنا ، لأن الثلج الأبيض يعكس أشعة جميع الألوان (بما في ذلك الأزرق). لكن الفراء الأسود للقطط يمتص كل الأشعة جيدًا ، لذلك ستظهر القطة سوداء عند إضاءتها بأي ضوء (الشكل 13.6).

ملحوظة! نظرًا لأن لون الجسم يعتمد على خصائص الضوء الساقط ، فإن مفهوم اللون لا معنى له في الظلام.

أرز. 13.6. يعتمد لون الجسم على الخصائص البصرية لسطحه وخصائص الضوء الساقط.

تلخيص لما سبق

يتكون شعاع الضوء الأبيض من ضوء بألوان مختلفة. هناك سبعة ألوان طيفية: أحمر ، برتقالي ، أصفر ، أخضر ، أزرق ، نيلي ، بنفسجي.

يعتمد معامل الانكسار للضوء ، وبالتالي سرعة انتشار الضوء في الوسط ، على لون شعاع الضوء. إذا كان اعتماد معامل الانكسار للوسط على لون شعاع الضوء يسمى تشتت الضوء. نرى العالم من حولنا بألوان مختلفة بسبب حقيقة أن الأجسام المختلفة تعكس الضوء وتنكسر وتمتصه بطرق مختلفة.

أسئلة الاختبار

1. وصف تجارب 1. نيوتن لتحديد التركيب الطيفي للضوء.

2. اسم سبعة ألوان طيفية. 3. ما لون شعاع الضوء الذي ينكسر في المادة أكثر من غيرها؟ أقل من غيره؟ إذا 4. حدد تشتت الضوء. ما هي الظاهرة الطبيعية المرتبطة بالتشتت؟ 5. ما تسمى الألوان التكميلية؟ 6. قم بتسمية الألوان الثلاثة الأساسية للطيف. لماذا سموا ذلك؟ 7. لماذا نرى العالم من حولنا بألوان مختلفة؟

التمرين رقم 13

1. كيف ستبدو الأحرف السوداء على الورق الأبيض عند رؤيتها من خلال الزجاج الأخضر؟ كيف سيبدو لون الورقة؟

2. ما هي ألوان الضوء التي تمر عبر الزجاج الأزرق؟ تمتصه؟

3. بأي لون زجاج لا يمكنك رؤية نص مكتوب بالحبر الأرجواني على ورقة بيضاء؟

4. تنتشر أشعة الضوء ذات الألوان الأحمر والبرتقالي والأزرق في الماء. أي شعاع ينتشر الأسرع؟

5. استخدم مصادر معلومات إضافية واكتشف سبب زرقة السماء. لماذا الشمس غالبا ما تكون حمراء عند غروب الشمس؟

مهمة تجريبية

"Rainbow Creators" املأ إناءً ضحلًا بالماء وضعه على الحائط الخفيف. ضع مرآة مسطحة بزاوية على قاع الإناء (انظر الشكل). قم بتوجيه شعاع من الضوء إلى المرآة - سيظهر "شعاع الشمس" على الحائط. افحصها واشرح الظاهرة المرصودة.

الفيزياء والتكنولوجيا في أوكرانيا

جامعة كييف الوطنية. تأسست Taras Shevchenko (KNU) في نوفمبر 1833 باسم الجامعة الإمبراطورية في سانت فلاديمير. أول رئيس للجامعة هو عالم موسوعة بارز ميخائيل ألكساندروفيتش ماكسيموفيتش.

ترتبط أسماء العلماء المشهورين - علماء الرياضيات والفيزياء وعلم التحكم الآلي وعلماء الفلك - بـ KNU: D. A. Grave ، M.F Kravchuk ، G.V. Pfeiffer ، N.N. Bogolyubov ، V. M. ، N.N. Schiller، I. I. Kosonogov، A.G Sitenko، V.E Lashkarev، R F. Vogel، M.F Khandrikov، S.KVsekhsvyatsky

المدارس العلمية في جامعة كارولينا الشمالية معروفة في العالم - الجبر ونظرية الاحتمالات والإحصاء الرياضي والميكانيكا وفيزياء أشباه الموصلات والإلكترونيات الفيزيائية والفيزياء السطحية والتعدين وبصريات المواد الجديدة ، إلخ. Gubersky.

هذه مادة كتابية.

الضوء - الإشعاع الكهرومغناطيسي المنبعث من مادة ساخنة أو مثارة ، تدركها العين البشرية. في كثير من الأحيان ، يُفهم الضوء ليس فقط على أنه ضوء مرئي ، ولكن أيضًا كمناطق واسعة من الطيف المجاورة له. تتمثل إحدى خصائص الضوء في لونه ، والذي يتم تحديده بالنسبة للإشعاع أحادي اللون من خلال الطول الموجي ، وللإشعاع المعقد - من خلال تكوينه الطيفي.

رئيسي مصدر الضوء الشمس. يعتبر الضوء المنبعث أبيض اللون. يأتي الضوء من الشمس بأطوال موجية مختلفة.

للضوء درجة حرارة تعتمد على قوة إشعاع الضوء. في المقابل ، تعتمد الطاقة على الطول الموجي.

يظهر الضوء المنبعث من المصباح المتوهج باللون الأبيض ، لكن طيفه يتحول إلى اللون الأحمر.

