Utoaji wa mawimbi ya sumakuumeme na miili (mwangaza wa miili) unaweza kupatikana kupitia aina mbalimbali za nishati. Ya kawaida ni mionzi ya joto, i.e. utoaji wa mawimbi ya sumakuumeme kwa sababu ya nishati ya ndani ya miili. Aina nyingine zote za mwanga, msisimko na aina yoyote ya nishati, isipokuwa ndani (joto), ni pamoja chini jina la kawaida"luminescence".

Fosforasi ambayo huongeza oksidi katika mwanga wa hewa kutokana na nishati iliyotolewa wakati wa mabadiliko ya kemikali. Aina hii ya mwanga inaitwa chemiluminescence. Mwangaza unaotokea katika gesi na yabisi ah chini ya ushawishi uwanja wa umeme, inaitwa electroluminescence. Mwangaza wa vitu vikali vinavyosababishwa na bombardment ya elektroni huitwa cathodoluminescence. Mwangaza unaosisimuliwa na mionzi ya sumakuumeme inayofyonzwa na mwili huitwa photoluminescence.

Mionzi ya joto hutokea kwa joto lolote, lakini kwa joto la chini karibu tu mawimbi ya umeme ya muda mrefu (infrared) hutolewa.

Hebu tuzunguke mwili unaotoa moshi na shell yenye uso wa kutafakari kikamilifu (Mchoro 1.1).

Ondoa hewa kutoka kwa ganda. Mionzi iliyoonyeshwa na ganda, ikianguka kwenye mwili, inafyonzwa nayo (sehemu au kabisa). Kwa hivyo, kutakuwa na ubadilishanaji wa nishati unaoendelea kati ya mwili na mionzi inayojaza ganda. Ikiwa usambazaji wa nishati kati ya mwili na mionzi haubadilika kwa kila urefu wa wimbi, hali ya mfumo wa mionzi ya mwili itakuwa katika usawa. Uzoefu unaonyesha kuwa aina pekee ya mionzi ambayo inaweza kuwa katika usawa na miili inayoangaza ni mionzi ya joto.

Aina zingine zote za mionzi zinageuka kuwa zisizo na usawa.

Uwezo wa mionzi ya joto kuwa katika usawa na miili ya mionzi ni kutokana na ukweli kwamba nguvu yake huongezeka kwa kuongezeka kwa joto. Hebu tuchukulie kwamba uwiano kati ya mwili na mionzi hufadhaika na mwili hutoa nishati zaidi kuliko inachukua. Kisha nishati ya ndani mwili utapungua, ambayo itasababisha kupungua kwa joto. Hii kwa upande itasababisha kupungua kwa kiasi cha nishati iliyotolewa na mwili. Joto la mwili litapungua hadi kiasi cha nishati iliyotolewa na mwili inakuwa sawa na nambari kufyonzwa nishati. Ikiwa usawa unafadhaika kwa upande mwingine, yaani, kiasi cha nishati iliyotolewa ni chini ya kufyonzwa, joto la mwili litaongezeka hadi usawa utakapoanzishwa tena. Kwa hivyo, kutokuwepo kwa usawa katika mfumo wa mionzi ya mwili husababisha kuibuka kwa michakato ambayo hurejesha usawa.

Hali ni tofauti katika kesi ya luminescence. Wacha tuonyeshe hii kwa kutumia mfano wa chemiluminescence. Wakati mmenyuko wa kemikali unaosababisha mionzi unafanyika, mwili unaoangaza husogea mbali zaidi na hali yake ya asili. Kunyonya kwa mionzi na mwili hautabadilisha mwelekeo wa mmenyuko, lakini, kinyume chake, itasababisha athari ya haraka (kutokana na joto) katika mwelekeo wa asili. Usawa utaanzishwa tu wakati ugavi mzima wa vitu vinavyoitikia na mwanga unaosababishwa na michakato ya kemikali, itabadilishwa na mionzi ya joto.

Kwa hiyo, ya aina zote za mionzi, mionzi ya joto tu inaweza kuwa katika usawa. Sheria za thermodynamics zinatumika kwa majimbo na michakato ya usawa. Kwa hiyo, mionzi ya joto lazima itii fulani mifumo ya jumla, inayotokana na kanuni za thermodynamics. Sasa tutaendelea kuzingatia mifumo hii.

Mionzi ya sumakuumeme. Utumiaji wa mbinu uchambuzi wa spectral.

Nishati ya mionzi.

Chanzo cha mwanga lazima kitumie nishati. Mwanga ni mawimbi ya sumakuumeme yenye urefu wa 4 · 10-7 - 8 · 10-7 m. Mawimbi ya sumakuumeme hutolewa kwa harakati ya kasi chembe za kushtakiwa. Chembe hizi zilizochajiwa ni sehemu ya atomi. Lakini bila kujua jinsi atomi imeundwa, hakuna kitu cha kuaminika kinaweza kusema juu ya utaratibu wa mionzi. Ni wazi tu kwamba hakuna mwanga ndani ya atomi, kama vile hakuna sauti katika kamba ya piano. Kama kamba inayoanza kusikika tu baada ya kupigwa na nyundo, atomi huzaa nuru tu baada ya kusisimka.
Ili atomi ianze kuangaza, nishati lazima ihamishwe kwake. Wakati wa kutoa, atomi hupoteza nishati inayopokea, na kwa mwanga unaoendelea wa dutu, uingizaji wa nishati kwa atomi zake kutoka nje ni muhimu.

Mionzi ya joto. Aina rahisi na ya kawaida ya mionzi ni mionzi ya joto, ambayo nishati inayopotea na atomi kutoa mwanga hulipwa na nishati. harakati za joto atomi au (molekuli) za mwili unaoangazia.
KATIKA mapema XIX V. ilibainika kuwa juu (wavelength) sehemu nyekundu ya wigo mwanga unaoonekana kuna sehemu isiyoonekana ya infrared ya wigo, na chini ya sehemu ya violet ya wigo wa mwanga unaoonekana kuna sehemu isiyoonekana ya ultraviolet ya wigo.
Urefu wa mawimbi mionzi ya infrared ziko ndani ya masafa kutoka 3 · 10-4 hadi 7.6 · 10-7 m. mali ya tabia mionzi hii ni yake athari ya joto. Chanzo cha mionzi ya IR ni mwili wowote. Kadiri joto la mwili lilivyo juu, ndivyo nguvu ya mionzi hii inavyoongezeka. Kadiri joto la mwili linavyoongezeka, ndivyo atomi zinavyosonga haraka. Wakati atomi za haraka (molekuli) zinapogongana, sehemu ya nishati yao ya kinetic inabadilishwa kuwa nishati ya msisimko ya atomi, ambayo hutoa mwanga.

Mionzi ya infrared inasomwa kwa kutumia thermocouples na bolometers. Kanuni ya uendeshaji wa vifaa vya maono ya usiku inategemea matumizi ya mionzi ya infrared.
Chanzo cha joto cha mionzi ni Jua, pamoja na taa ya kawaida ya incandescent. Taa ni rahisi sana, lakini chanzo cha gharama nafuu. Ni karibu 12% tu ya jumla ya nishati iliyotolewa kwenye taa mshtuko wa umeme, inabadilishwa kuwa nishati ya mwanga. Chanzo cha joto cha mwanga ni moto. Nafaka za masizi huwaka moto kutokana na nishati iliyotolewa wakati wa mwako wa mafuta na kutoa mwanga.

Electroluminescence. Nishati inayohitajika na atomi kutoa mwanga inaweza pia kutoka kwa vyanzo visivyo vya joto. Wakati wa kutokwa kwa gesi, uwanja wa umeme hutoa nguvu kubwa kwa elektroni. nishati ya kinetic. Elektroni za haraka hupata migongano na atomi. Sehemu ya nishati ya kinetic ya elektroni huenda ili kusisimua atomi. Atomi zenye msisimko hutoa nishati kwa namna ya mawimbi ya mwanga. Kutokana na hili, kutokwa kwa gesi kunafuatana na mwanga. Hii ni electroluminescence.

Cathodoluminescence. Mwangaza wa vitu vikali vinavyosababishwa na bombardment ya elektroni huitwa cathodoluminescence. Shukrani kwa cathodoluminescence, skrini za zilizopo za cathode ray zinang'aa.

Chemiluminescence. Kwa baadhi athari za kemikali, kuja na kutolewa kwa nishati, sehemu ya nishati hii hutumiwa moja kwa moja kwenye utoaji wa mwanga. Chanzo cha mwanga kinabaki baridi (ina joto mazingira) Jambo hili linaitwa chemiluminescence.

Photoluminescence. Tukio jepesi kwenye dutu linaakisiwa kwa kiasi na kufyonzwa kwa kiasi. Nishati ya mwanga uliofyonzwa katika hali nyingi husababisha tu joto la miili. Walakini, miili mingine yenyewe huanza kuangaza moja kwa moja chini ya ushawishi wa tukio la mionzi juu yao. Hii ni photoluminescence.

