การเรืองแสงของของแข็งที่เกิดจากการกระแทกของอิเล็กตรอน การแผ่รังสีความร้อนและการเรืองแสง

รังสีแม่เหล็กไฟฟ้า การประยุกต์ใช้วิธีการ การวิเคราะห์สเปกตรัม.

พลังงานรังสี

แหล่งกำเนิดแสงจะต้องใช้พลังงาน แสงเป็น คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยมีความยาวคลื่น 4·10-7 - 8·10-7 ม การเคลื่อนไหวแบบเร่งอนุภาคที่มีประจุ อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของอะตอม แต่ไม่รู้ว่าอะตอมมีโครงสร้างอย่างไร ไม่สามารถพูดได้อย่างน่าเชื่อถือเกี่ยวกับกลไกการแผ่รังสี เห็นได้ชัดว่าไม่มีแสงภายในอะตอม เช่นเดียวกับที่ไม่มีเสียงในสายเปียโน เช่นเดียวกับเชือกที่เริ่มส่งเสียงหลังจากถูกทุบด้วยค้อนเท่านั้น อะตอมจะทำให้เกิดแสงหลังจากที่ตื่นเต้นเท่านั้น
เพื่อให้อะตอมเริ่มแผ่รังสีได้ จะต้องถ่ายโอนพลังงานไปให้อะตอมนั้น เมื่อปล่อยออกมา อะตอมจะสูญเสียพลังงานที่ได้รับ และเพื่อให้สสารเรืองแสงอย่างต่อเนื่อง จำเป็นต้องมีการไหลเข้าของพลังงานไปยังอะตอมจากภายนอก

การแผ่รังสีความร้อน- การแผ่รังสีประเภทที่ง่ายที่สุดและพบบ่อยที่สุดคือการแผ่รังสีความร้อน ซึ่งพลังงานที่อะตอมสูญเสียไปเพื่อเปล่งแสงจะถูกชดเชยด้วยพลังงาน การเคลื่อนไหวทางความร้อนอะตอมหรือ (โมเลกุล) ของวัตถุที่แผ่รังสี
ใน ต้น XIXวี. พบว่าเหนือ (ความยาวคลื่น) ส่วนสีแดงของสเปกตรัม แสงที่มองเห็นได้มีส่วนอินฟราเรดที่มองไม่เห็นของสเปกตรัม และใต้ส่วนสีม่วงของสเปกตรัมของแสงที่ตามองเห็น ก็มีส่วนรังสีอัลตราไวโอเลตที่มองไม่เห็นของสเปกตรัม
ความยาวคลื่น รังสีอินฟราเรดจะอยู่ในช่วงตั้งแต่ 3·10-4 ถึง 7.6·10-7 เมตร มากที่สุด คุณสมบัติลักษณะรังสีนี้เป็นของมัน ผลความร้อน- แหล่งกำเนิดของรังสีอินฟราเรดคือวัตถุใดๆ ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูง ความเข้มของรังสีก็จะยิ่งสูงขึ้นตามไปด้วย ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูงขึ้น อะตอมก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้น เมื่ออะตอมเร็ว (โมเลกุล) ชนกัน พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งของมันจะถูกแปลงเป็นพลังงานกระตุ้นของอะตอม จากนั้นจะปล่อยแสงออกมา

ศึกษารังสีอินฟราเรดโดยใช้เทอร์โมคัปเปิลและโบโลมิเตอร์ หลักการทำงานของอุปกรณ์มองเห็นตอนกลางคืนนั้นขึ้นอยู่กับการใช้รังสีอินฟราเรด
แหล่งกำเนิดความร้อนของรังสีคือดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับหลอดไส้ธรรมดา หลอดไฟเป็นแหล่งที่สะดวกมาก แต่ราคาถูก เพียงประมาณ 12% ของพลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในหลอดไฟ ไฟฟ้าช็อตจะถูกแปลงเป็นพลังงานแสง แหล่งความร้อนของแสงคือเปลวไฟ เม็ดเขม่าร้อนขึ้นเนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงและเปล่งแสง

การเรืองแสงด้วยไฟฟ้า พลังงานที่อะตอมต้องการในการเปล่งแสงอาจมาจากแหล่งที่ไม่ใช่ความร้อนเช่นกัน ในระหว่างการปล่อยก๊าซ สนามไฟฟ้าจะส่งแรงมหาศาลให้กับอิเล็กตรอน พลังงานจลน์- อิเล็กตรอนเร็วเกิดการชนกับอะตอม พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนไปกระตุ้นอะตอม อะตอมที่ถูกกระตุ้นจะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของคลื่นแสง ด้วยเหตุนี้การปล่อยก๊าซจึงเกิดขึ้นพร้อมกับการเรืองแสง นี่คืออิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์

แคโทโดลูมิเนสเซนซ์ เรืองแสง ของแข็งเกิดจากการระดมยิงด้วยอิเล็กตรอน เรียกว่า cathodoluminescence ต้องขอบคุณแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ ทำให้หน้าจอของหลอดรังสีแคโทดเรืองแสง

เคมีเรืองแสง สำหรับบางคน ปฏิกิริยาเคมีมาพร้อมกับการปล่อยพลังงาน พลังงานส่วนหนึ่งจะถูกส่งไปยังการปล่อยแสงโดยตรง แหล่งกำเนิดแสงยังคงเย็น (มีอุณหภูมิ สิ่งแวดล้อม- ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเคมีเรืองแสง

แสงเรืองแสง แสงที่ตกกระทบบนสารจะถูกสะท้อนบางส่วนและถูกดูดซับบางส่วน พลังงานของแสงที่ถูกดูดกลืนโดยส่วนใหญ่แล้วจะทำให้ร่างกายได้รับความร้อนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ร่างบางร่างเองก็เริ่มเรืองแสงโดยตรงภายใต้อิทธิพลของรังสีที่ตกกระทบกับร่างเหล่านั้น นี่คือแสงเรืองแสง

