Sissejuhatus………………………………………………………………………………….2

Kiirgusmehhanism…………………………………………………………………………………..3

Energia jaotus spektris…………………………………………………………….4

Spektri tüübid………………………………………………………………………………………….6

Spektraalanalüüside tüübid………………………………………………………7

Järeldus…………………………………………………………………………………..9

Kirjandus…………………………………………………………………………………….11

Sissejuhatus

Spekter on valguse lagunemine selle koostisosadeks, erinevat värvi kiirteks.

Erinevate ainete keemilise koostise uurimise meetodit nende joonemissiooni- või neeldumisspektritest nimetatakse nn. spektraalanalüüs. Spektraalanalüüsiks on vaja tühine kogus ainet. Selle kiirus ja tundlikkus on muutnud selle meetodi asendamatuks nii laborites kui ka astrofüüsikas. Kuna iga perioodilisuse tabeli keemiline element kiirgab ainult talle iseloomulikku joonemissiooni- ja neeldumisspektrit, võimaldab see uurida aine keemilist koostist. Füüsikud Kirchhoff ja Bunsen proovisid seda esmakordselt teha 1859. aastal, ehitades spektroskoop. Valgus juhiti sellesse läbi teleskoobi ühest servast lõigatud kitsa pilu (seda piluga toru nimetatakse kollimaatoriks). Kollimaatorist langesid kiired prismale, mis oli kaetud seestpoolt musta paberiga vooderdatud kastiga. Prisma suunas pilust tulnud kiired kõrvale. Tulemuseks oli spekter. Pärast seda katsid nad akna kardinaga ja panid kollimaatori pilu juurde süüdatud põleti. Küünlaleeki viidi vaheldumisi erinevate ainete tükid ja nad vaatasid läbi teise teleskoobi saadud spektrit. Selgus, et iga elemendi tulikuumad aurud tekitasid rangelt määratletud värviga kiiri ja prisma suunas need kiired rangelt määratletud kohta ning seetõttu ei saanud ükski värv teist varjata. See viis järeldusele, et on leitud radikaalselt uus keemilise analüüsi meetod – aine spektri kasutamine. 1861. aastal tõestas Kirchhoff selle avastuse põhjal mitmete elementide olemasolu Päikese kromosfääris, pannes aluse astrofüüsikale.

Kiirgusmehhanism

Valgusallikas peab tarbima energiat. Valgus on elektromagnetlained lainepikkusega 4*10 -7 - 8*10 -7 m Elektromagnetlaineid kiirgab laetud osakeste kiirendatud liikumine. Need laetud osakesed on osa aatomitest. Kuid teadmata, kuidas aatom on üles ehitatud, ei saa kiirgusmehhanismi kohta midagi usaldusväärset öelda. Selge on vaid see, et aatomi sees pole valgust, nii nagu pole heli klaverikeeles. Nagu nöör, mis hakkab kõlama alles pärast haamri löömist, sünnitavad aatomid valgust alles pärast erutamist.

Selleks, et aatom hakkaks kiirgama, tuleb sellele energiat üle kanda. Kiirgamisel kaotab aatom saadud energia ja aine pidevaks hõõgumiseks on vajalik selle aatomitesse energia sissevool väljastpoolt.

Soojuskiirgus. Lihtsaim ja levinuim kiirgusliik on soojuskiirgus, mille puhul aatomite poolt valguse kiirgamiseks kaotatud energia kompenseeritakse kiirgava keha aatomite või (molekulide) soojusliikumise energiaga. Mida kõrgem on kehatemperatuur, seda kiiremini liiguvad aatomid. Kui kiired aatomid (molekulid) põrkuvad üksteisega, muundatakse osa nende kineetilisest energiast aatomite ergastusenergiaks, mis seejärel kiirgavad valgust.

Kiirguse soojusallikaks on Päike, aga ka tavaline hõõglamp. Lamp on väga mugav, kuid odav allikas.

Vaid umbes 12% kogu elektrivoolust lambis vabanevast energiast muundatakse valgusenergiaks. Valguse termiline allikas on leek. Tahmaterad kuumenevad kütuse põlemisel vabaneva energia tõttu ja kiirgavad valgust. Elektroluminestsents.