Mwanga husisimua atomi za dutu (huongeza nguvu zao za ndani), baada ya hapo zinaangazwa wenyewe. Kwa mfano, rangi za mwanga, ambazo hutumiwa kufunika wengi Mapambo ya Krismasi, hutoa mwanga baada ya kuwashwa. Photoluminescence ya solids, pamoja na kusudi maalum- (jumla) phosphors, inaweza kuwa si tu katika inayoonekana, lakini pia katika ultraviolet na safu za infrared. Nuru inayotolewa wakati wa photoluminescence, kama sheria, ina urefu mrefu wa wimbi kuliko mwanga unaosisimua mwanga. Hii inaweza kuzingatiwa kwa majaribio. Ikiwa unaelekeza boriti ya mwanga iliyopitishwa kupitia chujio cha violet kwenye chombo na fluorescent (rangi ya kikaboni), basi kioevu hiki huanza kuangaza na mwanga wa kijani-njano, yaani mwanga wa urefu mrefu zaidi kuliko mwanga wa violet.
Jambo la photoluminescence hutumiwa sana katika taa za fluorescent. Mwanafizikia wa Soviet S.I. Vavilov alipendekeza kufunika uso wa ndani bomba la kutokwa na vitu vyenye uwezo wa kung'aa sana chini ya ushawishi wa mionzi ya mawimbi mafupi kutokwa kwa gesi.

Usambazaji wa nishati katika wigo.

Hakuna chanzo chochote kinachozalisha mwanga wa monochromatic, yaani, mwanga wa urefu uliofafanuliwa madhubuti. Tunashawishika na hili kwa majaribio juu ya mtengano wa mwanga ndani ya wigo kwa kutumia prism, pamoja na majaribio ya kuingiliwa na diffraction.
Nishati ambayo mwanga hubeba nayo kutoka kwa chanzo husambazwa kwa njia fulani juu ya mawimbi ya urefu wote ambao hutengeneza mwangaza. Tunaweza pia kusema kwamba nishati inasambazwa juu ya masafa, kwa kuwa kuna tofauti kati ya urefu wa wimbi na mzunguko. uhusiano rahisi: • v = c.
Msongamano wa mtiririko wa mionzi ya sumakuumeme au ukubwa huamuliwa na nishati katika masafa yote. Ili kuashiria usambazaji wa mzunguko wa mionzi, ni muhimu kuanzisha kiasi kipya: ukubwa kwa muda wa mzunguko wa kitengo. Kiasi hiki kinaitwa wiani wa spectral wa kiwango cha mionzi.

Huwezi kutegemea jicho lako kukadiria usambazaji wa nishati. Jicho lina unyeti wa kuchagua kwa mwanga: unyeti wake wa juu upo katika eneo la njano-kijani la wigo. Ni bora kuchukua faida ya mali ya mwili mweusi karibu kabisa kunyonya mwanga wa wavelengths wote. Katika kesi hii, nishati ya mionzi (yaani mwanga) husababisha joto la mwili. Kwa hiyo, inatosha kupima joto la mwili na kuitumia kuhukumu kiasi cha nishati iliyochukuliwa kwa muda wa kitengo.
Kipimajoto cha kawaida ni nyeti sana kuweza kutumika kwa mafanikio katika majaribio kama haya. Vyombo nyeti zaidi vinahitajika ili kupima joto. Unaweza kuchukua thermometer ya umeme ambayo kipengele cha kuhisi kufanywa kwa namna ya sahani nyembamba ya chuma. Sahani hii lazima ipakwe na safu nyembamba ya soti, ambayo karibu inachukua kabisa mwanga wa urefu wowote.
Sahani isiyo na joto ya kifaa inapaswa kuwekwa kwenye sehemu moja au nyingine kwenye wigo. Kila kitu wigo unaoonekana urefu l kutoka kwa mionzi nyekundu hadi violet inafanana na mzunguko wa mzunguko kutoka IR hadi UV. Upana unalingana na muda mdogo Av. Kwa kupokanzwa sahani nyeusi ya kifaa, unaweza kuhukumu wiani mtiririko wa mionzi, inayoangukia ndani ya muda wa masafa Av. Kusonga sahani kando ya wigo, tunapata hiyo wengi wa nishati huanguka kwenye sehemu nyekundu ya wigo, na sio kwenye njano-kijani, kama inaonekana kwa jicho.
Kulingana na matokeo ya majaribio haya, inawezekana kujenga curve ya utegemezi wa wiani wa spectral wa kiwango cha mionzi kwenye mzunguko. Uzito wa mionzi ya kiwango cha mionzi imedhamiriwa na hali ya joto ya sahani, na frequency sio ngumu kupata ikiwa kifaa kinachotumiwa kuoza taa kimerekebishwa, ambayo ni, ikiwa inajulikana ni frequency gani sehemu fulani ya wigo inalingana. kwa.
Kwa kupanga njama kando ya mhimili wa abscissa maadili ya masafa yanayolingana na sehemu za kati za vipindi Av, na kando ya mhimili wa kuratibu wiani wa mionzi ya nguvu ya mionzi, tunapata idadi ya alama ambazo tunaweza kuchora curve laini. Curve hii inatoa uwakilishi wa kuona juu ya usambazaji wa nishati na sehemu inayoonekana ya wigo arc ya umeme.

Aina za spectra.

Utungaji wa Spectral wa mionzi vitu mbalimbali mbalimbali sana. Lakini, licha ya hili, maonyesho yote, kama uzoefu unaonyesha, yanaweza kugawanywa katika aina tatu ambazo hutofautiana kutoka kwa kila mmoja.

Mtazamo unaoendelea.

Wigo wa jua au wigo wa mwanga wa arc ni endelevu. Hii ina maana kwamba wigo una mawimbi ya wavelengths zote. Hakuna mapumziko katika wigo, na ukanda unaoendelea wa rangi nyingi unaweza kuonekana kwenye skrini ya spectrograph.
Usambazaji wa nishati juu ya masafa, i.e. wiani wa spectral wa kiwango cha mionzi, kwa miili tofauti mbalimbali. Kwa mfano, mwili wenye uso mweusi sana hutoa mawimbi ya sumakuumeme ya masafa yote, lakini mkunjo wa msongamano wa spectral wa nguvu ya mionzi dhidi ya masafa huwa na kiwango cha juu katika masafa fulani. Nishati ya mionzi katika masafa ya chini sana na ya juu sana haitumiki. Kwa kuongezeka kwa joto, wiani wa juu wa spectral hubadilika kuelekea mawimbi mafupi.
Mtazamo unaoendelea (au unaoendelea), kama uzoefu unavyoonyesha, hutolewa na miili iliyo katika imara au hali ya kioevu, pamoja na gesi zilizokandamizwa sana. Ili kupata wigo unaoendelea, mwili lazima uwe joto kwa joto la juu.
Asili ya wigo unaoendelea na ukweli wa uwepo wake imedhamiriwa sio tu na mali ya atomi zinazotoa mtu binafsi, lakini pia katika shahada kali hutegemea mwingiliano wa atomi na kila mmoja.
Wigo unaoendelea pia hutolewa na plasma ya juu ya joto. Mawimbi ya sumakuumeme hutolewa na plasma hasa wakati elektroni zinapogongana na ayoni.

Wimbo wa mstari.

Hebu tuongeze kipande cha asbesto kilichohifadhiwa na suluhisho la maji ya kawaida ndani ya moto wa rangi ya burner ya gesi. chumvi ya meza. Wakati wa kutazama mwali kupitia spectroscope, mstari wa manjano mkali utawaka dhidi ya usuli wa wigo unaoendelea wa mwali unaoonekana. Mstari huu wa manjano hutolewa na mvuke wa sodiamu, ambayo hutengenezwa wakati molekuli za chumvi ya meza zinavunjwa katika moto. Kwenye spectroscope unaweza pia kuona palisade ya mistari ya rangi ya mwangaza tofauti, ikitenganishwa na kupigwa kwa giza pana. Vile spectra huitwa line spectra. Uwepo wa wigo wa mstari unamaanisha kuwa dutu hutoa mwanga tu kwa urefu fulani wa wavelengths (kwa usahihi zaidi, katika vipindi fulani vya spectral nyembamba sana). Kila mstari una upana wa kikomo.
Mtazamo wa mstari hutokea tu kwa vitu vilivyo katika hali ya atomiki (lakini sio molekuli). Katika kesi hii, mwanga hutolewa na atomi ambazo kwa kweli haziingiliani na kila mmoja. Hii ndiyo aina ya msingi zaidi, ya msingi ya spectra. Sifa kuu ya mwonekano wa mstari ni kwamba atomi zilizotengwa za kipengele fulani cha kemikali hutoa mfuatano uliofafanuliwa kabisa, usiorudiwa wa urefu wa mawimbi. Mbili vipengele mbalimbali Hakuna mlolongo sawa wa urefu wa mawimbi. Mikanda ya Spectral huonekana kwenye pato la kifaa cha spectral kwenye eneo la urefu wa wimbi lililotolewa kutoka kwa chanzo. Kwa kawaida, kuchunguza spectra ya mstari, mwanga wa mvuke wa dutu katika moto au mwanga wa kutokwa kwa gesi katika tube iliyojaa gesi chini ya utafiti hutumiwa.
Kadiri msongamano wa gesi ya atomiki unavyoongezeka, mtu binafsi mistari ya spectral kupanua na, hatimaye, saa sana msongamano mkubwa gesi, wakati mwingiliano wa atomi unakuwa muhimu, mistari hii hupishana na kutengeneza wigo unaoendelea.