แสงกระตุ้นอะตอมของสสาร (เพิ่มพลังงานภายใน) หลังจากนั้นพวกมันจะส่องสว่างเอง เช่น สีเรืองแสง ซึ่งใช้ทาทับได้หลายอย่าง ตกแต่งคริสต์มาส, เปล่งแสงหลังจากถูกฉายรังสี การเรืองแสงของของแข็งเช่นกัน วัตถุประสงค์พิเศษ- (ทั่วไป) ฟอสเฟอร์ไม่เพียงแต่สามารถอยู่ในที่มองเห็นได้เท่านั้น แต่ยังอยู่ในรังสีอัลตราไวโอเลตและด้วย ช่วงอินฟราเรด- ตามกฎแล้ว แสงที่ปล่อยออกมาระหว่างโฟโตลูมิเนสเซนซ์จะมีความยาวคลื่นมากกว่าแสงที่กระตุ้นการเรืองแสง สิ่งนี้สามารถสังเกตได้จากการทดลอง หากคุณส่งลำแสงที่ผ่านฟิลเตอร์สีม่วงไปบนภาชนะที่มีฟลูออเรสเซนต์ (สีย้อมออร์แกนิก) ของเหลวนี้จะเริ่มเรืองแสงด้วยแสงสีเขียวเหลือง นั่นคือแสงที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงสีม่วง
ปรากฏการณ์โฟโตลูมิเนสเซนซ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลอดฟลูออเรสเซนต์ นักฟิสิกส์โซเวียต S.I. Vavilov แนะนำให้ปกปิด พื้นผิวด้านในท่อระบายที่มีสารที่สามารถเรืองแสงได้อย่างสดใสภายใต้อิทธิพลของรังสีคลื่นสั้น การปล่อยก๊าซ.

การกระจายพลังงานในสเปกตรัม

ไม่มีแหล่งที่มาใดที่สร้างแสงสีเดียว ซึ่งก็คือแสงที่มีความยาวคลื่นที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด เรามั่นใจในสิ่งนี้จากการทดลองการสลายตัวของแสงให้เป็นสเปกตรัมโดยใช้ปริซึม รวมถึงการทดลองเรื่องการรบกวนและการเลี้ยวเบน
พลังงานที่แสงนำมาจากแหล่งกำเนิดจะถูกกระจายไปในลักษณะใดลักษณะหนึ่งเหนือคลื่นทุกความยาวที่ประกอบกันเป็นลำแสง นอกจากนี้เรายังสามารถพูดได้ว่าพลังงานถูกกระจายไปตามความถี่ เนื่องจากความยาวคลื่นและความถี่มีความแตกต่างกัน การเชื่อมต่อที่เรียบง่าย: ђv = ค.
ความหนาแน่นฟลักซ์ รังสีแม่เหล็กไฟฟ้าหรือความเข้มจะถูกกำหนดโดยพลังงานที่เป็นของความถี่ทั้งหมด เพื่อระบุลักษณะการกระจายความถี่ของรังสี จำเป็นต้องป้อนปริมาณใหม่: ความเข้มต่อช่วงความถี่หนึ่งหน่วย ปริมาณนี้เรียกว่าความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสี

คุณไม่สามารถพึ่งพาสายตาของคุณเพื่อประเมินการกระจายพลังงานได้ ดวงตามีความไวต่อแสงแบบเลือกได้: ความไวสูงสุดนั้นอยู่ในขอบเขตสีเหลืองเขียวของสเปกตรัม วิธีที่ดีที่สุดคือใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติของวัตถุสีดำเพื่อดูดซับแสงทุกความยาวคลื่นได้เกือบทั้งหมด ในกรณีนี้ พลังงานรังสี (เช่น แสง) จะทำให้ร่างกายร้อนขึ้น ดังนั้นจึงเพียงพอที่จะวัดอุณหภูมิร่างกายและใช้เพื่อตัดสินปริมาณพลังงานที่ดูดซึมต่อหน่วยเวลา
เทอร์โมมิเตอร์ธรรมดานั้นไวเกินกว่าจะใช้ในการทดลองดังกล่าวได้สำเร็จ จำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนมากขึ้นในการวัดอุณหภูมิ คุณสามารถใช้เทอร์โมมิเตอร์แบบไฟฟ้าก็ได้ องค์ประกอบการตรวจจับทำเป็นแผ่นโลหะบางๆ แผ่นนี้จะต้องเคลือบด้วยเขม่าบาง ๆ ซึ่งดูดซับแสงได้ทุกความยาวคลื่นเกือบหมด
ควรวางแผ่นไวต่อความร้อนของอุปกรณ์ไว้ในที่ใดที่หนึ่งในช่วงสเปกตรัม ทุกอย่าง สเปกตรัมที่มองเห็นได้ความยาว l จากรังสีสีแดงถึงสีม่วงสอดคล้องกับช่วงความถี่ตั้งแต่ IR ถึง UV ความกว้างสอดคล้องกับช่วง Av เล็กน้อย คุณสามารถตัดสินความหนาแน่นได้ด้วยการให้ความร้อนกับแผ่นสีดำของอุปกรณ์ ฟลักซ์การแผ่รังสีตกอยู่ในช่วงความถี่ Av เมื่อเคลื่อนจานไปตามสเปกตรัมเราจะพบว่า ที่สุดพลังงานตกที่ส่วนสีแดงของสเปกตรัม ไม่ใช่สีเหลืองเขียวอย่างที่ตาเห็น
จากผลการทดลองเหล่านี้ คุณสามารถสร้างเส้นโค้งของการพึ่งพาความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีต่อความถี่ได้ ความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีถูกกำหนดโดยอุณหภูมิของแผ่นและความถี่ก็หาได้ไม่ยากหากอุปกรณ์ที่ใช้ในการสลายแสงได้รับการปรับเทียบนั่นคือถ้ารู้ว่าความถี่ใดที่ส่วนหนึ่งของสเปกตรัมที่กำหนดนั้นสอดคล้องกัน ถึง.
โดยการวางแผนตามแกน abscissa ค่าของความถี่ที่สอดคล้องกับจุดกึ่งกลางของช่วงเวลา Av และตามแกนกำหนดความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีเราได้จุดจำนวนหนึ่งซึ่งเราสามารถวาดเส้นโค้งเรียบได้ โค้งนี้ให้ การแสดงภาพเรื่องการกระจายพลังงานและส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัม อาร์คไฟฟ้า.