يتحول الضوء المنبعث من المصباح الفلوري نحو الجزء البنفسجي من الطيف ، ولونه مزرق ودرجة حرارة لون عالية.

ضوء الشمس في المرتفعات يتجه نحو الموجات البنفسجية. هذا بسبب الغلاف الجوي المخلخل على علو شاهق.

في الصحراء الرملية ، سيتحول الطيف نحو الأمواج الحمراء ، لأن. يضاف إشعاع الرمال الساخنة إلى ضوء الشمس.

عند التصوير ، من الضروري مراعاة هذه الحقائق ، لمعرفة مدى إشعاع الضوء المتاح للحصول على صورة عالية الجودة مع الظلال المتوفرة في الأصل.

الذي - التي. تأتي الفوتونات ذات الأطوال المختلفة من مصادر ضوء مختلفة.

اللون هو الإحساس الذي تثيره عين الإنسان ودماغه بواسطة ضوء متفاوت الأطوال الموجية والشدة.

يوجد إشعاع ذو شدة مختلفة بشكل موضوعي ويسبب الإحساس بلون معين. لكن في حد ذاته ليس له لون. يحدث اللون في أعضاء الرؤية البشرية. لا توجد بشكل مستقل عنهم. لذلك ، لا يمكن اعتبارها قيمة موضوعية.

لوصف اللون ، يتم استخدام التقييمات النوعية والكمية لخصائصه.

أسباب الأحاسيس اللونية هي الإشعاع الكهرومغناطيسي والضوء ، وترتبط خصائصه الموضوعية بالخصائص الذاتية للون وتشبعه ونغمته وسطوعه.

درجة اللون غير موضوعية. بسبب خصائص الإدراك البصري البشري ، الضوء ، تعريف موجة الشدة.

تسمى درجة الحرارة التي يبعث عندها الجسم الأسود الضوء من نفس التركيب الطيفي للضوء قيد الدراسة بدرجة حرارة اللون. إنه يشير فقط إلى التوزيع الطيفي للطاقة الإشعاعية ، وليس درجة حرارة المصدر. وبالتالي ، فإن ضوء السماء الزرقاء يتوافق مع درجة حرارة اللون من حوالي 12500-25000 كلفن ، أي أعلى بكثير من درجة حرارة الشمس. يتم التعبير عن درجة حرارة اللون بالكلفن (ك).

ينطبق مفهوم درجة حرارة اللون فقط على مصادر الضوء (الساخنة) الحرارية. لا يمكن تمييز ضوء التفريغ الكهربائي في الغازات والأبخرة المعدنية (الصوديوم والزئبق ومصابيح النيون) بقيمة درجة حرارة اللون.

التركيب الكيميائي للمادة- أهم ما يميز المواد التي يستخدمها الإنسان. بدون معرفته الدقيقة ، من المستحيل تخطيط العمليات التكنولوجية في الإنتاج الصناعي بأي دقة مرضية. في الآونة الأخيرة ، أصبحت متطلبات تحديد التركيب الكيميائي للمادة أكثر صرامة: تتطلب العديد من مجالات النشاط الصناعي والعلمي مواد ذات "نقاوة" معينة - هذه هي المتطلبات لتركيب دقيق وثابت ، بالإضافة إلى معيار صارم تقييد وجود شوائب من المواد الغريبة. فيما يتعلق بهذه الاتجاهات ، يتم تطوير المزيد والمزيد من الطرق التقدمية لتحديد التركيب الكيميائي للمواد. وتشمل هذه طريقة التحليل الطيفي ، والتي توفر دراسة دقيقة وسريعة لكيمياء المواد.

خيال الضوء

طبيعة التحليل الطيفي

(التحليل الطيفي) يدرس التركيب الكيميائي للمواد بناءً على قدرتها على إصدار الضوء وامتصاصه. من المعروف أن كل عنصر كيميائي يصدر ويمتص طيفًا ضوئيًا مميزًا له فقط ، بشرط أن يتم اختزاله إلى الحالة الغازية.

وفقًا لهذا ، من الممكن تحديد وجود هذه المواد في مادة معينة من خلال طيفها المتأصل. تجعل الطرق الحديثة للتحليل الطيفي من الممكن إثبات وجود مادة يصل وزنها إلى جزء من المليار غرام في عينة - مؤشر شدة الإشعاع هو المسؤول عن ذلك. يميز تفرد الطيف المنبعث من الذرة علاقته العميقة بالبنية الفيزيائية.

الضوء المرئي هو إشعاع من 3,8 *10 -7 قبل 7,6*10 -7 م مسؤولة عن ألوان مختلفة. يمكن للمواد أن تبعث الضوء فقط في حالة الإثارة (تتميز هذه الحالة بمستوى متزايد من الداخل) في وجود مصدر ثابت للطاقة.

تلقي ذرات المادة فائضًا من الطاقة ، تنبعث منها في شكل ضوء وتعود إلى حالة طاقتها الطبيعية. هذا هو الضوء المنبعث من الذرات الذي يستخدم للتحليل الطيفي. تشمل أكثر أنواع الإشعاع شيوعًا: الإشعاع الحراري ، والتلألؤ الكهربي ، والتلألؤ الكاثوليكي ، والتلألؤ الكيميائي.