Mwonekano wenye mistari.

Wigo wa bendi hujumuisha bendi za kibinafsi zilizotenganishwa na nafasi za giza. Kwa msaada wa kifaa kizuri sana cha spectral inaweza kugunduliwa kwamba kila bendi inawakilisha mkusanyiko idadi kubwa mistari iliyopangwa kwa karibu sana. Tofauti na spectra ya mstari, spectra yenye milia huundwa sio na atomi, lakini na molekuli ambazo hazijafungwa au zimefungwa dhaifu kwa kila mmoja.
Kuchunguza spectra ya molekuli, pamoja na kuchunguza mstari wa mstari, mwanga wa mvuke katika moto au mwanga wa kutokwa kwa gesi hutumiwa kawaida.

Utoaji na spectra ya kunyonya.

Dutu zote ambazo atomi zake ziko katika hali ya msisimko hutoa mawimbi ya mwanga, nishati ambayo inasambazwa kwa njia fulani juu ya urefu wa mawimbi. Kunyonya kwa nuru na dutu pia inategemea urefu wa wimbi. Kwa hivyo, glasi nyekundu hupitisha mawimbi yanayolingana na taa nyekundu (l»8 · 10-5 cm), na inachukua wengine wote.
Ikiwa unapitisha mwanga mweupe kupitia gesi baridi, isiyotoa moshi, mistari ya giza inaonekana dhidi ya historia ya wigo unaoendelea wa chanzo. Gesi hufyonza kwa ukali zaidi mwanga wa urefu wa mawimbi ambao hutoa inapokanzwa sana. Mistari meusi dhidi ya usuli wa wigo unaoendelea ni mistari ya unyonyaji ambayo kwa pamoja huunda wigo wa unyonyaji.
Kuna mwonekano unaoendelea, wa mstari na wenye milia na idadi sawa ya aina za mwonekano wa kunyonya.

Uchambuzi wa Spectral na matumizi yake.

Ni muhimu kujua miili inayotuzunguka imeundwa na nini. Mbinu nyingi zimevumbuliwa ili kuamua muundo wao. Lakini muundo wa nyota na galaksi unaweza kuamua tu kwa kutumia uchambuzi wa spectral.

Njia ya kuamua ubora na utungaji wa kiasi Uchambuzi wa dutu kwa wigo wake unaitwa uchambuzi wa spectral. Uchambuzi wa Spectral hutumika sana katika uchunguzi wa madini ili kuamua muundo wa kemikali wa sampuli za madini. Katika sekta, uchambuzi wa spectral hufanya iwezekanavyo kudhibiti utungaji wa aloi na uchafu unaoletwa ndani ya metali ili kupata vifaa na mali maalum. Wimbo wa mstari una jukumu maalum jukumu muhimu, kwa sababu muundo wao unahusiana moja kwa moja na muundo wa atomi. Baada ya yote, maonyesho haya yanaundwa na atomi ambazo hazina uzoefu mvuto wa nje. Kwa hivyo, kwa kufahamiana na spectra ya mstari, kwa hivyo tunachukua hatua ya kwanza kuelekea kusoma muundo wa atomi. Kwa kutazama maonyesho haya, wanasayansi waliweza "kuangalia" ndani ya atomi. Hapa optics inakaribiana na fizikia ya atomiki.
Sifa kuu ya mwonekano wa mstari ni kwamba urefu wa mawimbi (au masafa) ya wigo wa mstari wa dutu yoyote hutegemea tu mali ya atomi za dutu hii, lakini ni huru kabisa na njia ya msisimko wa mwangaza wa atomi. Atomi za kipengele chochote cha kemikali hutoa wigo ambao haufanani na wigo wa vitu vingine vyote: zina uwezo wa kutoa madhubuti. seti maalum urefu wa mawimbi.
Hii ndiyo msingi wa uchambuzi wa spectral - njia ya kuamua utungaji wa kemikali wa dutu kutoka kwa wigo wake.

Kama alama za vidole vya binadamu spectra ya mstari kuwa na utu wa kipekee. Upekee wa mifumo kwenye ngozi ya kidole mara nyingi husaidia kupata mhalifu. Kwa njia hiyo hiyo, shukrani kwa ubinafsi wa spectra, inawezekana kuamua muundo wa kemikali miili. Kutumia uchambuzi wa spectral, unaweza kugundua kipengele hiki kama sehemu ya dutu tata, hata ikiwa wingi wake hauzidi 10-10. Hii ni njia nyeti sana.
Kusoma wigo wa mstari wa dutu huturuhusu kuamua ni ipi vipengele vya kemikali inajumuisha na kwa kiasi gani kila kipengele kimo katika dutu fulani.
Maudhui ya kiasi cha kipengele katika sampuli inayochunguzwa imedhamiriwa kwa kulinganisha ukubwa mistari tofauti wigo wa kipengele hiki na ukubwa wa mistari ya kipengele kingine cha kemikali, maudhui ya kiasi ambayo katika sampuli yanajulikana.
Uchambuzi wa kiasi cha utungaji wa dutu kulingana na wigo wake ni vigumu, kwa kuwa mwangaza wa mistari ya spectral inategemea si tu juu ya wingi wa dutu, lakini pia juu ya njia ya msisimko wa mwanga. Ndiyo, lini joto la chini mistari mingi ya spectral haionekani kabisa. Walakini, chini ya hali ya kawaida ya msisimko wa mwanga, uchambuzi wa spectral wa kiasi pia unaweza kufanywa.
Faida za uchambuzi wa spectral ni unyeti mkubwa na kasi ya kupata matokeo. Kutumia uchambuzi wa spectral, inawezekana kuchunguza uwepo wa dhahabu katika sampuli yenye uzito wa 6 · 10-7 g, na uzito wake tu 10-8 g. Uamuzi wa daraja la chuma kwa uchambuzi wa spectral unaweza kufanywa kwa makumi machache ya sekunde. .
Uchunguzi wa Spectral utapata kuamua utungaji wa kemikali miili ya mbinguni, mbali na Dunia kwa umbali wa mabilioni ya miaka ya mwanga. Muundo wa kemikali wa anga za sayari na nyota, gesi baridi ndani nafasi ya nyota imedhamiriwa kutoka kwa spectra ya kunyonya.
Kwa kusoma spectra, wanasayansi waliweza kuamua sio tu muundo wa kemikali wa miili ya mbinguni, lakini pia joto lao. Kwa kuhamishwa kwa mistari ya spectral, mtu anaweza kuamua kasi ya harakati ya mwili wa mbinguni.

Hivi sasa, spectra ya atomi zote imedhamiriwa na meza za spectra zimeundwa. Kwa msaada wa uchambuzi wa spectral, vipengele vingi vipya viligunduliwa: rubidium, cesium, nk Vipengele mara nyingi vilipewa majina kwa mujibu wa rangi ya mistari yenye nguvu zaidi katika wigo. Rubidium hutoa nyekundu nyeusi, mistari ya ruby ​​​​. Neno cesium linamaanisha "buluu ya anga". Hii ni rangi ya mistari kuu ya wigo wa cesium.
Ilikuwa kwa msaada wa uchambuzi wa spectral kwamba utungaji wa kemikali wa Sun na nyota ulijifunza. Njia zingine za uchambuzi haziwezekani hapa. Ilibadilika kuwa nyota zinajumuisha vitu sawa vya kemikali ambavyo vinapatikana Duniani. Inashangaza kwamba heliamu iligunduliwa hapo awali kwenye Jua na kisha kupatikana tu katika angahewa ya Dunia. Jina la kipengele hiki linakumbuka historia ya ugunduzi wake: neno heliamu linamaanisha "jua".
Kwa sababu ya unyenyekevu wake wa kulinganisha na mchanganyiko, uchambuzi wa spectral ndio njia kuu ya ufuatiliaji wa muundo wa dutu katika madini, uhandisi wa mitambo na tasnia ya nyuklia. Kutumia uchambuzi wa spectral, utungaji wa kemikali ya ores na madini imedhamiriwa.
Utungaji wa mchanganyiko tata, hasa wa kikaboni, unachambuliwa na spectra yao ya molekuli.
Uchunguzi wa Spectral unaweza kufanywa sio tu kutoka kwa spectra ya chafu, lakini pia kutoka kwa spectra ya kunyonya. Ni mistari ya kunyonya katika wigo wa Jua na nyota ambayo inafanya uwezekano wa kusoma muundo wa kemikali wa miili hii ya mbinguni. Mkali uso unaowaka Picha ya jua hutoa wigo unaoendelea. anga ya jua kwa kuchagua hufyonza mwanga kutoka kwa photosphere, ambayo husababisha mwonekano wa mistari ya kunyonya dhidi ya usuli wa wigo unaoendelea wa photosphere.
Lakini angahewa la Jua lenyewe hutoa mwanga. Wakati kupatwa kwa jua, Lini diski ya jua imefungwa na Mwezi, mistari ya wigo imebadilishwa. Badala ya mistari ya kunyonya ndani wigo wa jua chafu mistari flash.
Katika unajimu, uchambuzi wa spectral inamaanisha sio tu uamuzi wa muundo wa kemikali wa nyota, mawingu ya gesi, nk, lakini pia uamuzi wa vitu vingine vingi kutoka kwa spectra. sifa za kimwili vitu hivi: joto, shinikizo, kasi, induction magnetic.
Mbali na unajimu, uchanganuzi wa taswira hutumiwa sana katika sayansi ya uchunguzi kuchunguza ushahidi unaopatikana katika eneo la uhalifu. Pia, uchambuzi wa spectral katika sayansi ya mahakama inasaidia sana katika kutambua silaha ya mauaji na kwa ujumla kufichua baadhi ya maelezo ya uhalifu.
Uchambuzi wa Spectral hutumiwa hata zaidi katika dawa. Hapa maombi yake ni makubwa sana. Inaweza kutumika kwa uchunguzi, na pia kutambua vitu vya kigeni katika mwili wa binadamu.
Uchunguzi wa Spectral unahitaji vyombo maalum vya spectral, ambavyo tutazingatia zaidi.