Aatomite valguse kiirgamiseks vajalikku energiat on võimalik saada ka mittesoojusallikatest. Gaaside tühjenemise ajal annab elektriväli elektronidele suurema kineetilise energia. Kiired elektronid kogevad kokkupõrkeid aatomitega. Osa elektronide kineetilisest energiast läheb aatomite ergastamiseks. Ergastatud aatomid vabastavad energiat valguslainete kujul. Tänu sellele kaasneb gaasi väljutamisega helendus. See on elektroluminestsents. Katodolluminestsents.

Elektronide pommitamisel tekkivat tahkete ainete hõõgumist nimetatakse katodoluminestsentsiks. Tänu katodoluminestsentsile helendavad telerite elektronkiiretorude ekraanid. Kemiluminestsents.

Mõnes keemilises reaktsioonis, mis vabastab energiat, kulutatakse osa sellest energiast otseselt valguse emissioonile. Valgusallikas jääb jahedaks (see on ümbritseva õhu temperatuuril). Seda nähtust nimetatakse kemoluminestsentsiks. Ainele langev valgus peegeldub osaliselt ja neeldub osaliselt. Neeldunud valguse energia põhjustab enamikul juhtudel ainult kehade kuumenemist. Mõned kehad ise hakkavad aga otse neile langeva kiirguse mõjul hõõguma. See on fotoluminestsents. Valgus ergastab aine aatomeid (suurendab nende siseenergiat), misjärel neid valgustatakse ise. Näiteks paljusid kuuseehteid katvad helendavad värvid kiirgavad pärast kiiritamist valgust.

Fotoluminestsentsi ajal kiiratav valgus on reeglina pikema lainepikkusega kui hõõgumist ergastav valgus. Seda saab katseliselt jälgida. Kui suunate valguskiire fluorestseiiti (orgaanilist värvainet) sisaldavale anumale,

läbides violetse valguse filtri, hakkab see vedelik helendama rohekaskollase valgusega, st violetsest valgusest pikema lainepikkusega valgusega.

Fotoluminestsentsi nähtust kasutatakse laialdaselt luminofoorlampides. Nõukogude füüsik S.I. Vavilov tegi ettepaneku katta väljalasketoru sisepind ainetega, mis suudavad gaaslahendusest tuleneva lühilainekiirguse toimel eredalt hõõguda. Luminofoorlambid on ligikaudu kolm kuni neli korda säästlikumad kui tavalised hõõglambid.

Loetletakse peamised kiirgusliigid ja neid tekitavad allikad. Kõige levinumad kiirgusallikad on termilised.

Helendavate gaaside spektrite tüüp sõltub gaasi keemilisest olemusest.

Emissioonispekter

Küsimus 5. Emissioonispektrid. Neeldumisspektrid

4. küsimus: dispersiooni rakendamine

Dispersiooninähtus on prismaspektriinstrumentide – spektroskoopide ja spektrograafide – disaini aluseks, mida kasutatakse spektrite saamiseks ja vaatlemiseks. Kiirte teekond kõige lihtsamas spektrograafis on näidatud joonisel 4.

Kollimaatori läätse fookusesse asetatud valgusallikaga valgustatud pilu saadab sellele objektiivile lahknevate kiirte kiire, mille lääts (kollimaatorilääts) muudab paralleelsete kiirte kiireks.

Need prismas murdunud paralleelsed kiired jagunevad erinevat värvi (st erinevateks) valguskiirteks, mida kaamera objektiiv (kaamera objektiiv) kogub oma fookustasandisse ja pilu ühe kujutise asemel terve seeria. piltidest saadakse. Igal sagedusel on oma pilt. Nende kujutiste kombinatsioon esindab spektrit. Spektrit saab jälgida suurendusklaasina kasutatava okulaari kaudu. Sellist seadet nimetatakse spektroskoop. Kui teil on vaja spektrit pildistada, asetatakse fotoplaat kaamera objektiivi fookustasandile. Spektri pildistamiseks mõeldud seadet nimetatakse spektrograaf.

Kui valgus kuumast tahkest ainest läbivad prisma, siis prisma taga olevale ekraanile saame pidev pidev emissioonispekter.