ประเภทของสเปกตรัม

องค์ประกอบสเปกตรัมของรังสี สารต่างๆมีความหลากหลายมาก แต่ถึงกระนั้นก็ตาม สเปกตรัมทั้งหมดตามประสบการณ์แสดงให้เห็น สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภทที่แตกต่างกัน

สเปกตรัมต่อเนื่อง

สเปกตรัมแสงอาทิตย์หรือสเปกตรัมแสงอาร์กมีความต่อเนื่อง ซึ่งหมายความว่าสเปกตรัมประกอบด้วยคลื่นทุกความยาวคลื่น ไม่มีการแตกของสเปกตรัม และแถบหลายสีต่อเนื่องกันสามารถมองเห็นได้บนหน้าจอสเปกโตรกราฟ
การกระจายพลังงานเหนือความถี่ เช่น ความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีสำหรับ ร่างกายที่แตกต่างกันหลากหลาย. ตัวอย่างเช่น วัตถุที่มีพื้นผิวสีดำมากจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาทุกความถี่ แต่เส้นโค้งของความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีเทียบกับความถี่จะมีค่าสูงสุดที่ความถี่ที่แน่นอน พลังงานการแผ่รังสีที่ความถี่ต่ำมากและสูงมากนั้นมีน้อยมาก เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุดของรังสีจะเปลี่ยนไปสู่คลื่นที่สั้นลง
สเปกตรัมต่อเนื่อง (หรือต่อเนื่อง) ตามที่ประสบการณ์แสดงให้เห็น ได้รับจากวัตถุที่อยู่ในของแข็งหรือ สถานะของเหลวตลอดจนก๊าซอัดแรงสูง ร่างกายจะต้องได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้สเปกตรัมต่อเนื่อง
ธรรมชาติของสเปกตรัมต่อเนื่องและความจริงของการดำรงอยู่ของมันนั้นไม่เพียงถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของอะตอมที่เปล่งออกมาแต่ละตัวเท่านั้น แต่ยังรวมถึง ระดับที่แข็งแกร่งขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของอะตอมซึ่งกันและกัน
สเปกตรัมต่อเนื่องยังสร้างจากพลาสมาอุณหภูมิสูงอีกด้วย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาจากพลาสมาโดยส่วนใหญ่เมื่ออิเล็กตรอนชนกับไอออน

สเปกตรัมเส้น

เติมแร่ใยหินชิ้นหนึ่งที่ชุบสารละลายน้ำธรรมดาลงในเปลวไฟสีซีดของเตาแก๊ส เกลือแกง- เมื่อสังเกตเปลวไฟผ่านสเปกโตรสโคป เส้นสีเหลืองสดใสจะกะพริบตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องกันของเปลวไฟซึ่งแทบมองไม่เห็น เส้นสีเหลืองนี้เกิดจากไอโซเดียม ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลของเกลือแกงถูกทำลายลงในเปลวไฟ บนสเปกโตรสโคป คุณยังสามารถเห็นรั้วลวดหนามของเส้นสีที่มีความสว่างต่างกัน โดยคั่นด้วยแถบสีเข้มกว้าง สเปกตรัมดังกล่าวเรียกว่าสเปกตรัมเส้น การมีอยู่ของสเปกตรัมเส้นหมายความว่าสสารจะปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นบางช่วงเท่านั้น (แม่นยำยิ่งขึ้นในช่วงสเปกตรัมที่แคบมากบางช่วง) แต่ละบรรทัดมีความกว้างจำกัด
สเปกตรัมเส้นเกิดขึ้นเฉพาะกับสสารที่อยู่ในสถานะอะตอม (แต่ไม่ใช่โมเลกุล) ในกรณีนี้ แสงจะถูกปล่อยออกมาจากอะตอมซึ่งในทางปฏิบัติแล้วไม่มีปฏิสัมพันธ์กัน นี่เป็นสเปกตรัมประเภทพื้นฐานที่สุด คุณสมบัติหลักของสเปกตรัมเส้นคืออะตอมที่แยกได้ขององค์ประกอบทางเคมีที่กำหนดจะปล่อยความยาวคลื่นที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดและไม่ซ้ำกัน สอง องค์ประกอบต่างๆไม่มีลำดับความยาวคลื่นที่เหมือนกัน แถบสเปกตรัมจะปรากฏที่เอาท์พุตของอุปกรณ์สเปกตรัมที่ตำแหน่งของความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาจากแหล่งกำเนิด โดยทั่วไป ในการสังเกตสเปกตรัมเส้น จะใช้การเรืองแสงของไอของสารในเปลวไฟ หรือการเรืองแสงของก๊าซที่ปล่อยออกมาในท่อที่เต็มไปด้วยก๊าซที่กำลังศึกษาอยู่
เมื่อความหนาแน่นของก๊าซอะตอมเพิ่มขึ้นในแต่ละบุคคล เส้นสเปกตรัมขยายตัวและในที่สุดก็มาก ความหนาแน่นสูงก๊าซ เมื่อปฏิสัมพันธ์ของอะตอมมีนัยสำคัญ เส้นเหล่านี้จะทับซ้อนกันจนเกิดเป็นสเปกตรัมต่อเนื่องกัน