Vifaa vya Spectral.

Kwa utafiti sahihi Spectra vifaa rahisi kama vile mpasuo mwembamba unaozuia mwangaza na mche havitoshi tena. Vyombo vinahitajika vinavyotoa wigo wazi, yaani, vyombo vinavyoweza kutenganisha vizuri mawimbi ya urefu tofauti na haziruhusu sehemu za kibinafsi za wigo kuingiliana. Vifaa vile huitwa vifaa vya spectral. Mara nyingi, sehemu kuu ya vifaa vya spectral ni grating ya prism au diffraction.
Wacha tuchunguze mchoro wa muundo wa vifaa vya prism spectral. Mionzi inayochunguzwa kwanza huingia kwenye sehemu ya kifaa kinachoitwa collimator. Collimator ni bomba, mwisho mmoja ambao kuna skrini pengo nyembamba, na kwa upande mwingine kuna lenzi inayobadilika. Mpasuko uko kwenye urefu wa kitovu wa lenzi. Kwa hiyo, tukio la mwanga wa mwanga kwenye lenzi kutoka kwenye mpasuko hutoka humo kama boriti sambamba na huanguka kwenye prism.
Kwa sababu masafa tofauti yanahusiana viashiria mbalimbali kinzani, basi mihimili inayofanana ambayo hailingani katika mwelekeo hutoka kwenye prism. Wanaanguka kwenye lensi. Katika urefu wa kuzingatia wa lenzi hii kuna skrini - glasi iliyohifadhiwa au sahani ya picha. Lenzi huzingatia miale inayofanana ya miale kwenye skrini, na badala ya picha moja ya mpasuko, matokeo yake ni. mstari mzima Picha. Kila mzunguko (muda mwembamba wa spectral) una picha yake mwenyewe. Picha hizi zote kwa pamoja huunda wigo.
Kifaa kilichoelezwa kinaitwa spectrograph. Ikiwa, badala ya lens ya pili na skrini, darubini hutumiwa kutazama spectra, basi kifaa kinaitwa spectroscope. Prisms na sehemu zingine za vifaa vya spectral sio lazima ziwe za glasi. Badala ya glasi, vifaa vya uwazi kama vile quartz pia hutumiwa. chumvi ya mwamba na nk.

Mionzi ya joto na luminescence.

Nishati inayotumiwa na mwili mwangaza kwenye mionzi inaweza kujazwa tena kutoka vyanzo mbalimbali. Fosforasi ambayo huongeza oksidi katika mwanga wa hewa kutokana na nishati iliyotolewa wakati wa mabadiliko ya kemikali. Aina hii ya mwanga inaitwa chemiluminescence. Mwangaza unaotokea wakati aina mbalimbali kutokwa kwa gesi huru huitwa electroluminescence. Mwangaza wa vitu vikali vinavyosababishwa na bombardment ya elektroni huitwa cathodoluminescence. Utoaji na mwili wa mionzi ya tabia fulani ya urefu wa wimbi λ 1 inaweza kusababishwa na kuwasha mwili huu (au kuwasha hapo awali) na mionzi ya urefu wa mawimbi. λ 1 chini ya λ 2. Taratibu hizo zimeunganishwa chini ya jina photoluminescence (Luminescence ni mionzi ambayo ni zaidi ya mionzi ya joto ya mwili kwa joto fulani na ina muda ambao unazidi kwa kiasi kikubwa kipindi cha mawimbi yaliyotolewa. Dutu za luminescent huitwa fosforasi ).

Kielelezo 8. 1 Chemiluminescence

Kielelezo 8. 2 Photoluminescence

Kielelezo 8. 3 Electroluminescence.

Ya kawaida ni mwanga wa miili kutokana na joto lao. Aina hii ya mwanga inaitwa mionzi ya joto (au joto). Mionzi ya joto hutokea kwa joto lolote, lakini kwa joto la chini karibu tu mawimbi ya umeme ya muda mrefu (infrared) hutolewa.

Hebu tuzungushe mwili unaoangaza na shell isiyoweza kupenya na uso wa kutafakari kikamilifu (Mchoro.).

Mionzi inayoanguka kwenye mwili inafyonzwa nayo (sehemu au kabisa). Kwa hivyo, kutakuwa na ubadilishanaji wa nishati unaoendelea kati ya mwili na mionzi inayojaza ganda. Ikiwa usambazaji wa nishati kati ya mwili na mionzi haubadilika kwa kila urefu wa wimbi, hali ya mfumo wa mionzi ya mwili itakuwa katika usawa. Uzoefu unaonyesha kuwa aina pekee ya mionzi ambayo inaweza kuwa katika usawa na miili inayoangaza ni mionzi ya joto. Aina zingine zote za mionzi zinageuka kuwa zisizo na usawa.

Uwezo wa mionzi ya joto kuwa katika usawa na miili ya mionzi ni kutokana na ukweli kwamba nguvu yake huongezeka kwa kuongezeka kwa joto. Hebu tuchukue kwamba usawa kati ya mwili na mionzi (tazama takwimu) imevunjwa na mwili hutoa nishati zaidi kuliko inachukua.

Kisha nishati ya ndani ya mwili itapungua, ambayo itasababisha kupungua kwa joto. Hii kwa upande itasababisha kupungua kwa kiasi cha nishati iliyotolewa na mwili. Joto la mwili litapungua hadi kiasi cha nishati iliyotolewa na mwili ni sawa na kiasi cha nishati iliyochukuliwa. Ikiwa usawa unafadhaika kwa upande mwingine, yaani, kiasi cha nishati iliyotolewa ni chini ya kufyonzwa, joto la mwili litaongezeka hadi usawa utakapoanzishwa tena. Kwa hivyo, usawa katika mfumo wa mionzi ya mwili husababisha kuibuka kwa michakato ambayo hurejesha usawa.

Hali ni tofauti katika kesi ya aina yoyote ya luminescence. Wacha tuonyeshe hii kwa kutumia mfano wa chemiluminescence. Wakati mmenyuko wa kemikali unaosababisha mionzi unafanyika, mwili unaoangaza husogea mbali zaidi na hali yake ya asili. Kunyonya kwa mionzi na mwili haitabadilisha mwelekeo wa mmenyuko, lakini kinyume chake itasababisha majibu ya haraka (kutokana na joto) katika mwelekeo wa awali. Usawa utaanzishwa tu wakati usambazaji mzima wa vitu vinavyoitikia na Mwangaza unatumiwa.

iliyosababishwa na michakato ya kemikali itabadilishwa na mionzi ya joto.

Kwa hiyo, ya aina zote za mionzi, mionzi ya joto tu inaweza kuwa katika usawa. Sheria za thermodynamics zinatumika kwa majimbo na michakato ya usawa. Kwa hivyo, mionzi ya joto lazima itii sheria kadhaa za jumla zinazotokana na kanuni za thermodynamics. Sasa tutaendelea kuzingatia mifumo hii.

8.2 Sheria ya Kirchhoff.

Hebu tujulishe baadhi ya sifa za mionzi ya joto.

Mtiririko wa nishati (masafa yoyote), inayotolewa na uso wa kitengo cha mwili unaoangazia kwa kila wakati wa kitengo katika pande zote(ndani ya pembe thabiti 4π), kuitwa mwangaza wa nguvu wa mwili (R) [R] = W/m2 .