التحليل الطيفي. تلوين اللهب بالأيونات المعدنية

أنواع التحليل الطيفي

يميز بين التحليل الطيفي للانبعاث والامتصاص. تعتمد طريقة التحليل الطيفي للانبعاث على خصائص العناصر لإصدار الضوء. لإثارة ذرات مادة ما ، يتم استخدام تسخين عالي الحرارة ، يساوي عدة مئات أو حتى آلاف الدرجات - لهذا الغرض ، يتم وضع عينة من المادة في اللهب أو في مجال التفريغ الكهربائي القوي. تحت تأثير أعلى درجة حرارة ، تنقسم جزيئات المادة إلى ذرات.

الذرات ، التي تستقبل الطاقة الزائدة ، تنبعث منها في شكل كمات ضوئية ذات أطوال موجية مختلفة ، والتي يتم تسجيلها بواسطة الأجهزة الطيفية - الأجهزة التي تصور بصريًا طيف الضوء الناتج. تعمل الأجهزة الطيفية أيضًا كعنصر فصل في نظام التحليل الطيفي ، لأن تدفق الضوء يتم تجميعه من جميع المواد الموجودة في العينة ، ومهمتها هي تقسيم الصفيف الكلي للضوء إلى أطياف من العناصر الفردية وتحديد شدتها ، والتي سوف السماح في المستقبل باستخلاص استنتاجات حول قيمة العنصر الموجود في الكتلة الإجمالية للمواد.

• اعتمادًا على طرق مراقبة وتسجيل الأطياف ، يتم تمييز الأدوات الطيفية: أجهزة الطيف والمطياف. الأول يسجل الطيف على فيلم فوتوغرافي ، بينما يجعل الأخير من الممكن عرض الطيف للمراقبة المباشرة من قبل شخص من خلال تلسكوبات خاصة. لتحديد الأبعاد ، يتم استخدام المجاهر المتخصصة ، والتي تسمح بتحديد الطول الموجي بدقة عالية.
• بعد تسجيل طيف الضوء ، يخضع لتحليل شامل. يتم تحديد موجات بطول معين وموقعها في الطيف. علاوة على ذلك ، يتم إجراء نسبة موقعهم مع الانتماء إلى المواد المرغوبة. يتم ذلك عن طريق مقارنة بيانات موقع الموجات بالمعلومات الموجودة في الجداول المنهجية ، والتي تشير إلى الأطوال الموجية النموذجية وأطياف العناصر الكيميائية.
• يتم إجراء التحليل الطيفي للامتصاص على غرار التحليل الطيفي للانبعاثات. في هذه الحالة ، يتم وضع المادة بين مصدر الضوء والجهاز الطيفي. بالمرور عبر المادة التي تم تحليلها ، يصل الضوء المنبعث إلى الجهاز الطيفي "بانخفاضات" (خطوط الامتصاص) عند أطوال موجية معينة - تشكل الطيف الممتص للمادة قيد الدراسة. يشبه التسلسل الإضافي للدراسة عملية التحليل الطيفي للانبعاثات المذكورة أعلاه.

اكتشاف التحليل الطيفي

أهمية التحليل الطيفي للعلم

سمح التحليل الطيفي للبشرية باكتشاف العديد من العناصر التي لا يمكن تحديدها بالطرق التقليدية لتسجيل المواد الكيميائية. هذه عناصر مثل الروبيديوم والسيزيوم والهيليوم (تم اكتشافه باستخدام التحليل الطيفي للشمس - قبل وقت طويل من اكتشافه على الأرض) والإنديوم والغاليوم وغيرها. تم العثور على خطوط هذه العناصر في أطياف انبعاث الغازات ، وفي وقت دراستهم كانت غير قابلة للتحديد.

أصبح من الواضح أن هذه عناصر جديدة ، غير معروفة حتى الآن. كان للتحليل الطيفي تأثير خطير على تشكيل النوع الحالي من الصناعات المعدنية وصناعات بناء الآلات ، والصناعة النووية ، والزراعة ، حيث أصبح أحد الأدوات الرئيسية للتحليل المنهجي.

أصبح التحليل الطيفي ذا أهمية كبيرة في الفيزياء الفلكية.

إثارة قفزة هائلة في فهم بنية الكون والتأكيد على حقيقة أن كل ما هو موجود يتكون من نفس العناصر ، والتي ، من بين أشياء أخرى ، كثيرة على الأرض. اليوم ، تسمح طريقة التحليل الطيفي للعلماء بتحديد التركيب الكيميائي للنجوم والسدم والكواكب والمجرات الواقعة على بعد بلايين الكيلومترات من الأرض - هذه الأجسام ، بالطبع ، لا يمكن الوصول إليها من خلال طرق التحليل المباشر نظرًا لبعدها الكبير.

باستخدام طريقة التحليل الطيفي للامتصاص ، من الممكن دراسة الأجسام الفضائية البعيدة التي لا تحتوي على إشعاعها الخاص. تتيح هذه المعرفة إمكانية تحديد أهم خصائص الأجسام الفضائية: الضغط ودرجة الحرارة وخصائص بنية الهيكل وغير ذلك الكثير.