สเปกตรัมลาย

สเปกตรัมแถบสีประกอบด้วยแถบแต่ละแถบที่คั่นด้วยช่องว่างมืด ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์สเปกตรัมที่ดีมาก จึงสามารถค้นพบได้ว่าแต่ละแบนด์เป็นตัวแทนของคอลเลคชัน จำนวนมากเส้นที่เว้นระยะห่างกันอย่างใกล้ชิด สเปกตรัมแบบแถบนั้นแตกต่างจากสเปกตรัมเส้นตรงที่ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยอะตอม แต่เกิดจากโมเลกุลที่ไม่ได้ถูกผูกมัดหรือถูกผูกมัดอย่างอ่อนต่อกัน
ในการสังเกตสเปกตรัมโมเลกุล เช่นเดียวกับการสังเกตสเปกตรัมเส้น โดยปกติจะใช้การเรืองแสงของไอในเปลวไฟหรือการเรืองแสงของการปล่อยก๊าซ

สเปกตรัมการแผ่รังสีและการดูดซับ

สารทั้งหมดที่อะตอมอยู่ในสถานะตื่นเต้นจะปล่อยออกมา คลื่นแสงซึ่งเป็นพลังงานที่กระจายไปในลักษณะใดลักษณะหนึ่งตลอดความยาวคลื่น การดูดกลืนแสงจากสสารยังขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นด้วย ดังนั้น กระจกสีแดงจึงส่งคลื่นที่สอดคล้องกับแสงสีแดง (l»8·10-5 cm) และดูดซับคลื่นอื่น ๆ ทั้งหมด
หากคุณส่งแสงสีขาวผ่านก๊าซเย็นและไม่เปล่งแสง เส้นสีดำจะปรากฏตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องของแหล่งกำเนิด ก๊าซดูดซับแสงได้อย่างเข้มข้นที่สุดในช่วงความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาเมื่อถูกความร้อนสูง เส้นสีเข้มตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องคือเส้นการดูดกลืนแสงที่รวมกันเป็นสเปกตรัมการดูดกลืนแสง
มีสเปกตรัมการแผ่รังสีแบบต่อเนื่องแบบเส้นและแบบแถบและมีสเปกตรัมการดูดกลืนแสงจำนวนเท่ากัน

การวิเคราะห์สเปกตรัมและการประยุกต์

สิ่งสำคัญคือต้องรู้ว่าร่างกายรอบตัวเราประกอบด้วยอะไร มีการคิดค้นวิธีการหลายวิธีเพื่อกำหนดองค์ประกอบ แต่องค์ประกอบของดาวฤกษ์และกาแล็กซีสามารถระบุได้โดยใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมเท่านั้น

วิธีการกำหนดคุณภาพและ องค์ประกอบเชิงปริมาณการวิเคราะห์สารตามสเปกตรัมเรียกว่าการวิเคราะห์สเปกตรัม การวิเคราะห์สเปกตรัมใช้กันอย่างแพร่หลายในการสำรวจแร่เพื่อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของตัวอย่างแร่ ในอุตสาหกรรม การวิเคราะห์สเปกตรัมทำให้สามารถควบคุมองค์ประกอบของโลหะผสมและสิ่งเจือปนที่ใส่เข้าไปในโลหะเพื่อให้ได้วัสดุที่มีคุณสมบัติตามที่กำหนด สเปกตรัมเส้นมีบทบาทพิเศษ บทบาทที่สำคัญเนื่องจากโครงสร้างของพวกมันเกี่ยวข้องโดยตรงกับโครงสร้างของอะตอม ท้ายที่สุดแล้ว สเปกตรัมเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยอะตอมที่ไม่เคยสัมผัสมาก่อน อิทธิพลภายนอก- ดังนั้น เมื่อเราคุ้นเคยกับสเปกตรัมเส้นแล้ว เราก็จะก้าวแรกสู่การศึกษาโครงสร้างของอะตอม ด้วยการสังเกตสเปกตรัมเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถ "มอง" ภายในอะตอมได้ ที่นี่ทัศนศาสตร์สัมผัสใกล้ชิดกับฟิสิกส์อะตอม
คุณสมบัติหลักของสเปกตรัมเส้นคือความยาวคลื่น (หรือความถี่) ของสเปกตรัมเส้นของสารใด ๆ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอะตอมของสารนี้เท่านั้น แต่ไม่ขึ้นอยู่กับวิธีการกระตุ้นการเรืองแสงของอะตอมโดยสิ้นเชิง อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีใด ๆ ให้สเปกตรัมที่ไม่เหมือนกับสเปกตรัมขององค์ประกอบอื่น ๆ ทั้งหมด: พวกมันสามารถเปล่งแสงอย่างเคร่งครัด ชุดเฉพาะความยาวคลื่น
นี่คือพื้นฐานของการวิเคราะห์สเปกตรัม - วิธีการระบุองค์ประกอบทางเคมีของสารจากสเปกตรัมของมัน