Kui valgusallikaks on gaas või aur, siis spektrimuster muutub oluliselt. Täheldatakse tumedate tühikutega eraldatud heledate joonte kogumit. Selliseid spektreid nimetatakse valitses. Joonspektrite näideteks on naatriumi, vesiniku ja heeliumi spektrid.

Iga gaas või aur tekitab oma iseloomuliku spektri. Seetõttu võimaldab helendava gaasi spekter teha järelduse selle keemilise koostise kohta. Kui kiirgusallikaks on aine molekulid, siis täheldatakse triibulist spektrit.

Kõik kolm spektritüüpi – pidevad, joon- ja triibulised – on spektrid heitkogused.

Lisaks emissioonispektritele on olemas neeldumisspektrid, mis saadakse järgmiselt.

Allikast tulev valge valgus juhitakse läbi uuritava aine auru ja suunatakse spektroskoopi või muusse spektri uurimiseks mõeldud seadmesse.

Sel juhul on pideva spektri taustal nähtavad teatud järjekorras paigutatud tumedad jooned. Nende arv ja paigutus võimaldavad hinnata uuritava aine koostist.

Näiteks kui kiirte teele jääb naatriumi aur, tekib pideval spektril tume riba sellesse kohta, kus oleks pidanud asuma naatriumauru emissioonispektri kollane joon.

Vaadeldavat nähtust selgitas Kirchhoff, kes näitas, et antud elemendi aatomid neelavad samu valguslaineid, mida nad ise kiirgavad.

Spektri päritolu selgitamiseks on vaja teada aatomi ehitust. Neid küsimusi arutatakse järgmistes loengutes.

Kirjandus:

1. I.I. Füüsika - Minsk: New Knowledge LLC, 2004.

2. R.I. Grabovski. Füüsika kursus - Peterburi - M. - Krasnodar: kirjastus Lan, 2006.

3. V.F.Dmitjeva. Füüsika - M.: Kirjastus "Kõrgkool", 2001.

4. A.N.Remizov. Füüsika, elektroonika ja küberneetika kursus - M.: Kirjastus "Kõrgkool", 1982

5. L.A. Aksenovitš, N. N. Rakina. Füüsika - Minsk: kirjastus "Design PRO", 2001.

Küsimused.

1. Kuidas näeb välja pidev spekter?

Pidev spekter on riba, mis koosneb kõigist vikerkaarevärvidest, mis sujuvalt üksteisesse üle lähevad.

2. Milliste kehade valgus tekitab pideva spektri? Too näiteid.

Pideva spektri saadakse tahkete ja vedelate kehade valgusest (elektrilambi hõõgniit, sulametall, küünlaleek), mille temperatuur on mitu tuhat kraadi Celsiuse järgi. Seda toodavad ka helendavad gaasid ja aurud kõrgel rõhul.

3. Kuidas näevad välja joonspektrid?

Joonspektrid koosnevad konkreetsete värvidega üksikutest joontest.

4. Kuidas saada naatriumi joonkiirgusspektrit?

Selleks võib põleti leegile lisada tükikese lauasoola (NaCl) ja jälgida spektrit läbi spektroskoopi.

5. Millised valgusallikad tekitavad joonspektreid?

Joonspektrid on iseloomulikud madala tihedusega helendavatele gaasidele.

6. Milline on joonneeldumisspektrite saamise mehhanism (st mida tuleb nende saamiseks teha)?

Joonneeldumisspektrid saadakse heledamast ja kuumemast allikast pärineva valguse suunamisel läbi madala tihedusega gaaside.

7. Kuidas saada naatriumi joonneeldumisspektrit ja kuidas see välja näeb?

Selleks peate hõõglambi valgust läbima naatriumauruga anuma. Selle tulemusena tekivad hõõglambi pidevas valgusspektris kitsad mustad jooned kohtades, kus kollased jooned asuvad naatriumi emissioonispektris.

8. Mis on Kirchhoffi seaduse olemus seoses joonkiirguse ja neeldumisspektritega?

Kirchoffi seadus ütleb, et antud elemendi aatomid neelavad ja kiirgavad valguslaineid samadel sagedustel.