وجدت تجارب نيوتن أن ضوء الشمس له طابع معقد. بطريقة مماثلة ، أي من خلال تحليل تكوين الضوء بمساعدة المنشور ، يمكن للمرء أن يقتنع بأن ضوء معظم المصادر الأخرى (المصباح المتوهج ، المصباح القوسي ، إلخ) له نفس الصفة. بمقارنة أطياف هذه الأجسام المضيئة ، نجد أن الأقسام المقابلة من الأطياف لها سطوع مختلف ، أي أن الطاقة موزعة بشكل مختلف في أطياف مختلفة. يمكنك التحقق من ذلك بشكل أكثر موثوقية إذا درست الأطياف بمساعدة عنصر حراري (انظر الفقرة 149).

بالنسبة للمصادر العادية ، فإن هذه الاختلافات في الطيف ليست كبيرة جدًا ، ولكن يمكن اكتشافها بسهولة. تكتشف أعيننا ، حتى بدون مساعدة جهاز طيفي ، الاختلافات في جودة الضوء الأبيض الذي توفره هذه المصادر. وهكذا ، فإن ضوء الشمعة يبدو مائلاً للصفرة أو حتى ضارب إلى الحمرة مقارنة بالمصباح المتوهج ، وهذا الأخير أخف بشكل ملحوظ من ضوء الشمس.

والأهم من ذلك هو الاختلاف إذا كان مصدر الضوء بدلاً من الجسم الساخن عبارة عن أنبوب مملوء بالغاز يتوهج تحت تأثير التفريغ الكهربائي. تستخدم هذه الأنابيب حاليًا في النقوش المضيئة أو إنارة الشوارع. البعض منهم مصابيح التفريغتعطي ضوء أصفر ساطع (مصابيح الصوديوم) أو أحمر (مصابيح نيون) ، والبعض الآخر يتوهج بضوء أبيض (الزئبق) ، يختلف بشكل واضح في الظل عن الشمس. تظهر الدراسات الطيفية للضوء من هذه المصادر أن طيفها يحتوي فقط على أقسام ملونة فردية ، ضيقة إلى حد ما.

في الوقت الحاضر ، تعلموا كيفية تصنيع مصابيح تفريغ الغاز ، والتي يكون لضوءها تركيبة طيفية قريبة جدًا من الشمس. تسمى هذه المصابيح مصابيح فلورسنت(انظر الفقرة 186).

إذا قمت بفحص ضوء الشمس أو مصباح قوسي ، تمت تصفيته من خلال زجاج ملون ، فسيكون مختلفًا بشكل ملحوظ عن الأصل. ستقوم العين بتقييم هذا الضوء على أنه ملون ، وسيكشف التحلل الطيفي أن أجزاء مهمة أو أقل من طيف المصدر غائبة أو ضعيفة جدًا في طيفها.

§ 165. نور وألوان الأجساد.توضح التجارب الموصوفة في الفقرة 164 أن الضوء الذي يسبب الإحساس بلون أو آخر في أعيننا له تركيبة طيفية معقدة إلى حد ما. اتضح أن أعيننا عبارة عن جهاز غير كامل إلى حد ما لتحليل الضوء ، بحيث يمكن للأشعة ذات التكوين الطيفي المختلف أن تنتج أحيانًا نفس الانطباع اللوني تقريبًا. ومع ذلك ، فبمساعدة العين نكتسب المعرفة حول مجموعة الألوان الكاملة في العالم من حولنا.

الحالات التي يتم فيها توجيه الضوء من المصدر مباشرة إلى عين المراقب نادرة نسبيًا. في كثير من الأحيان ، يمر الضوء أولاً عبر الأجسام ، وينكسر ويمتص جزئيًا فيها ، أو ينعكس بشكل كامل أو أكثر من سطحها. وبالتالي ، يمكن تغيير التركيب الطيفي للضوء الذي وصل إلى أعيننا بشكل كبير بسبب عمليات الانعكاس والامتصاص وما إلى ذلك الموصوفة أعلاه.في الغالبية العظمى من الحالات ، تؤدي كل هذه العمليات فقط إلى إضعاف مناطق طيفية معينة ويمكن حتى القضاء تمامًا على بعضها من مثل هذه المناطق ، لكن لا تضيف إلى الضوء الذي جاء من المصدر إشعاع تلك الأطوال الموجية التي لم تكن موجودة فيه. ومع ذلك ، يمكن أن تحدث مثل هذه العمليات (على سبيل المثال ، في ظاهرة التألق).

§ 166- معاملات الامتصاص والانعكاس والانتقال.يتنوع لون الأشياء المختلفة التي يضيءها نفس مصدر الضوء (على سبيل المثال ، الشمس) ، على الرغم من حقيقة أن كل هذه الأشياء مضاءة بضوء من نفس التكوين. الدور الرئيسي في هذه التأثيرات هو ظاهرة انعكاس الضوء ونقله. كما تم توضيحه بالفعل ، ينعكس حادث التدفق الضوئي على الجسم جزئيًا (مبعثر) وينتقل جزئيًا ويمتصه الجسم جزئيًا. يتم تحديد نسبة تدفق الضوء المتضمن في كل من هذه العمليات باستخدام المعاملات المناسبة: الانعكاس r ، والإرسال t ، والامتصاص a (انظر الفقرة 76).