เช่นเดียวกับลายนิ้วมือของมนุษย์ สเปกตรัมเส้นมีบุคลิกที่เป็นเอกลักษณ์ ความเป็นเอกลักษณ์ของลวดลายบนผิวหนังของนิ้วมักจะช่วยในการค้นหาคนร้าย ในทำนองเดียวกัน ด้วยความเฉพาะตัวของสเปกตรัม คุณจึงสามารถระบุได้ องค์ประกอบทางเคมีร่างกาย คุณสามารถตรวจจับได้โดยใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม องค์ประกอบนี้เป็นส่วนหนึ่งของ สารที่ซับซ้อนแม้ว่ามวลจะไม่เกิน 10-10 ก็ตาม นี่เป็นวิธีที่ละเอียดอ่อนมาก
การศึกษาสเปกตรัมเส้นของสารช่วยให้เราระบุได้ว่าสิ่งใด องค์ประกอบทางเคมีประกอบด้วยและแต่ละองค์ประกอบมีปริมาณเท่าใดในสารที่กำหนด
เนื้อหาเชิงปริมาณขององค์ประกอบในตัวอย่างที่กำลังศึกษาถูกกำหนดโดยการเปรียบเทียบความเข้ม แยกบรรทัดสเปกตรัมขององค์ประกอบนี้ด้วยความเข้มของเส้นขององค์ประกอบทางเคมีอื่นซึ่งทราบเนื้อหาเชิงปริมาณในตัวอย่าง
การวิเคราะห์เชิงปริมาณขององค์ประกอบของสารตามสเปกตรัมนั้นเป็นเรื่องยาก เนื่องจากความสว่างของเส้นสเปกตรัมไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับมวลของสารเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับวิธีการกระตุ้นการเรืองแสงด้วย ใช่เมื่อ อุณหภูมิต่ำเส้นสเปกตรัมหลายเส้นไม่ปรากฏเลย อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์สเปกตรัมเชิงปริมาณก็สามารถดำเนินการได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขมาตรฐานสำหรับการกระตุ้นการเรืองแสง
ข้อดีของการวิเคราะห์สเปกตรัมคือ ความไวสูงและความเร็วในการรับผล เมื่อใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม ทำให้สามารถตรวจจับว่ามีทองคำอยู่ในตัวอย่างที่มีน้ำหนัก 6·10-7 กรัม โดยมีมวลเพียง 10-8 กรัม การระบุเกรดเหล็กโดยการวิเคราะห์สเปกตรัมสามารถทำได้ภายในเวลาไม่กี่วินาที .
การวิเคราะห์สเปกตรัมทำให้คุณสามารถระบุองค์ประกอบทางเคมีได้ เทห์ฟากฟ้าซึ่งอยู่ห่างจากโลกเป็นระยะทางหลายพันล้านปีแสง องค์ประกอบทางเคมีของชั้นบรรยากาศของดาวเคราะห์และดาวฤกษ์ ก๊าซเย็นใน พื้นที่ระหว่างดวงดาวพิจารณาจากสเปกตรัมการดูดกลืนแสง
จากการศึกษาสเปกตรัม นักวิทยาศาสตร์สามารถระบุไม่เพียงแต่องค์ประกอบทางเคมีของเทห์ฟากฟ้าเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอุณหภูมิด้วย โดยการกระจัดของเส้นสเปกตรัม เราสามารถกำหนดความเร็วการเคลื่อนที่ของเทห์ฟากฟ้าได้

ปัจจุบันสเปกตรัมของอะตอมทั้งหมดได้ถูกกำหนดไว้แล้วและได้รวบรวมตารางสเปกตรัมแล้ว ด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์สเปกตรัม องค์ประกอบใหม่จำนวนมากถูกค้นพบ: รูบิเดียม ซีเซียม ฯลฯ มักจะตั้งชื่อองค์ประกอบตามสีของเส้นที่รุนแรงที่สุดในสเปกตรัม รูบิเดียมผลิตเส้นทับทิมสีแดงเข้ม คำว่าซีเซียมหมายถึง "สีฟ้า" นี่คือสีของเส้นหลักของสเปกตรัมของซีเซียม
ด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์สเปกตรัมจึงได้เรียนรู้องค์ประกอบทางเคมีของดวงอาทิตย์และดวงดาว โดยทั่วไปวิธีการวิเคราะห์แบบอื่นจะเป็นไปไม่ได้ที่นี่ ปรากฎว่าดวงดาวประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีแบบเดียวกับที่พบในโลก เป็นเรื่องน่าสงสัยว่าฮีเลียมถูกค้นพบครั้งแรกในดวงอาทิตย์และพบในชั้นบรรยากาศของโลกเท่านั้น ชื่อขององค์ประกอบนี้ทำให้นึกถึงประวัติศาสตร์การค้นพบ: คำว่าฮีเลียมหมายถึง "แสงอาทิตย์"
เนื่องจากมีความเรียบง่ายและมีความสามารถรอบด้านในการเปรียบเทียบ การวิเคราะห์สเปกตรัมจึงเป็นวิธีการหลักในการตรวจสอบองค์ประกอบของสารในสาขาโลหะวิทยา วิศวกรรมเครื่องกล และอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของแร่และแร่ธาตุ
องค์ประกอบของสารผสมเชิงซ้อนซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารอินทรีย์จะถูกวิเคราะห์โดยสเปกตรัมโมเลกุล
การวิเคราะห์สเปกตรัมสามารถทำได้ไม่เพียงแต่จากสเปกตรัมการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเท่านั้น แต่ยังมาจากสเปกตรัมการดูดกลืนแสงด้วย เส้นดูดกลืนแสงในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์และดวงดาวทำให้สามารถศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของเทห์ฟากฟ้าเหล่านี้ได้ สว่าง พื้นผิวที่เร่าร้อนโฟโตสเฟียร์ของดวงอาทิตย์ให้สเปกตรัมต่อเนื่อง บรรยากาศแสงอาทิตย์เลือกดูดซับแสงจากโฟโตสเฟียร์ซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของเส้นการดูดกลืนแสงกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องของโฟโตสเฟียร์
แต่บรรยากาศของดวงอาทิตย์เองก็เปล่งแสงออกมา ในระหว่าง สุริยุปราคา, เมื่อไร ดิสก์พลังงานแสงอาทิตย์ถูกดวงจันทร์บังไว้ เส้นสเปกตรัมจะกลับกัน แทนที่เส้นดูดกลืนเข้าไป สเปกตรัมพลังงานแสงอาทิตย์เส้นปล่อยแสงกะพริบ
ในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ การวิเคราะห์สเปกตรัมไม่เพียงแต่หมายถึงการกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของดาวฤกษ์ เมฆก๊าซ ฯลฯ เท่านั้น แต่ยังรวมถึงการค้นหาสิ่งอื่นๆ อีกมากมายจากสเปกตรัมด้วย ลักษณะทางกายภาพวัตถุเหล่านี้: อุณหภูมิ ความดัน ความเร็ว การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก
นอกจากฟิสิกส์ดาราศาสตร์แล้ว การวิเคราะห์สเปกตรัมยังใช้กันอย่างแพร่หลายในสาขานิติวิทยาศาสตร์เพื่อตรวจสอบหลักฐานที่พบในที่เกิดเหตุ นอกจากนี้ การวิเคราะห์สเปกตรัมในนิติวิทยาศาสตร์ยังช่วยในการระบุอาวุธสังหารได้ดี และโดยทั่วไปจะเปิดเผยรายละเอียดบางส่วนของอาชญากรรม
การวิเคราะห์สเปกตรัมมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากขึ้นในทางการแพทย์ ที่นี่แอปพลิเคชั่นของมันยอดเยี่ยมมาก สามารถใช้ในการวินิจฉัยและระบุสิ่งแปลกปลอมในร่างกายมนุษย์ได้
การวิเคราะห์สเปกตรัมต้องใช้เครื่องมือสเปกตรัมพิเศษ ซึ่งเราจะพิจารณาเพิ่มเติม