Mionzi ina mawimbi ya masafa tofauti (ν). Wacha tuonyeshe mtiririko wa nishati inayotolewa na uso wa kitengo cha mwili katika safu ya masafa kutoka ν hadi ν. + dn, kupitia d Rν. Kisha kwa joto fulani.

Wapi - wiani wa spectral mwangaza wa nguvu, au upungufu wa hewa mwilini .

Uzoefu unaonyesha kuwa hewa ya mwili inategemea joto la mwili (kwa kila halijoto kiwango cha juu cha mionzi iko katika safu yake ya masafa). Dimension .

Kujua uzalishaji, tunaweza kuhesabu mwangaza wa nguvu:

Acha mtiririko wa nishati ya kung'aa dФ uanguke kwenye eneo la msingi la uso wa mwili, unaosababishwa na mawimbi ya sumakuumeme, masafa ambayo yamo katika muda wa dν. Sehemu ya mtiririko huu itafyonzwa na mwili. Isiyo na kipimo

kuitwa uwezo wa kunyonya wa mwili . Pia inategemea sana joto.

Kwa ufafanuzi haiwezi kuwa zaidi ya moja. Kwa mwili unaofyonza kabisa mionzi ya masafa yote,. Mwili kama huo unaitwa nyeusi kabisa (huu ni ukamilifu).

Mwili kwa ajili yake na chini ya umoja kwa masafa yote,kuitwa mwili wa kijivu (hii pia ni dhana).

Kuna uhusiano fulani kati ya uwezo wa kutoa na kunyonya wa mwili. Wacha tufanye kiakili jaribio lifuatalo.

Wacha kuwe na miili mitatu ndani ya ganda lililofungwa. Miili iko katika utupu, kwa hiyo, kubadilishana nishati kunaweza kutokea tu kwa njia ya mionzi. Uzoefu unaonyesha kwamba mfumo huo, baada ya muda fulani, utafikia hali ya usawa wa joto (miili yote na shell itakuwa na joto sawa).

Katika hali hii, mwili ulio na hewa chafu zaidi hupoteza nishati zaidi kwa wakati wa kitengo, lakini, kwa hivyo, mwili huu lazima pia uwe na uwezo mkubwa wa kunyonya:

Gustav Kirchhoff iliundwa mnamo 1856 sheria na kupendekeza mfano wa mwili mweusi .

Uwiano wa kutoa moshi na unyonyaji hautegemei asili ya mwili; ni sawa kwa miili yote.(zima)kazi ya mzunguko na joto.

wapi f(- kazi ya ulimwengu wote Kirchhoff.

Chaguo hili la kukokotoa lina herufi ya jumla, au kabisa.

Kiasi na, ikichukuliwa kando, inaweza kubadilika sana wakati wa kusonga kutoka kwa mwili mmoja hadi mwingine, lakini uwiano wao. daima kwa miili yote (kwa mzunguko fulani na joto).

Kwa mwili mweusi kabisa, =1, kwa hivyo, kwa hiyo f(, i.e. kazi ya Kirchhoff ya ulimwengu wote sio zaidi ya kutokwa kwa mwili mweusi kabisa.

Miili nyeusi kabisa haipo katika asili. Masizi au nyeusi ya platinamu ina ufyonzaji wa 1, lakini katika masafa mafupi ya masafa. Hata hivyo, cavity yenye shimo ndogo ni karibu sana katika mali zake kwa mwili mweusi kabisa. Boriti inayoingia ndani lazima ichukuliwe baada ya kutafakari nyingi, na boriti ya mzunguko wowote.

Utoaji wa hewa wa kifaa kama hicho (cavity) iko karibu sana f(ν ,T) Kwa hivyo, ikiwa kuta za cavity huhifadhiwa kwa joto T, basi mionzi hutoka kwenye shimo, karibu sana katika utungaji wa spectral kwa mionzi ya mwili mweusi kabisa kwa joto sawa.

Kwa kuoza mionzi hii katika wigo, mtu anaweza kupata fomu ya majaribio ya kazi f(ν ,T) (Mchoro 1.3), pamoja na joto tofauti T 3 > T 2 > T 1 .

Eneo lililofunikwa na curve hutoa mwangaza wa nguvu wa mwili mweusi kwa joto linalolingana.

Curve hizi ni sawa kwa miili yote.

Mikondo inafanana na chaguo za kukokotoa za usambazaji wa kasi ya molekuli. Lakini kuna maeneo yaliyofunikwa na curves ni mara kwa mara, lakini hapa kwa kuongezeka kwa joto eneo hilo huongezeka kwa kiasi kikubwa. Hii inaonyesha kuwa utangamano wa nishati unategemea sana halijoto. Upeo wa mionzi (emissivity) na joto la kuongezeka zamu kuelekea masafa ya juu.

Utangulizi ……………………………………………………………………………….2.2

Utaratibu wa mionzi……………………………………………………………………………..3.

Usambazaji wa nishati katika wigo …………………………………………………….4.

Aina za spectra ………………………………………………………………………………………….6.

Aina za uchambuzi wa spectral ………………………………………………………

Hitimisho………………………………………………………………………………..9

Fasihi………………………………………………………………………………….11

Utangulizi

Spectrum ni mtengano wa mwanga katika sehemu zake za sehemu, mionzi ya rangi tofauti.

Njia ya kusoma muundo wa kemikali wa vitu anuwai kutoka kwa uzalishaji wao wa laini au taswira ya kunyonya inaitwa. uchambuzi wa spectral. Kiasi kidogo cha dutu kinahitajika kwa uchambuzi wa spectral. Kasi na unyeti wake umefanya njia hii kuwa ya lazima katika maabara na katika unajimu. Kwa kuwa kila kipengele cha kemikali cha jedwali la upimaji hutoa chafu ya mstari na tabia ya wigo wa ngozi kwa ajili yake tu, hii inafanya uwezekano wa kujifunza utungaji wa kemikali ya dutu hii. Wanafizikia Kirchhoff na Bunsen walijaribu kwanza kuifanya mnamo 1859, wakijenga spectroscope. Nuru ilipitishwa ndani yake kwa njia ya mpasuko mwembamba kutoka kwenye ukingo mmoja wa darubini (bomba hili lenye mpasuko linaitwa collimator). Kutoka kwa collimator, miale ilianguka kwenye prism iliyofunikwa na sanduku lililowekwa na karatasi nyeusi ndani. Miche iligeuza miale iliyotoka kwenye mwanya. Matokeo yake yalikuwa ni wigo. Baada ya hayo, walifunika dirisha na pazia na kuweka burner iliyowaka kwenye mpako wa collimator. Vipande vya vitu mbalimbali vililetwa kwa njia mbadala kwenye moto wa mshumaa, na kutazama kwa pili darubini kwa wigo unaotokana. Ilibadilika kuwa mvuke za incandescent za kila kipengele zilitoa miale ya rangi iliyofafanuliwa kabisa, na prism iligeuza miale hii mahali palipoainishwa madhubuti, na kwa hivyo hakuna rangi inayoweza kufunika nyingine. Hii ilisababisha hitimisho kwamba mbinu mpya kabisa ya uchanganuzi wa kemikali ilikuwa imepatikana - kwa kutumia wigo wa dutu. Mnamo 1861, kulingana na ugunduzi huu, Kirchhoff alithibitisha uwepo wa vitu kadhaa kwenye chromosphere ya Jua, akiweka msingi wa unajimu.

Utaratibu wa mionzi

Chanzo cha mwanga lazima kitumie nishati. Mwanga ni mawimbi ya sumakuumeme yenye urefu wa 4 * 10 -7 - 8 * 10 -7 m. Mawimbi ya sumakuumeme hutolewa na harakati ya kasi ya chembe za kushtakiwa. Chembe hizi zilizochajiwa ni sehemu ya atomi. Lakini bila kujua jinsi atomi imeundwa, hakuna kitu cha kuaminika kinaweza kusema juu ya utaratibu wa mionzi. Ni wazi tu kwamba hakuna mwanga ndani ya atomi, kama vile hakuna sauti katika kamba ya piano. Kama kamba inayoanza kusikika tu baada ya kupigwa na nyundo, atomi huzaa nuru tu baada ya kusisimka.

Ili atomi ianze kuangaza, nishati lazima ihamishwe kwake. Wakati wa kutoa, atomi hupoteza nishati inayopokea, na kwa mwanga unaoendelea wa dutu, uingizaji wa nishati kwa atomi zake kutoka nje ni muhimu.

Mionzi ya joto. Aina rahisi na ya kawaida ya mionzi ni mionzi ya joto, ambayo nishati inayopotea na atomi ili kutoa mwanga hulipwa na nishati ya mwendo wa joto wa atomi au (molekuli) ya mwili unaotoa. Kadiri joto la mwili linavyoongezeka, ndivyo atomi zinavyosonga haraka. Wakati atomi za haraka (molekuli) zinapogongana, sehemu ya nishati yao ya kinetic inabadilishwa kuwa nishati ya msisimko ya atomi, ambayo hutoa mwanga.