يمكن أن يعتمد كل من المعاملات المشار إليها (a ، r ، t) على الطول الموجي (اللون) ، بسبب التأثيرات المختلفة التي تنشأ عند إضاءة الأجسام. من السهل أن نرى أن أي جسم يكون فيه ، على سبيل المثال ، نفاذية كبيرة للضوء الأحمر ، ومعامل الانعكاس صغير ، وبالنسبة للأخضر ، على العكس من ذلك ، سيظهر باللون الأحمر في الضوء المنقول والأخضر في الضوء المنعكس. تمتلك هذه الخصائص ، على سبيل المثال ، عن طريق الكلوروفيل - مادة خضراء موجودة في أوراق النباتات وتسبب لونها الأخضر. يتضح أن محلول (مستخلص) الكلوروفيل في الكحول يتحول إلى اللون الأحمر في الضوء والأخضر في الانعكاس.

الأجسام التي يكون فيها الامتصاص كبيرًا لجميع الأشعة ، والانعكاس والانتقال صغيران جدًا ، ستكون أجسامًا سوداء غير شفافة (على سبيل المثال ، السخام). بالنسبة لجسم معتم شديد البياض (أكسيد المغنيسيوم) ، يكون المعامل r قريبًا من الوحدة لجميع الأطوال الموجية ، والمعاملان a و t صغير جدا. يحتوي الزجاج الشفاف تمامًا على معاملات انعكاس صغيرة r ومعاملات الامتصاص a ونفاذية t قريبة من الوحدة لجميع الأطوال الموجية ؛ على العكس من ذلك ، بالنسبة للزجاج الملون ، بالنسبة لبعض الأطوال الموجية ، فإن المعاملين t و r تساويان عمليًا الصفر ، وبالتالي فإن قيمة المعامل a قريبة من الوحدة. يتسبب الاختلاف في قيم المعاملات a و t و r واعتمادها على اللون (الطول الموجي) في تنوع غير عادي في ألوان وظلال الأجسام المختلفة.

167. الأجسام الملونة مضاءة بضوء أبيض.تظهر الأجسام المطلية ملونة عند إضاءتها بالضوء الأبيض. إذا كانت طبقة الطلاء سميكة بدرجة كافية ، فسيتم تحديد لون الجسم بواسطتها ولا يعتمد على خصائص الطبقات الموجودة أسفل الطلاء. عادةً ما يكون الطلاء عبارة عن حبيبات صغيرة تشتت الضوء بشكل انتقائي وتغمر في كتلة شفافة تربطها ، مثل الزيت. تحدد المعاملات a و r و t لهذه الحبوب خصائص الطلاء.

يظهر عمل الطلاء بشكل تخطيطي في الشكل. 316. تعكس الطبقة العليا كل شيء بشكل متساوٍ تقريبًا

أرز. 316. مخطط عمل طبقة من الطلاء

الأشعة ، أي الضوء الأبيض يأتي منها. حصتها ليست كبيرة جدا ، حوالي 5٪. نسبة 95٪ المتبقية من الضوء تخترق الدهان بعمق وتشتت بفعل حبيباتها وتنطفئ. في هذه الحالة ، يتم امتصاص جزء من الضوء في حبيبات الطلاء ، ويتم امتصاص بعض المناطق الطيفية بدرجة أكبر أو أقل ، اعتمادًا على لون الطلاء. ينتشر جزء من الضوء الذي يخترق أعمق على الطبقات التالية من الحبوب ، وما إلى ذلك. ونتيجة لذلك ، سيكون للجسم المضاء بالضوء الأبيض لون تحدده قيم المعاملات a و t و r للحبوب من الطلاء الذي يغطيه.

تسمى الدهانات التي تمتص الضوء المتساقط عليها في طبقة رقيقة جدًا تغطية.تسمى الدهانات ، التي يرجع عملها إلى مشاركة العديد من طبقات الحبوب تزجيج.يتيح لك هذا الأخير تحقيق تأثيرات جيدة جدًا عن طريق خلط عدة أنواع من الحبوب الملونة (محو على لوح الألوان). نتيجة لذلك ، يمكنك الحصول على مجموعة متنوعة من تأثيرات الألوان. من المثير للاهتمام أن نلاحظ أن خلط ألوان التزجيج المقابلة للألوان التكميلية يجب أن ينتج عنه ظلال داكنة جدًا. في الواقع ، دع الحبيبات الحمراء والخضراء تمتزج في الطلاء. ستمتص الحبيبات الخضراء الضوء الذي تنتشره الحبيبات الحمراء والعكس صحيح ، بحيث لا يفلت أي ضوء تقريبًا من طبقة الطلاء. وبالتالي ، فإن مزج الألوان يعطي نتائج مختلفة تمامًا عن خلط الضوء من الألوان المقابلة. يجب على الفنان مراعاة هذا الظرف عند خلط الدهانات.

§ 168. أجسام ملونة مضاءة بضوء ملون.كل ما سبق ينطبق على إضاءة الضوء الأبيض. إذا كان التركيب الطيفي للضوء الساقط مختلفًا بشكل كبير عن ضوء النهار ، فيمكن أن تكون تأثيرات الإضاءة مختلفة تمامًا. تبدو المناطق الملونة الزاهية في الصورة الملونة مظلمة إذا كان الضوء الساقط يفتقر تحديدًا إلى تلك الأطوال الموجية التي لها انعكاسية عالية لهذه المناطق. حتى الانتقال من ضوء النهار إلى الإضاءة المسائية الاصطناعية يمكن أن يغير بشكل كبير نسبة الظلال. في ضوء النهار ، تكون النسبة النسبية للأشعة الصفراء والخضراء والزرقاء أكبر بكثير منها في الضوء الاصطناعي. لذلك ، تظهر الأقمشة الصفراء والخضراء أكثر قتامة في ضوء المساء مقارنة بالنهار ، وغالبًا ما تظهر الأقمشة الزرقاء في ضوء النهار سوداء تمامًا أسفل المصابيح. يجب أن يؤخذ هذا الظرف في الاعتبار من قبل الفنانين والمصممين الذين يختارون الألوان لعرض مسرحي أو لاستعراض خلال النهار في الهواء الطلق.