อุปกรณ์สเปกตรัม

สำหรับ การวิจัยที่แม่นยำอุปกรณ์ง่ายๆ เช่น ช่องแคบที่จำกัดลำแสงและปริซึมนั้นไม่เพียงพออีกต่อไป จำเป็นต้องมีเครื่องมือที่ให้สเปกตรัมที่ชัดเจน เช่น เครื่องมือที่สามารถแยกคลื่นที่มีความยาวต่างกันได้ดี และไม่อนุญาตให้แต่ละส่วนของสเปกตรัมทับซ้อนกัน อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าอุปกรณ์สเปกตรัม ส่วนใหญ่แล้วส่วนหลักของอุปกรณ์สเปกตรัมคือปริซึมหรือตะแกรงเลี้ยวเบน
ให้เราพิจารณาแผนภาพการออกแบบของอุปกรณ์สเปกตรัมปริซึม รังสีที่อยู่ระหว่างการศึกษาจะเข้าสู่ส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ที่เรียกว่าคอลลิเมเตอร์ก่อน Collimator เป็นหลอดที่ปลายด้านหนึ่งมีหน้าจอด้วย ช่องว่างแคบและอีกด้านหนึ่งมีเลนส์มาบรรจบกัน รอยกรีดอยู่ที่ทางยาวโฟกัสของเลนส์ ดังนั้นลำแสงที่แยกออกจากกันบนเลนส์จากรอยแยกจึงโผล่ออกมาจากเลนส์เป็นลำแสงขนานและตกลงบนปริซึม
เพราะ ความถี่ที่แตกต่างกันสอดคล้อง ตัวชี้วัดต่างๆการหักเหของแสงจากนั้นลำแสงที่ขนานกันซึ่งไม่ตรงในทิศทางก็โผล่ออกมาจากปริซึม พวกเขาตกบนเลนส์ ที่ทางยาวโฟกัสของเลนส์นี้มีหน้าจอ - กระจกฝ้าหรือแผ่นถ่ายภาพ เลนส์จะโฟกัสลำแสงคู่ขนานบนหน้าจอ และแทนที่จะแสดงภาพรอยแยกเพียงภาพเดียว ผลลัพธ์ก็คือ ทั้งซีรีย์ภาพ แต่ละความถี่ (ช่วงสเปกตรัมแคบ) จะมีภาพของตัวเอง ภาพทั้งหมดเหล่านี้รวมกันเป็นสเปกตรัม
อุปกรณ์ที่อธิบายนี้เรียกว่าสเปกโตรกราฟ หากใช้กล้องโทรทรรศน์เพื่อสังเกตสเปกตรัมแทนเลนส์และหน้าจอที่สอง อุปกรณ์นั้นจะเรียกว่าสเปกโตรสโคป ปริซึมและส่วนอื่นๆ ของอุปกรณ์สเปกตรัมไม่จำเป็นต้องทำจากแก้วเสมอไป แทนที่จะใช้แก้วก็ใช้วัสดุโปร่งใสเช่นควอตซ์ด้วย เกลือสินเธาว์ฯลฯ

>> ประเภทของรังสี แหล่งกำเนิดแสง

§ 80 ประเภทของรังสี แหล่งกำเนิดแสง

แสงเป็นกระแสของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่น 4 10 -7 -8 10 -7 เมตร คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของอนุภาคที่มีประจุ อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของอะตอมที่ประกอบเป็นสสาร แต่ไม่รู้ว่าอะตอมมีโครงสร้างอย่างไร ไม่สามารถพูดได้อย่างน่าเชื่อถือเกี่ยวกับกลไกการแผ่รังสี เห็นได้ชัดว่าไม่มีแสงภายในอะตอม เช่นเดียวกับที่ไม่มีเสียงในสายเปียโน เช่นเดียวกับเชือกที่เริ่มส่งเสียงหลังจากถูกทุบด้วยค้อนเท่านั้น อะตอมสามารถ "ให้กำเนิด" แสงสว่างได้เฉพาะหลังจากที่พวกมันตื่นเต้นเท่านั้น

เพื่อให้อะตอมเริ่มแผ่รังสีได้ จะต้องถ่ายโอนพลังงานจำนวนหนึ่ง เมื่อปล่อยออกมา อะตอมจะสูญเสียพลังงานที่ได้รับ และเพื่อให้สสารเรืองแสงอย่างต่อเนื่อง จำเป็นต้องมีการไหลเข้าของพลังงานไปยังอะตอมจากภายนอก

การแผ่รังสีความร้อนการแผ่รังสีประเภทที่ง่ายที่สุดและแพร่หลายที่สุดคือการแผ่รังสีความร้อน ซึ่งพลังงานที่อะตอมสูญเสียไปเพื่อเปล่งแสงจะถูกชดเชยด้วยพลังงานการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอม (หรือโมเลกุล) ของวัตถุที่เปล่งแสง การแผ่รังสีความร้อนคือการแผ่รังสีจากวัตถุที่ให้ความร้อน ยิ่งอุณหภูมิของหัวข้อสูงเท่าไร อะตอมก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้นเท่านั้น เมื่ออะตอมเร็ว (หรือโมเลกุล) ชนกัน พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งของพวกมันจะไปกระตุ้นอะตอม ซึ่งจะปล่อยแสงและเข้าสู่สภาวะไม่ตื่นเต้น