Chanzo cha joto cha mionzi ni Jua, pamoja na taa ya kawaida ya incandescent. Taa ni rahisi sana, lakini chanzo cha gharama nafuu. Ni karibu 12% tu ya jumla ya nishati iliyotolewa na mkondo wa umeme kwenye taa inabadilishwa kuwa nishati nyepesi. Chanzo cha joto cha mwanga ni moto. Nafaka za masizi huwaka moto kutokana na nishati iliyotolewa wakati wa mwako wa mafuta na kutoa mwanga.

Electroluminescence. Nishati inayohitajika na atomi kutoa mwanga inaweza pia kutoka kwa vyanzo visivyo vya joto. Wakati wa kutokwa kwa gesi, uwanja wa umeme hutoa nishati kubwa ya kinetic kwa elektroni. Elektroni za haraka hupata migongano na atomi. Sehemu ya nishati ya kinetic ya elektroni huenda ili kusisimua atomi. Atomi zenye msisimko hutoa nishati kwa namna ya mawimbi ya mwanga. Kutokana na hili, kutokwa kwa gesi kunafuatana na mwanga. Hii ni electroluminescence.

Cathodoluminescence. Mwangaza wa vitu vikali vinavyosababishwa na bombardment ya elektroni huitwa cathodoluminescence. Shukrani kwa cathodoluminescence, skrini za mirija ya cathode ray ya televisheni huangaza.

Chemiluminescence. Katika baadhi ya athari za kemikali zinazotoa nishati, sehemu ya nishati hii hutumiwa moja kwa moja kwenye utoaji wa mwanga. Chanzo cha mwanga kinabaki baridi (kiko kwenye joto la kawaida). Jambo hili linaitwa chemioluminescence.

Photoluminescence. Tukio jepesi kwenye dutu linaakisiwa kwa kiasi na kufyonzwa kwa kiasi. Nishati ya mwanga uliofyonzwa katika hali nyingi husababisha tu joto la miili. Walakini, miili mingine yenyewe huanza kuangaza moja kwa moja chini ya ushawishi wa tukio la mionzi juu yao. Hii ni photoluminescence. Mwanga husisimua atomi za dutu (huongeza nguvu zao za ndani), baada ya hapo zinaangazwa wenyewe. Kwa mfano, rangi zenye mwanga zinazofunika mapambo mengi ya mti wa Krismasi hutoa mwanga baada ya kuwashwa.

Nuru inayotolewa wakati wa photoluminescence, kama sheria, ina urefu mrefu wa wimbi kuliko mwanga unaosisimua mwanga. Hii inaweza kuzingatiwa kwa majaribio. Ukielekeza boriti nyepesi kwenye chombo kilicho na fluoresceite (rangi ya kikaboni),

kupita kupitia chujio cha urujuani, kioevu hiki huanza kung'aa na mwanga wa kijani-njano, yaani, mwanga wa urefu wa mawimbi zaidi ya urujuani.

Jambo la photoluminescence hutumiwa sana katika taa za fluorescent. Mwanafizikia wa Soviet S.I. Vavilov alipendekeza kufunika uso wa ndani wa bomba la kutokwa na vitu vinavyoweza kung'aa sana chini ya hatua ya mionzi ya mawimbi mafupi kutoka kwa kutokwa kwa gesi. Taa za fluorescent ni takriban mara tatu hadi nne zaidi ya kiuchumi kuliko taa za kawaida za incandescent.

Aina kuu za mionzi na vyanzo vinavyounda vimeorodheshwa. Vyanzo vya kawaida vya mionzi ni joto.

Usambazaji wa nishati katika wigo

Kwenye skrini nyuma ya prism ya kuakisi, rangi za monokromatiki katika wigo zimepangwa kwa mpangilio ufuatao: nyekundu (ambayo ina urefu mrefu zaidi kati ya mawimbi ya mwanga inayoonekana (k = 7.6 (10-7 m na faharisi ndogo zaidi ya kuakisi), chungwa, manjano. , kijani kibichi, samawati, buluu na zambarau (yenye urefu mfupi zaidi wa mawimbi katika wigo unaoonekana (f = 4 (m 10-7 na fahirisi ya juu zaidi ya kuakisi). Hakuna chanzo chochote kinachotoa mwanga wa monokromatiki, yaani, mwanga wa urefu uliobainishwa kabisa. Majaribio ya mtengano wa mwanga ndani ya wigo kwa kutumia prism, pamoja na majaribio ya kuingiliwa na kutofautisha.

Nishati ambayo mwanga hubeba nayo kutoka kwa chanzo husambazwa kwa njia fulani juu ya mawimbi ya urefu wote ambao hutengeneza mwangaza. Tunaweza pia kusema kwamba nishati inasambazwa juu ya masafa, kwa kuwa kuna uhusiano rahisi kati ya urefu wa wimbi na mzunguko: v = c.

Msongamano wa mionzi ya sumakuumeme, au ukubwa /, hubainishwa na nishati &W inayotokana na masafa yote. Ili kuashiria usambazaji wa mzunguko wa mionzi, ni muhimu kuanzisha kiasi kipya: ukubwa kwa muda wa mzunguko wa kitengo. Kiasi hiki kinaitwa wiani wa spectral wa kiwango cha mionzi.

Wiani wa flux ya mionzi ya spectral inaweza kupatikana kwa majaribio. Ili kufanya hivyo, unahitaji kutumia prism kupata wigo wa utoaji, kwa mfano, arc ya umeme, na kupima msongamano wa mionzi ya mionzi inayoanguka kwenye vipindi vidogo vya spectral vya upana Av.

Huwezi kutegemea jicho lako kukadiria usambazaji wa nishati. Jicho lina unyeti wa kuchagua kwa mwanga: unyeti wake wa juu upo katika eneo la njano-kijani la wigo. Ni bora kuchukua faida ya mali ya mwili mweusi karibu kabisa kunyonya mwanga wa wavelengths wote. Katika kesi hii, nishati ya mionzi (yaani mwanga) husababisha joto la mwili. Kwa hiyo, inatosha kupima joto la mwili na kuitumia kuhukumu kiasi cha nishati iliyochukuliwa kwa muda wa kitengo.

Kipimajoto cha kawaida ni nyeti sana kuweza kutumika kwa mafanikio katika majaribio kama haya. Vyombo nyeti zaidi vinahitajika ili kupima joto. Unaweza kuchukua thermometer ya umeme, ambayo kipengele nyeti kinafanywa kwa namna ya sahani nyembamba ya chuma. Sahani hii lazima ipakwe na safu nyembamba ya soti, ambayo karibu inachukua kabisa mwanga wa urefu wowote.

Sahani isiyo na joto ya kifaa inapaswa kuwekwa kwenye sehemu moja au nyingine kwenye wigo. Wigo mzima unaoonekana wa urefu l kutoka kwa mionzi nyekundu hadi violet inalingana na muda wa mzunguko kutoka v cr hadi y f. Upana unalingana na muda mdogo Av. Kwa kupokanzwa sahani nyeusi ya kifaa, mtu anaweza kuhukumu wiani wa flux ya mionzi kwa muda wa mzunguko Av. Kusonga sahani kando ya wigo, tutapata kwamba nishati nyingi ni katika sehemu nyekundu ya wigo, na si katika njano-kijani, kama inaonekana kwa jicho.

Kulingana na matokeo ya majaribio haya, inawezekana kujenga curve ya utegemezi wa wiani wa spectral wa kiwango cha mionzi kwenye mzunguko. Uzito wa mionzi ya kiwango cha mionzi imedhamiriwa na hali ya joto ya sahani, na frequency sio ngumu kupata ikiwa kifaa kinachotumiwa kuoza taa kimerekebishwa, ambayo ni, ikiwa inajulikana ni frequency gani sehemu fulani ya wigo inalingana. kwa.

Kwa kupanga njama kando ya mhimili wa abscissa maadili ya masafa yanayolingana na sehemu za kati za vipindi Av, na kando ya mhimili wa kuratibu wiani wa mionzi ya nguvu ya mionzi, tunapata idadi ya alama ambazo tunaweza kuchora curve laini. Curve hii inatoa uwakilishi wa kuona wa usambazaji wa nishati na sehemu inayoonekana ya wigo wa arc ya umeme.

Vifaa vya Spectral. Kwa uchunguzi sahihi wa mwonekano, vifaa rahisi kama vile mwanya mwembamba unaozuia mwangaza na prism havitoshi tena. Vyombo vinahitajika vinavyotoa wigo wazi, yaani, vyombo vinavyoweza kutenganisha vizuri mawimbi ya urefu tofauti na haziruhusu sehemu za kibinafsi za wigo kuingiliana. Vifaa vile huitwa vifaa vya spectral. Mara nyingi, sehemu kuu ya vifaa vya spectral ni grating ya prism au diffraction.