في العديد من الصناعات التي يكون فيها التقييم الصحيح للظلال أمرًا مهمًا ، على سبيل المثال عند فرز الخيوط ، يكون العمل في الإضاءة المسائية أمرًا صعبًا للغاية أو حتى مستحيلًا تمامًا. لذلك ، في ظل هذه الظروف ، من المنطقي استخدام مصابيح الفلورسنت ، أي المصابيح التي يكون تكوينها الطيفي للضوء أقرب ما يمكن من التركيب الطيفي لضوء النهار (انظر الفقرة 187).

§ 169. التمويه وفض القناع.حتى مع الإضاءة الساطعة ، لا يمكننا التمييز بين الأجسام التي لا يختلف لونها عن لون الخلفية المحيطة ، أي الأجسام التي يكون للمعامل r لها نفس القيم تقريبًا لجميع الأطوال الموجية كما في الخلفية. لهذا السبب ، على سبيل المثال ، من الصعب للغاية التمييز بين الحيوانات ذات الفراء الأبيض أو الأشخاص الذين يرتدون ملابس بيضاء في سهل ثلجي. يستخدم هذا في الشؤون العسكرية للتمويه الملون للقوات والمنشآت العسكرية. في الطبيعة ، في عملية الانتقاء الطبيعي ، اكتسبت العديد من الحيوانات تلوينًا وقائيًا (تقليد).

مما سبق ، يتضح أن أفضل إخفاء هو اختيار مثل هذا اللون ، حيث يكون لمعامل الانعكاس r لجميع الأطوال الموجية نفس قيم الخلفية المحيطة. من الناحية العملية ، من الصعب جدًا تحقيق ذلك ، وبالتالي غالبًا ما يقتصر على اختيار معاملات الانعكاس القريبة للإشعاع ، والتي تلعب دورًا مهمًا بشكل خاص في ضوء النهار ومراقبة العين. هذا هو في الغالب الجزء الأصفر والأخضر من الطيف ، والذي تكون فيه العين حساسة بشكل خاص والتي يتم تمثيلها بقوة أكبر في ضوء الشمس (ضوء النهار). ومع ذلك ، إذا لم يتم ملاحظة الأشياء المموهة بهذه الطريقة بالعين ، ولكن تم تصويرها ، فقد يفقد التمويه أهميته. في الواقع ، تكون الأشعة فوق البنفسجية والبنفسجية قوية بشكل خاص على لوحة التصوير. لذلك ، إذا كانت معاملات انعكاس الكائن والخلفية في هذه المنطقة من الطيف مختلفة بشكل ملحوظ عن بعضها البعض ، فعندما تلاحظ بالعين ، فإن مثل هذا العيب في التقنيع سوف يمر دون أن يلاحظه أحد ، لكنه سيظهر بشكل حاد في الصورة . سيكون عيب التمويه مرئيًا أيضًا إذا لاحظ المرء من خلال مرشح ضوئي يزيل عمليا تلك الأطوال الموجية التي تم تصميم التمويه بشكل أساسي لها ، على سبيل المثال ، من خلال مرشح أزرق. على الرغم من الانخفاض الكبير في سطوع الصورة بأكملها عند عرضها من خلال هذا الفلتر ، فقد تظهر عليها التفاصيل التي كانت مخفية عند ملاحظتها في الضوء الأبيض. يمكن أن يكون لإقران مرشح مع صورة تأثير قوي بشكل خاص. لذلك ، عند اختيار ألوان الإخفاء ، يجب على المرء أن ينتبه إلى تعريف r لمجموعة واسعة إلى حد ما من الطيف ، بما في ذلك الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية.

تستخدم مرشحات الضوء أحيانًا لتحسين النقل الصحيح للإضاءة عند التصوير. نظرًا لحقيقة أن أقصى حساسية للعين ولوحة التصوير تكمن في مناطق مختلفة (الأصفر والأخضر للعين والأزرق البنفسجي للوحة التصوير) ، يمكن أن تكون الانطباعات البصرية والتصويرية مختلفة تمامًا. تبدو صورة فتاة ترتدي بلوزة صفراء وتنورة أرجوانية للعين فاتحة في الجزء العلوي منها وداكنة في الجزء السفلي منها. على بطاقة فوتوغرافية ، قد يبدو أنها ترتدي بلوزة داكنة وتنورة فاتحة اللون. من ناحية أخرى ، إذا تم وضع مرشح ضوء أصفر أمام عدسة فوتوغرافية ، فسيغير نسبة إضاءة التنورة والبلوزة في اتجاه يقترب من الانطباع البصري. علاوة على ذلك ، باستخدام فيلم فوتوغرافي بحساسية متزايدة للأطوال الموجية الطويلة (orthochromatic) مقارنة بالأطوال الموجية التقليدية ، يمكننا تحقيق استنساخ صحيح إلى حد ما لإضاءة الشكل.