แหล่งกำเนิดรังสีความร้อน ได้แก่ ดวงอาทิตย์และหลอดไส้ธรรมดา หลอดไฟเป็นแหล่งกำเนิดแสงที่สะดวกมาก แต่มีราคาถูก เพียงประมาณ 12% ของพลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาสู่ไส้หลอดโดยกระแสไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นพลังงานแสง ในที่สุด แหล่งความร้อนของแสงก็เป็นเปลวไฟเช่นกัน เมล็ดเขม่า (อนุภาคเชื้อเพลิงที่ไม่มีเวลาเผาไหม้) จะถูกทำให้ร้อนเนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงและเปล่งแสง

การเรืองแสงด้วยไฟฟ้า พลังงานที่จำเป็นสำหรับอะตอมในการเปล่งแสงอาจมาจากแหล่งที่ไม่ใช่ความร้อนเช่นกัน ในระหว่างการปล่อยก๊าซ สนามไฟฟ้าจะให้พลังงานจลน์แก่อิเล็กตรอนมากขึ้น ประสบการณ์อิเล็กตรอนเร็ว การชนที่ไม่ยืดหยุ่นกับอะตอม พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนไปกระตุ้นอะตอม อะตอมที่ถูกกระตุ้นจะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของคลื่นแสง เป็นผลให้การปล่อยก๊าซเกิดขึ้นพร้อมกับการเรืองแสง นี่คืออิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์

แสงเหนือยังเป็นปรากฏการณ์ของการเรืองแสงด้วยไฟฟ้าอีกด้วย กระแสของอนุภาคมีประจุที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์จะถูกดักจับไว้ สนามแม่เหล็กโลก. พวกเขาทำให้คุณตื่นเต้น ขั้วแม่เหล็กอะตอมของโลก ชั้นบนซึ่งทำให้ชั้นบรรยากาศเหล่านี้เรืองแสงได้ ปรากฏการณ์ของการเรืองแสงด้วยไฟฟ้าใช้ในหลอดสำหรับจารึกโฆษณา

แคโทโดลูมิเนสเซนซ์- การเรืองแสงของของแข็งที่เกิดจากการระดมยิงของอิเล็กตรอนเรียกว่าแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ ต้องขอบคุณการเรืองแสงแบบแคโทโดลูมิเนส ทำให้หน้าจอหลอดรังสีแคโทดของโทรทัศน์เรืองแสง

เคมีเรืองแสงในปฏิกิริยาเคมีบางชนิดที่ปล่อยพลังงาน พลังงานส่วนหนึ่งจะถูกส่งไปยังการปล่อยแสงโดยตรง แหล่งกำเนิดแสงยังคงเย็น (อยู่ที่อุณหภูมิแวดล้อม) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเคมีเรืองแสง เกือบทุกท่านคงจะคุ้นเคยกันดีอยู่แล้ว ในฤดูร้อนในป่าตอนกลางคืนคุณสามารถเห็นแมลง - หิ่งห้อย “ไฟฉาย” สีเขียวเล็กๆ “ไหม้” บนร่างกายของเขา คุณจะไม่เผานิ้วจับหิ่งห้อย จุดเรืองแสงที่ด้านหลังมีอุณหภูมิเกือบเท่ากับอากาศโดยรอบ สิ่งมีชีวิตอื่นๆ ก็มีคุณสมบัติในการเรืองแสงเช่นกัน เช่น แบคทีเรีย แมลง และปลาหลายชนิดที่อาศัยอยู่ที่ระดับความลึกมาก เศษไม้ที่เน่าเปื่อยมักเรืองแสงในที่มืด

แสงเรืองแสงแสงที่ตกกระทบบนสารจะถูกสะท้อนบางส่วนและถูกดูดซับบางส่วน พลังงานของแสงที่ถูกดูดกลืนโดยส่วนใหญ่แล้วจะทำให้ร่างกายได้รับความร้อนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ร่างบางร่างเองก็เริ่มเรืองแสงโดยตรงภายใต้อิทธิพลของรังสีที่ตกกระทบกับร่างเหล่านั้น นี่คือแสงเรืองแสง แสงสว่างกระตุ้นอะตอมของสสาร (เพิ่มพลังงานภายใน) และหลังจากนั้นพวกมันก็จะส่องสว่างเอง ตัวอย่างเช่น สีเรืองแสงที่ใช้คลุมการตกแต่งต้นคริสต์มาสจะปล่อยแสงหลังจากการฉายรังสี

วาวิลอฟ เซอร์เกย์ อิวาโนวิช (2434-2494)- นักฟิสิกส์โซเวียต รัฐ และ บุคคลสาธารณะ, ประธานสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียตในปี พ.ศ. 2488-2494 ขั้นพื้นฐาน งานทางวิทยาศาสตร์อุทิศ เลนส์ทางกายภาพและแสงเรืองแสงเป็นหลัก ภายใต้การนำของเขาเทคโนโลยีสำหรับการผลิตหลอดฟลูออเรสเซนต์ได้รับการพัฒนาและพัฒนาวิธีการวิเคราะห์เรืองแสงขององค์ประกอบทางเคมีของสาร ภายใต้การนำของเขา P. A. Cherenkov เปิดทำการในปี 1934 การปล่อยแสงอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ในตัวกลางด้วยความเร็วเกินความเร็วแสงในตัวกลางนี้

ตามกฎแล้ว แสงที่ปล่อยออกมาระหว่างโฟโตลูมิเนสเซนซ์จะมีความยาวคลื่นมากกว่าแสงที่กระตุ้นการเรืองแสง สิ่งนี้สามารถสังเกตได้จากการทดลอง หากคุณกำหนดทิศทางลำแสงที่ผ่านตัวกรองแสงฟลูออเรสเซนต์ไปยังภาชนะที่มีฟลูออเรสซิน (สีย้อมอินทรีย์) ของเหลวนี้จะเริ่มเรืองแสงด้วยแสงสีเขียวเหลือง นั่นคือแสงที่มีความยาวคลื่นยาวกว่าแสงฟลูออเรสเซนต์