Wacha tuchunguze mchoro wa muundo wa vifaa vya prism spectral. Mionzi inayochunguzwa kwanza huingia kwenye sehemu ya kifaa kinachoitwa collimator. Collimator ni bomba, kwenye mwisho mmoja ambao kuna skrini yenye mgawanyiko mwembamba, na kwa upande mwingine - lens ya kukusanya. Mpasuko uko kwenye urefu wa kitovu wa lenzi. Kwa hiyo, tukio la mwanga wa mwanga kwenye lenzi kutoka kwenye mpasuko hutoka humo kama boriti sambamba na huanguka kwenye prism.

Kwa kuwa masafa tofauti yanahusiana na fahirisi tofauti za kuakisi, mihimili inayofanana ambayo hailingani katika mwelekeo hutoka kwenye prism. Wanaanguka kwenye lensi. Katika urefu wa msingi wa lensi hii kuna skrini - glasi iliyohifadhiwa au

sahani ya picha. Lens inazingatia mihimili inayofanana ya mionzi kwenye skrini, na badala ya picha moja ya mpasuko, mfululizo mzima wa picha hupatikana. Kila mzunguko (muda mwembamba wa spectral) una picha yake mwenyewe. Picha hizi zote kwa pamoja huunda wigo.

Kifaa kilichoelezwa kinaitwa spectrograph. Ikiwa, badala ya lens ya pili na skrini, darubini hutumiwa kutazama spectra, basi kifaa kinaitwa spectroscope, iliyoelezwa hapo juu. Prisms na sehemu zingine za vifaa vya spectral sio lazima ziwe za glasi. Badala ya glasi, vifaa vya uwazi kama vile quartz, chumvi ya mwamba, nk pia hutumiwa.

Aina za spectra

Muundo wa spectral wa mionzi kutoka kwa dutu ni tofauti sana. Lakini, licha ya hili, maonyesho yote, kama uzoefu unaonyesha, yanaweza kugawanywa katika aina kadhaa:

Mtazamo unaoendelea. Wigo wa jua au wigo wa mwanga wa arc ni endelevu. Hii ina maana kwamba wigo una mawimbi ya wavelengths zote. Hakuna mapumziko katika wigo, na ukanda unaoendelea wa rangi nyingi unaweza kuonekana kwenye skrini ya spectrograph.

Usambazaji wa nishati juu ya masafa, yaani, wiani wa spectral wa kiwango cha mionzi, ni tofauti kwa miili tofauti. Kwa mfano, mwili wenye uso mweusi sana hutoa mawimbi ya sumakuumeme ya masafa yote, lakini curve ya utegemezi wa msongamano wa spectral wa nguvu ya mionzi kwenye mzunguko ina upeo katika mzunguko fulani. Nishati ya mionzi katika masafa ya chini sana na ya juu sana haitumiki. Kwa kuongezeka kwa joto, wiani wa juu wa spectral hubadilika kuelekea mawimbi mafupi.

Mwonekano unaoendelea (au unaoendelea), kama uzoefu unavyoonyesha, hutolewa na miili iliyo katika hali dhabiti au kioevu, pamoja na gesi zilizobanwa sana. Ili kupata wigo unaoendelea, mwili lazima uwe joto kwa joto la juu.

Asili ya wigo unaoendelea na ukweli wa uwepo wake imedhamiriwa sio tu na mali ya atomi zinazotoa mtu binafsi, lakini pia kwa kiwango kikubwa hutegemea mwingiliano wa atomi na kila mmoja.

Wigo unaoendelea pia hutolewa na plasma ya juu ya joto. Mawimbi ya sumakuumeme hutolewa na plasma hasa wakati elektroni zinapogongana na ayoni.

Wimbo wa mstari. Hebu tuongeze kipande cha asbesto iliyotiwa na suluhisho la chumvi ya kawaida ya meza ndani ya moto wa rangi ya burner ya gesi.

Wakati wa kutazama mwali kupitia spectroscope, mstari wa manjano mkali utawaka dhidi ya usuli wa wigo unaoendelea wa mwali unaoonekana. Mstari huu wa manjano hutolewa na mvuke wa sodiamu, ambayo hutengenezwa wakati molekuli za chumvi ya meza zinavunjwa katika moto. Kila mmoja wao ni palisade ya mistari ya rangi ya mwangaza tofauti, ikitenganishwa na giza pana

kupigwa. Vile spectra huitwa line spectra. Uwepo wa wigo wa mstari unamaanisha kuwa dutu hutoa mwanga tu kwa urefu fulani wa wavelengths (kwa usahihi zaidi, katika vipindi fulani vya spectral nyembamba sana). Kila mstari una upana wa kikomo.

Mistari ya mstari hutoa vitu vyote katika hali ya atomiki ya gesi (lakini si ya molekuli). Katika kesi hii, mwanga hutolewa na atomi ambazo kwa kweli haziingiliani na kila mmoja. Hii ndiyo aina ya msingi zaidi, ya msingi ya spectra.

Atomi zilizotengwa hutoa urefu uliobainishwa kabisa. Kwa kawaida, kuchunguza spectra ya mstari, mwanga wa mvuke wa dutu katika moto au mwanga wa kutokwa kwa gesi katika tube iliyojaa gesi chini ya utafiti hutumiwa.

Kadiri msongamano wa gesi ya atomiki unavyoongezeka, mistari ya spectral ya mtu binafsi hupanuka, na hatimaye, kwa mgandamizo wa juu sana wa gesi, wakati mwingiliano wa atomi unakuwa muhimu, mistari hii inapishana, na kutengeneza wigo unaoendelea.

Mwonekano wenye mistari. Wigo wa bendi hujumuisha bendi za kibinafsi zilizotenganishwa na nafasi za giza. Kwa msaada wa kifaa kizuri sana cha spectral inawezekana

gundua kuwa kila mstari ni mkusanyo wa idadi kubwa ya mistari iliyopangwa kwa karibu sana. Tofauti na spectra ya mstari, spectra yenye milia huundwa sio na atomi, lakini na molekuli ambazo hazijafungwa au zimefungwa dhaifu kwa kila mmoja.

Kuchunguza spectra ya molekuli, pamoja na kuchunguza mstari wa mstari, mwanga wa mvuke katika moto au mwanga wa kutokwa kwa gesi hutumiwa kawaida.

Mtazamo wa kunyonya. Dutu zote ambazo atomi zake ziko katika hali ya msisimko hutoa mawimbi ya mwanga, ambayo nishati yake inasambazwa kwa njia fulani juu ya urefu wa mawimbi. Kunyonya kwa nuru na dutu pia inategemea urefu wa wimbi. Kwa hivyo, glasi nyekundu hupitisha mawimbi yanayolingana na taa nyekundu na inachukua wengine wote.

Ikiwa unapitisha mwanga mweupe kupitia gesi baridi, isiyotoa moshi, mistari ya giza inaonekana dhidi ya historia ya wigo unaoendelea wa chanzo. Gesi hufyonza kwa ukali zaidi mwanga wa urefu wa mawimbi ambao hutoa inapokanzwa sana. Mistari meusi dhidi ya usuli wa wigo unaoendelea ni mistari ya unyonyaji ambayo kwa pamoja huunda wigo wa unyonyaji.

Kuna mwonekano unaoendelea, wa mstari na wenye milia na idadi sawa ya aina za mwonekano wa kunyonya.

Mtazamo wa mstari una jukumu muhimu sana kwa sababu muundo wao unahusiana moja kwa moja na muundo wa atomi. Baada ya yote, spectra hizi zinaundwa na atomi ambazo hazipati ushawishi wa nje. Kwa hivyo, kwa kufahamiana na spectra ya mstari, kwa hivyo tunachukua hatua ya kwanza kuelekea kusoma muundo wa atomi. Kwa kutazama maonyesho haya, wanasayansi walipata

fursa ya "kuangalia" ndani ya atomi. Hapa optics inakaribiana na fizikia ya atomiki.

Aina za uchambuzi wa spectral

Sifa kuu ya mwonekano wa mstari ni kwamba urefu wa mawimbi (au masafa) ya wigo wa mstari wa dutu yoyote hutegemea tu mali ya atomi za dutu hii, lakini ni huru kabisa na njia ya msisimko wa mwangaza wa atomi. Atomi

kipengele chochote cha kemikali kinapeana wigo ambao haufanani na wigo wa vitu vingine vyote: wana uwezo wa kutoa seti iliyoainishwa madhubuti ya urefu wa mawimbi.

Hii ndiyo msingi wa uchambuzi wa spectral - njia ya kuamua utungaji wa kemikali wa dutu kutoka kwa wigo wake. Kama alama za vidole vya binadamu, mionekano ya mstari ina utu wa kipekee. Upekee wa mifumo kwenye ngozi ya kidole mara nyingi husaidia kupata mhalifu. Kwa njia hiyo hiyo, kutokana na ubinafsi wa spectra, kuna

uwezo wa kuamua muundo wa kemikali wa mwili. Kutumia uchambuzi wa spectral, unaweza kugundua kipengele hiki katika utungaji wa dutu ngumu. Hii ni njia nyeti sana.