§ 170. تشبع الألوان.بالإضافة إلى تعيين اللون - الأحمر ، والأصفر ، والأزرق ، وما إلى ذلك - غالبًا ما نميز اللون بالتشبع ، أي بنقاء اللون ، وغياب البياض. مثال على الألوان العميقة أو المشبعة هي ألوان طيفية. إنها تمثل نطاقًا ضيقًا من الأطوال الموجية دون اختلاط الألوان الأخرى. عادة ما تكون ألوان الأقمشة والدهانات التي تغطي الأشياء أقل تشبعًا وأكثر أو أقل بياضًا. يكمن السبب في حقيقة أن معامل الانعكاس لمعظم الملونات لا يساوي الصفر لأي طول موجي. وهكذا ، عندما يضيء قماش مصبوغ بضوء أبيض ، نلاحظ في الضوء المتناثر منطقة لون واحدة (على سبيل المثال ، أحمر) ، ولكن يتم خلط كمية ملحوظة من الأطوال الموجية الأخرى ، مما يعطي الضوء الأبيض بشكل إجمالي. ولكن إذا كان مثل هذا الضوء المتناثر على الأنسجة مع غلبة لون واحد (على سبيل المثال ، أحمر) لم يتم توجيهه مباشرة إلى العين ، ولكن تم إجباره على الانعكاس مرة ثانية من نفس النسيج ، فإن نسبة اللون السائد سوف تزداد بشكل ملحوظ مقارنة بالباقي وسيقل البياض .. يمكن أن يؤدي التكرار المتعدد لمثل هذه العملية (شكل 317) إلى لون مشبع بدرجة كافية.

أرز. 317. الحصول على لون مشبع عندما ينعكس من ستارة حمراء

إذا تم الإشارة إلى شدة الضوء الساقط لأي طول موجي أنا، ومعامل الانعكاس لنفس الطول الموجي - خلال r ، ثم بعد انعكاس واحد نحصل على الكثافة أناص ، بعد ضعف أناص 2 ، بعد ثلاثة أنا r 3 ، إلخ. يمكن أن نرى من هذا أنه إذا كانت r لبعض المناطق الطيفية الضيقة ، على سبيل المثال ، 0.7 ، وبالنسبة للباقي يكون 0.1 ، فعندئذٍ بعد انعكاس واحد ، تكون شوائب اللون الأبيض 1/7 ، أي أي حوالي 15٪ بعد انعكاس مزدوج 1/49 ، أي حوالي 2٪ ، وبعد انعكاس ثلاثي 1/343 ، أي أقل من 0.3٪. يمكن اعتبار هذا الضوء مشبعًا جدًا.

تفسر الظاهرة الموصوفة تشبع ألوان الأقمشة المخملية ، والستائر المتساقطة في طيات أو الرايات الطائرة. في كل هذه الحالات ، هناك العديد من المنخفضات (المخملية) أو طيات المادة الملونة. عند السقوط عليها ، يخضع الضوء الأبيض لانعكاسات متعددة قبل أن يصل إلى عين المراقب. في هذه الحالة ، يبدو القماش أغمق ، على سبيل المثال ، من شريط أملس ممتد من الساتان الملون ؛ لكن تشبع اللون يزداد بشكل كبير ويفوز النسيج بالجمال.

ذكرنا في الفقرة 167 أن الطبقة السطحية لأي طلاء تبدد الضوء الأبيض دائمًا. هذا الظرف يفسد تشبع ألوان الصورة. لذلك ، عادة ما تكون اللوحات الزيتية مغطاة بطبقة من الورنيش. يملأ الورنيش كل التفاوت في الطلاء ، ويخلق سطح مرآة ناعم للصورة. لا ينتشر الضوء الأبيض من هذا السطح في كل الاتجاهات ، بل ينعكس في اتجاه معين. بالطبع ، إذا نظرت إلى الصورة من موضع تم اختياره دون جدوى ، فسيكون هذا الضوء مزعجًا للغاية ("الوهج"). لكن إذا نظرت إلى الصورة من أماكن أخرى ، فبفضل الطلاء بالورنيش ، لا ينتشر الضوء الأبيض من السطح في هذه الاتجاهات ، وتفوز ألوان الصورة بالتشبع.

§ 171. لون السماء والفجر.يرتبط التغيير في التركيب الطيفي للضوء المنعكس أو المنتشر بواسطة سطح الأجسام بوجود امتصاص وانعكاس انتقائي ، والذي يتم التعبير عنه باعتماد المعاملين a و r على طول الموجة.

في الطبيعة ، تلعب ظاهرة أخرى دورًا مهمًا ، مما يؤدي إلى تغيير في التركيب الطيفي لأشعة الشمس. يتميز الضوء الذي يصل إلى المراقب من مناطق من السماوات الخالية من الغيوم ، بعيدًا عن الشمس ، بلون أزرق مشبع إلى حد ما أو حتى لون أزرق. لاشك أن ضوء السماء هو ضوء الشمس المنتشر في سماكة الغلاف الجوي وبالتالي يصل الراصد من جميع الجهات حتى في الاتجاهات البعيدة عن اتجاه الشمس. أرز. 318 يشرح أصل ضوء السماء المتناثر. أظهرت الأبحاث والتجارب النظرية أن مثل هذا التشتت يحدث بسبب التركيب الجزيئي للهواء. حتى الهواء الخالي تمامًا من الغبار يتبدد

أرز. 318. أصل لون السماء (ضوء الشمس ينتشر بفعل الغلاف الجوي). يصل كل من الضوء المباشر للشمس والضوء المنتشر في سمك الغلاف الجوي إلى سطح الأرض (على سبيل المثال ، النقطة أ). يسمى لون هذا الضوء المتناثر لون السماء.