• Õpetus

Sõbrad, reede õhtu on lähenemas, käes on imeline intiimne aeg, mil ahvatleva hämaruse katte all saad välja võtta spektromeetri ja mõõta hõõglambi spektrit terve öö, kuni tõusva päikese esimeste kiirteni. kui päike tõuseb, mõõta selle spektrit.
Miks sul ikka veel oma spektromeetrit pole? Pole tähtis, lähme alla ja parandame selle arusaamatuse.
Tähelepanu! See artikkel ei pretendeeri täieõiguslikule õpetusele, kuid võib-olla olete 20 minuti jooksul pärast selle lugemist oma esimese kiirgusspektri lagunenud.

Inimene ja spektroskoop

Ma räägin teile selles järjekorras, milles ma ise läbisin kõik etapid, võib öelda, et halvimast parimani. Kui keegi sihib kohe enam-vähem tõsist tulemust, siis võib pool artiklist julgelt vahele jätta. Noh, kõverate kätega inimestel (nagu mina) ja lihtsalt uudishimulikel on minu katsumustest kohe algusest peale huvitav lugeda.
Internetis vedeleb piisavas koguses materjali, kuidas vanaraua materjalidest oma kätega spektromeetrit/spektroskoopi kokku panna.
Spekroskoopi koju soetamiseks pole lihtsaimal juhul üldse palju vaja - CD/DVD toorikut ja karpi.
Minu esimesed katsed spektri uurimisel olid inspireeritud sellest materjalist – spektroskoopiast

Tegelikult panin tänu autori tööle oma esimese spektroskoopi kokku DVD plaadi ülekande difraktsioonivõrest ja papist teekarbist ning veel varem piisas paksust papist koos pesa ja ülekandevõrega DVD-plaadilt. minu jaoks.
Ma ei saa öelda, et tulemused olid vapustavad, kuid esimesed fotod protsessist olid imekombel spoileri alla salvestatud

Fotod spektroskoopidest ja spektrist

Kõige esimene variant papitükiga

Teine võimalus koos teekarbiga

Ja püütud spekter

Minu mugavuse huvides muutis ta seda disaini USB-videokaameraga, see osutus järgmiselt:

foto spektromeetrist

Ütlen kohe, et see modifikatsioon vabastas mind vajadusest kasutada mobiiltelefoni kaamerat, kuid sellel oli üks puudus: kaamerat ei saanud kalibreerida teenuse Spectral Worckbench sätetele (millest tuleb juttu allpool). Seetõttu ei saanud ma spektrit reaalajas jäädvustada, kuid juba kogutud fotosid oli täiesti võimalik ära tunda.

Oletame, et ostsite või panite kokku spektroskoopi vastavalt ülaltoodud juhistele.
Pärast seda looge projektis PublicLab.org konto ja minge SpectralWorkbench.org teenuse lehele Järgmisena kirjeldan teile spektrituvastustehnikat, mida ise kasutasin.
Kõigepealt peame kalibreerima oma spektromeetri.
1) Klõpsake nuppu Capture spectra (Püüdke spektrid).
2) Laadige pilt üles
3) Täitke väljad, valige fail, valige uus kalibreerimine, valige seade (saate valida minispektroskoopi või lihtsalt kohandatud), valige, kas teie spekter on vertikaalne või horisontaalne, et oleks selge, et ekraanipildil olevad spektrid eelmise programmi puhul on horisontaalsed
4) Avaneb graafikutega aken.
5) Kontrollige, kuidas teie spekter on pööratud. Vasakul peaks olema sinine vahemik, paremal punane. Kui see nii ei ole, vali rohkem tööriistu – horisontaalselt pööramise nupp, mille järel näeme, et pilt on pööratud, aga graafik mitte, nii et klõpsa rohkem tööriistu – ekstraheeri fotost uuesti välja, kõik tipud vastavad taas tegelikele tippudele.

6) Vajutage nuppu Calibrate, vajutage start, valige sinine tipp otse graafikul (vt ekraanipilti), vajutage LMB ja hüpikaken avaneb uuesti, nüüd peame vajutama lõpetamist ja valima välimise rohelise tipu, mille järel leht värskendatakse ja saame kalibreeritud lainepikkustega pildi.
Nüüd saate kalibreerimist taotledes täita muid uuritavaid spektreid, peate märkima graafiku, mille oleme juba varem kalibreerinud.