Inajulikana kwa sasa aina zifuatazo uchambuzi wa spectral - uchambuzi wa spectral ya atomiki (ASA)(huamua muundo wa kimsingi wa sampuli kutoka kwa utoaji wa atomiki (ioni) na taswira ya kunyonya), uzalishaji wa ASA(kulingana na wigo wa utoaji wa atomi, ioni na molekuli zinazosisimuliwa na vyanzo mbalimbali vya mionzi ya sumakuumeme katika safu kutoka kwa mionzi ya g hadi microwave), unyonyaji wa atomiki SA(inayofanywa kwa kutumia wigo wa kunyonya wa mionzi ya sumakuumeme na vitu vilivyochanganuliwa (atomi, molekuli, ioni za suala katika majimbo anuwai ya mkusanyiko)) atomic fluorescence SA, uchambuzi wa spectral ya molekuli (MSA) (utungaji wa molekuli vitu kwa mwonekano wa molekuli ya kunyonya, mwangaza na kutawanya kwa mwanga wa Raman.), ubora wa ISA(inatosha kuanzisha uwepo au kutokuwepo kwa mistari ya uchambuzi wa vipengele vinavyoamua. Kulingana na mwangaza wa mistari wakati wa ukaguzi wa kuona, mtu anaweza kutoa makadirio mabaya ya maudhui ya vipengele fulani katika sampuli). kiasi ISA(iliyofanywa kwa kulinganisha ukubwa wa mistari miwili ya spectral katika wigo wa sampuli, moja ambayo ni ya kipengele kinachoamuliwa, na nyingine (mstari wa kulinganisha) na kipengele kikuu cha sampuli, mkusanyiko wa ambayo inajulikana; au kipengele maalum kilicholetwa katika mkusanyiko unaojulikana).

MSA inategemea ulinganisho wa ubora na kiasi wa wigo uliopimwa wa sampuli inayochunguzwa na mwonekano wa dutu mahususi. Ipasavyo, tofauti hufanywa kati ya ISA ya ubora na kiasi. Katika ISA wanatumia aina tofauti mwonekano wa molekuli, mzunguko [spectra katika eneo la microwave na mawimbi ya muda mrefu ya infrared (IR)], mtetemo na mtetemo-mzunguko [unyonyaji na utoaji wa hewa chafu katika eneo la katikati ya IR, spectra ya Raman, spectra ya IR fluorescence], kielektroniki, kielektroniki -vibrational na kielektroniki mtetemo-mzunguko [sspectra ya kunyonya na maambukizi katika kanda inayoonekana na ultraviolet (UV), fluorescence spectra]. MSA inaruhusu uchanganuzi wa idadi ndogo (katika hali zingine sehemu mcg na kidogo) vitu katika hali tofauti za mkusanyiko.

Uchambuzi wa kiasi cha utungaji wa dutu kulingana na wigo wake ni vigumu, kwa kuwa mwangaza wa mistari ya spectral inategemea si tu juu ya wingi wa dutu, lakini pia juu ya njia ya msisimko wa mwanga. Kwa hiyo, kwa joto la chini, mistari mingi ya spectral haionekani kabisa. Walakini, chini ya hali ya kawaida ya msisimko wa mwanga, uchambuzi wa spectral wa kiasi pia unaweza kufanywa.

Sahihi zaidi ya vipimo hivi ni unyonyaji wa atomiki SA. Mbinu ya AAA ni rahisi zaidi ikilinganishwa na njia zingine; ina sifa ya usahihi wa juu katika kuamua sio ndogo tu, bali pia viwango vikubwa vya vitu katika sampuli. AAA imefanikiwa kuchukua nafasi ya kazi ngumu na inayotumia wakati mbinu za kemikali uchambuzi, sio duni kwao kwa usahihi.

Hitimisho

Hivi sasa, spectra ya atomi zote imedhamiriwa na meza za spectra zimeundwa. Kwa msaada wa uchambuzi wa spectral, vipengele vingi vipya viligunduliwa: rubidium, cesium, nk Vipengele mara nyingi vilipewa majina kwa mujibu wa rangi ya mistari yenye nguvu zaidi katika wigo. Rubidium hutoa nyekundu nyeusi, mistari ya ruby ​​​​. Neno cesium linamaanisha "buluu ya anga". Hii ni rangi ya mistari kuu ya wigo wa cesium.

Ilikuwa kwa msaada wa uchambuzi wa spectral kwamba utungaji wa kemikali wa Sun na nyota ulijifunza. Njia zingine za uchambuzi haziwezekani hapa. Ilibadilika kuwa nyota zinajumuisha vitu sawa vya kemikali ambavyo vinapatikana Duniani. Inashangaza kwamba heliamu iligunduliwa hapo awali kwenye Jua, na kisha tu kupatikana katika angahewa ya Dunia. Jina la hii

kipengele kinakumbuka historia ya ugunduzi wake: neno heliamu linamaanisha "jua" katika tafsiri.

Kwa sababu ya unyenyekevu wake wa kulinganisha na mchanganyiko, uchambuzi wa spectral ndio njia kuu ya ufuatiliaji wa muundo wa dutu katika madini, uhandisi wa mitambo na tasnia ya nyuklia. Kutumia uchambuzi wa spectral, utungaji wa kemikali ya ores na madini imedhamiriwa.

Utungaji wa mchanganyiko tata, hasa wa kikaboni, unachambuliwa na spectra yao ya molekuli.

Uchunguzi wa Spectral unaweza kufanywa sio tu kutoka kwa spectra ya chafu, lakini pia kutoka kwa spectra ya kunyonya. Ni mistari ya kunyonya katika wigo wa Jua na nyota ambayo inafanya uwezekano wa kusoma muundo wa kemikali wa miili hii ya mbinguni. Uso unaong'aa wa Jua - photosphere - hutoa wigo unaoendelea. Angahewa ya jua kwa kuchagua inachukua mwanga kutoka kwa photosphere, ambayo husababisha kuonekana kwa mistari ya kunyonya dhidi ya usuli wa wigo unaoendelea wa photosphere.

Lakini angahewa la Jua lenyewe hutoa mwanga. Wakati wa kupatwa kwa jua, wakati diski ya jua inafunikwa na Mwezi, mistari ya wigo hubadilishwa. Katika nafasi ya mistari ya kunyonya katika wigo wa jua, mistari ya utoaji huangaza.

Katika unajimu, uchambuzi wa spectral inamaanisha sio tu uamuzi wa muundo wa kemikali wa nyota, mawingu ya gesi, nk, lakini pia uamuzi wa wengi.

sifa nyingine za kimwili za vitu hivi: joto, shinikizo, kasi ya harakati, induction magnetic.

Ni muhimu kujua miili inayotuzunguka imeundwa na nini. Mbinu nyingi zimevumbuliwa ili kuamua muundo wao. Lakini muundo wa nyota na galaksi unaweza kuamua tu kwa kutumia uchambuzi wa spectral.

Njia za Express ASA zinatumika sana katika tasnia, kilimo, jiolojia na maeneo mengine mengi ya uchumi wa kitaifa na sayansi. ASA ina jukumu kubwa katika teknolojia ya nyuklia, uzalishaji wa vifaa vya semiconductor safi, superconductors, nk. Zaidi ya 3/4 ya uchambuzi wote katika metallurgy hufanywa kwa kutumia mbinu za ASA. Kutumia mita za quantum, utaratibu wa kufanya kazi unafanywa (ndani ya 2-3 min) kudhibiti wakati wa kuyeyuka katika ardhi wazi na uzalishaji wa kubadilisha fedha. Katika jiolojia na uchunguzi wa kijiolojia Ili kutathmini amana, takriban milioni 8 uchambuzi hufanywa kwa mwaka. ASA hutumiwa kwa ulinzi wa mazingira na uchambuzi wa udongo, katika uchunguzi na dawa, jiolojia ya bahari na utafiti wa muundo wa anga ya juu, na

mgawanyiko wa isotopu na uamuzi wa umri na muundo wa vitu vya kijiolojia na archaeological, nk.

Kwa hivyo, uchambuzi wa spectral hutumiwa katika karibu maeneo yote muhimu zaidi ya shughuli za binadamu. Kwa hiyo, uchambuzi wa spectral ni mojawapo ya vipengele muhimu zaidi vya maendeleo ya sio tu ya maendeleo ya kisayansi, lakini pia kiwango cha maisha ya binadamu.

Fasihi

Zaidel A.N., Misingi ya uchambuzi wa taswira, M., 1965,

Mbinu za uchambuzi wa spectral, M, 1962;

Chulanovsky V.M., Utangulizi wa uchambuzi wa spectral wa molekuli, M. - L., 1951;

Rusanov A.K., Misingi ya uchambuzi wa spectral wa ores na madini. M., 1971