ضوء الشمس. يختلف طيف الضوء المنتشر عن طريق الهواء بشكل ملحوظ عن طيف ضوء الشمس المباشر: في ضوء الشمس ، تسقط الطاقة القصوى على الجزء الأصفر والأخضر من الطيف ، وفي المنور ، يتم إزاحة الحد الأقصى إلى الجزء الأزرق. السبب يكمن في حقيقة أن تنتشر موجات الضوء القصيرة أكثر بكثير من الموجات الطويلة.وفقًا لحسابات الفيزيائي الإنجليزي John Strett Lord Rayleigh (1842-1919) ، والتي أكدتها القياسات ، فإن شدة الضوء المبعثر تتناسب عكسياً مع القوة الرابعة للطول الموجي ، إذا كانت جسيمات التشتت صغيرة مقارنة بطول موجة الضوء لذلك ، تنتشر الأشعة فوق البنفسجية أقوى 9 مرات تقريبًا من الأشعة الحمراء. لذلك ، يتحول ضوء الشمس المصفر ، عندما يتناثر ، إلى لون أزرق للسماء. هذا هو الحال بالنسبة لتشتت الهواء النقي (في الجبال ، فوق المحيط). إن وجود جزيئات غبار كبيرة نسبيًا في الهواء (في المدن) يضيف إلى الضوء الأزرق المتناثر الضوء المنعكس بواسطة جزيئات الغبار ، أي ضوء الشمس غير المتغير تقريبًا. وبفضل هذه النجاسة يصبح لون السماء أكثر بياضا في ظل هذه الظروف.

يؤدي التشتت السائد للموجات القصيرة إلى حقيقة أن ضوء الشمس المباشر الذي يصل إلى الأرض يتضح أنه أصفر أكثر مما لو نظر إليه من ارتفاع كبير. في طريقه عبر الهواء ، يتشتت ضوء الشمس جزئيًا على الجانبين ، وتتشتت الموجات القصيرة بقوة أكبر ، بحيث يصبح الضوء الذي يصل إلى الأرض أكثر ثراءً نسبيًا في إشعاع الجزء ذي الموجة الطويلة من الأرض. نطاق. تظهر هذه الظاهرة بشكل خاص عند شروق الشمس وغروبها (أو القمر) ، عندما يمر الضوء المباشر عبر سماكة أكبر بكثير من الهواء (الشكل 319). نتيجة لذلك ، يكون للشمس والقمر عند شروق الشمس (أو غروبها) لون أصفر نحاسي ، وأحيانًا يكون لونه ضارب إلى الحمرة. في تلك الحالات

أرز. 319. شرح للون الأحمر للقمر والشمس عند شروق الشمس وغروبها: S 1 - النجم عند الذروة - مسار قصير في الغلاف الجوي (AB) ؛ S 2 - نجمة في الأفق - طريق طويل في الغلاف الجوي (CB)

عندما تكون هناك جزيئات غبار صغيرة جدًا (أطوال موجية أصغر بكثير) أو قطرات رطوبة (ضباب) في الهواء ، فإن الانتثار الناجم عنها يتبع القانون أيضًا ،

أرز. 320. تشتت الضوء بواسطة سائل عكر: ضوء ساقط - أبيض ، ضوء متناثر - مزرق ، ضوء مرسل - ضارب إلى الحمرة

بالقرب من قانون رايلي ، أي أن الموجات القصيرة مبعثرة في الغالب. في هذه الحالات ، يمكن أن تكون الشمس المشرقة والغروب حمراء تمامًا. تتحول الغيوم العائمة في الغلاف الجوي إلى اللون الأحمر أيضًا. هذا هو أصل الألوان الوردية والحمراء الجميلة لفجر الصباح والمساء.

يمكنك ملاحظة تغير اللون الموصوف أثناء التشتت إذا قمت بتمرير شعاع من الضوء من فانوس عبر وعاء (الشكل 320) مملوء بسائل معكر ، أي سائل يحتوي على جزيئات صغيرة معلقة (على سبيل المثال ، الماء مع القليل قطرات من الحليب). الضوء المتجه إلى الجانبين (المنتشر) أكثر زرقة بشكل ملحوظ من الضوء المباشر للفانوس. إذا كان سمك السائل العكر مهمًا جدًا ، فإن الضوء الذي يمر عبر الوعاء يفقد جزءًا كبيرًا من أشعة الموجة القصيرة (الأزرق والبنفسجي) أثناء التشتت بحيث يتضح أنه برتقالي وحتى أحمر. في عام 1883 ، حدث ثوران بركاني قوي في جزيرة كراكاتوا ، ودمر نصف الجزيرة وألقى بكمية هائلة من أصغر الغبار في الغلاف الجوي. لعدة سنوات ، تناثر هذا الغبار ، الذي انتشر بواسطة التيارات الهوائية على مسافات شاسعة ، في الغلاف الجوي ، مما تسبب في ظهور فجر أحمر كثيف.