Ekraanipilt

Konfigureeritud programmi tüüp

Tähelepanu! Kalibreerimine eeldab, et teete hiljem fotosid sama seadmega, mille kalibreerisite, muutes pildil olevate piltide eraldusvõimet kalibreeritud näites oleva asukoha suhtes.
Ausalt öeldes toimetasin oma pilte natukene toimetajas. Kui kuskil oli valgust, siis tegin ümbruse tumedamaks, vahel keerasin spektrit veidi, et saada ristkülikukujuline pilt, aga jällegi on parem mitte muuta faili suurust ja asukohta spektri enda pildi keskpunkti suhtes. .
Ülejäänud funktsioonid, nagu makrod, automaatne või manuaalne heleduse reguleerimine, soovitan teil minu arvates ise välja mõelda, need pole nii kriitilised.
Seejärel on mugav edastada saadud graafikud CSV-sse, kus esimene arv on murdosa (tõenäoliselt murdosa) lainepikkus ja komaga eraldatuna on kiirguse intensiivsuse keskmine suhteline väärtus. Saadud väärtused näevad ilusad välja näiteks Scilabis ehitatud graafikute kujul

SpectralWorkbench.org pakub nutitelefonidele mõeldud rakendusi. Ma ei kasutanud neid. nii et ma ei oska seda hinnata.

Värvilist päeva kõigis vikerkaarevärvides, sõbrad.

Sul läheb vaja

• - spektroskoop;
• - gaasipõleti;
• - väike keraamiline või portselan lusikas;
• - puhas lauasool;
• - süsinikdioksiidiga täidetud läbipaistev katseklaas;
• - võimas hõõglamp;
• - võimas "ökonoomne" gaasivalgusti lamp.

Juhised

Difraktsioonispektroskoopi jaoks võtke CD, väike pappkarp või papist termomeetri ümbris. Lõika kettast tükk kasti suurusele. Asetage okulaar karbi ülemisele tasapinnale selle lühikese seina kõrvale umbes 135° nurga alla pinna suhtes. Okulaar on tükk termomeetri korpust. Valige katseliselt pilu asukoht, vaheldumisi augustades ja tihendades auke teisel lühikesel seinal.

Asetage võimas hõõglamp spektroskoopi pilu vastas. Spektoskoobi okulaaris näete pidevat spektrit. Selline spektrispekter eksisteerib iga kuumutatud objekti jaoks. Puuduvad emissiooni- ega neeldumisjooned. See spekter on tuntud kui .

Asetage sool väikesesse keraamilisse või portselanlusikasse. Suunake spektroskoopi pilu heleda põleti leegi kohal asuvale tumedale mittevalgustavale alale. Sisestage lusikatäis . Sel hetkel, kui leek muutub intensiivselt kollaseks, on spektroskoopis võimalik jälgida uuritava soola (naatriumkloriidi) emissioonispektrit, kus kollases piirkonnas on emissioonijoon eriti hästi nähtav. Sama katset saab läbi viia kaaliumkloriidi, vasesoolade, volframisoolade ja nii edasi. Sellised näevad välja emissioonispektrid – heledad jooned tumeda tausta teatud piirkondades.

Suunake spektroskoopi tööpilu eredale hõõglambile. Asetage süsinikdioksiidiga täidetud läbipaistev katseklaas nii, et see kataks spektroskoopi tööpilu. Läbi okulaari on võimalik jälgida pidevat spektrit, mida lõikavad tumedad vertikaalsed jooned. See on niinimetatud neeldumisspekter, antud juhul süsinikdioksiidi puhul.

Suunake spektroskoopi tööpilu sisselülitatud “ökonoomse” lambi poole. Tavalise pideva spektri asemel näete vertikaalsete joonte seeriat, mis asuvad erinevates osades ja millel on enamasti erinevad värvid. Sellest võime järeldada, et sellise lambi emissioonispekter on väga erinev tavalise hõõglambi spektrist, mis on küll silmale hoomamatu, kuid mõjutab pildistamisprotsessi.

Video teemal

Pange tähele

Spekroskoope on kahte tüüpi. Esimene kasutab läbipaistvat hajutavat kolmnurkset prismat. Uuritava objekti valgus juhitakse sellele läbi kitsa pilu ja vaadeldakse okulaaritoru abil teiselt poolt. Valgushäirete vältimiseks on kogu konstruktsioon kaetud valguskindla korpusega. See võib koosneda ka valgusest eraldatud elementidest ja torudest. Sellises spektroskoopis ei ole läätsede kasutamine vajalik. Teist tüüpi spektroskoop on difraktsioon. Selle põhielement on difraktsioonvõre. Samuti on soovitatav läbi pilu saata objektilt valgust. CD- ja DVD-plaatide tükke kasutatakse nüüd sageli omatehtud kujundustes difraktsioonivõredena. Kavandatavateks katseteks sobivad mis tahes tüüpi spektroskoopid;

Lauasool ei tohiks sisaldada joodi;

Parem on katseid läbi viia assistendiga;

Parem on kõik katsed läbi viia pimendatud ruumis ja alati mustal taustal.

Kasulikud nõuanded

Süsihappegaasi saamiseks katseklaasis asetage sinna tükk tavalist koolikriiti. Täida see vesinikkloriidhappega. Koguge saadud gaas puhtasse katseklaasi. Süsinikdioksiid on õhust raskem, nii et see koguneb tühja katseklaasi põhja, tõrjudes sealt välja õhu. Selleks langetage toru gaasiallikast, st katseklaasist, milles reaktsioon toimus, tühja katseklaasi.

Füüsikaline termin "spekter" pärineb ladinakeelsest sõnast spektr, mis tähendab "nägemust" või isegi "kummitus". Aga nii sünge sõnaga nimetatud objekt on otseselt seotud sellise kauni loodusnähtusega nagu vikerkaar.

Laiemas mõttes on spekter konkreetse füüsikalise suuruse väärtuste jaotus. Erijuhtum on elektromagnetkiirguse sagedusväärtuste jaotus. Valgus, mida inimsilm tajub, on samuti teatud tüüpi elektromagnetiline kiirgus ja sellel on spekter.

Spektri avastamine

Valguse spektri avastamise au kuulub I. Newtonile. Seda uurimistööd alustades taotles teadlane praktilist eesmärki: parandada teleskoopide läätsede kvaliteeti. Probleem oli selles, et pildi servad, mis olid näha aastal, olid maalitud kõigis vikerkaarevärvides.

I. Newton viis läbi katse: valguskiir tungis läbi väikese augu pimedasse ruumi ja langes ekraanile. Kuid selle teele paigaldati kolmnurkne klaasprisma. Valge valguslaigu asemel ilmus ekraanile vikerkaaretriip. Valge päikesevalgus osutus keerukaks, komposiitseks.

Teadlane tegi katset keerulisemaks. Ta hakkas ekraanile väikseid auke tegema, et neid läbiks ainult üks värviline kiir (näiteks punane), ekraani taga aga teine ​​ja teine ​​ekraan. Selgus, et värvilised kiired, milleks esimene prisma valguse lagundas, ei lagune oma osadeks, teise prisma läbides on need ainult kõrvalekaldud. Järelikult on need valguskiired lihtsad ja need murdusid erineval viisil, mis võimaldas valguse osadeks jagada.

Nii sai selgeks, et erinevad värvid ei tulene erineval määral "valguse segamisest pimedusega", nagu arvati enne I. Newtonit, vaid on valguse enda komponendid. Seda kompositsiooni nimetati valguse spektriks.

I. Newtoni avastus oli oma aja kohta oluline, see aitas palju kaasa valguse olemuse uurimisele. Kuid tõeline revolutsioon teaduses, mis oli seotud valguse spektri uurimisega, toimus 19. sajandi keskel.

Saksa teadlased R.V.Bunsen ja G.R.Kirchhoff uurisid tule poolt kiirgava valguse spektrit, millesse segati erinevate soolade aurustumist. Spekter varieerus sõltuvalt lisanditest. See pani teadlased uskuma, et Päikese ja teiste tähtede keemilist koostist saab hinnata valguse spektrite järgi. Nii sündis spektraalanalüüsi meetod.