ปรากฏการณ์โฟโตลูมิเนสเซนซ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในหลอดฟลูออเรสเซนต์ นักฟิสิกส์ชาวโซเวียต S.I. Vavilov เสนอให้คลุมพื้นผิวด้านในของท่อระบายด้วยสารที่สามารถเรืองแสงได้อย่างสดใสภายใต้การกระทำของรังสีคลื่นสั้นจากการปล่อยก๊าซ

หลอดฟลูออเรสเซนต์ประหยัดกว่าหลอดไส้ทั่วไปประมาณ 3-4 เท่า

รังสีประเภทหลักๆ ที่ระบุไว้ รังสีความร้อนที่พบบ่อยที่สุด

1. คุณรู้จักแหล่งกำเนิดแสงอะไรบ้าง!
2. รังสีชนิดใดที่ส่งผลต่อคุณใน 24 ชั่วโมงที่ผ่านมา!

Myakishev G. Ya. ฟิสิกส์ เกรด 11: ทางการศึกษา เพื่อการศึกษาทั่วไป สถาบัน: พื้นฐานและโปรไฟล์ ระดับ / G. Ya. Myakishev, B. V. Bukhovtsev, V. M. Charugin; แก้ไขโดย V. I. Nikolaeva, N. A. Parfentieva - ฉบับที่ 17 แก้ไขใหม่ และเพิ่มเติม - อ.: การศึกษา, 2551. - 399 หน้า: ป่วย.

การวางแผนตามธีมปฏิทินในวิชาฟิสิกส์ งาน และคำตอบสำหรับเด็กนักเรียนออนไลน์ ดาวน์โหลดหลักสูตรสำหรับครูในวิชาฟิสิกส์

เนื้อหาบทเรียน บันทึกบทเรียนสนับสนุนวิธีการเร่งความเร็วการนำเสนอบทเรียนแบบเฟรมเทคโนโลยีเชิงโต้ตอบ ฝึกฝน งานและแบบฝึกหัดการทดสอบตัวเอง การฝึกอบรม กรณีศึกษา การบ้านภารกิจ ปัญหาความขัดแย้ง คำถามเชิงวาทศิลป์จากนักเรียน ภาพประกอบ เสียง คลิปวิดีโอ และมัลติมีเดียภาพถ่าย รูปภาพ กราฟิก ตาราง แผนภาพ อารมณ์ขัน เกร็ดเล็กเกร็ดน้อย เรื่องตลก การ์ตูน อุปมา คำพูด ปริศนาอักษรไขว้ คำพูด ส่วนเสริม บทคัดย่อบทความ เคล็ดลับสำหรับเปล ตำราเรียนขั้นพื้นฐาน และพจนานุกรมคำศัพท์เพิ่มเติมอื่นๆ การปรับปรุงตำราเรียนและบทเรียนแก้ไขข้อผิดพลาดในตำราเรียนการอัปเดตส่วนในตำราเรียน องค์ประกอบของนวัตกรรมในบทเรียน การแทนที่ความรู้ที่ล้าสมัยด้วยความรู้ใหม่ สำหรับครูเท่านั้น บทเรียนที่สมบูรณ์แบบ แผนปฏิทินเป็นเวลาหนึ่งปี คำแนะนำด้านระเบียบวิธีโปรแกรมการอภิปราย บทเรียนบูรณาการ

การแผ่รังสีความร้อนและการเรืองแสง

พลังงานที่ใช้โดยวัตถุที่ส่องสว่างในการแผ่รังสีสามารถถูกเติมเต็มได้ แหล่งต่างๆ- ฟอสฟอรัสที่ออกซิไดซ์ในอากาศจะเรืองแสงเนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางเคมี การเรืองแสงประเภทนี้เรียกว่าเคมีเรืองแสง ความเรืองรองที่เกิดขึ้นเมื่อ ประเภทต่างๆการปล่อยก๊าซอิสระเรียกว่าอิเล็กโตรลูมิเนสเซนซ์ การเรืองแสงของของแข็งที่เกิดจากการระดมยิงของอิเล็กตรอนเรียกว่าแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ การปล่อยรังสีโดยตัววัตถุจะมีลักษณะความยาวคลื่นบางอย่างของมัน λ 1 อาจเกิดจากการฉายรังสีร่างกายนี้ (หรือเคยฉายรังสีมาก่อนแล้ว) ด้วยการแผ่รังสีความยาวคลื่น λ 1 น้อยกว่า λ 2. กระบวนการดังกล่าวถูกรวมเข้าด้วยกันภายใต้ชื่อโฟโตลูมิเนสเซนซ์ (การเรืองแสงคือการแผ่รังสีที่เกินกว่าการแผ่รังสีความร้อนของร่างกาย ณ อุณหภูมิที่กำหนด และมีระยะเวลาที่เกินกว่าระยะเวลาของคลื่นที่ปล่อยออกมาอย่างมีนัยสำคัญ สารเรืองแสงเรียกว่าสารเรืองแสง ).

รูปที่ 8. 1 เคมีเรืองแสง

รูปที่ 8. 2 แสงเรืองแสง

รูปที่ 8. 3 อิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์

สิ่งที่พบบ่อยที่สุดคือการเรืองแสงของร่างกายเนื่องจากความร้อน แสงประเภทนี้เรียกว่าการแผ่รังสีความร้อน (หรืออุณหภูมิ) การแผ่รังสีความร้อนเกิดขึ้นที่อุณหภูมิใดก็ได้ แต่ที่อุณหภูมิต่ำจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ายาว (อินฟราเรด) ออกมาเท่านั้น

ให้เราล้อมรอบตัวที่แผ่รังสีด้วยเปลือกที่ไม่สามารถทะลุผ่านได้และมีพื้นผิวสะท้อนแสงได้อย่างสมบูรณ์แบบ (รูปที่.)

รังสีที่ตกลงบนร่างกายจะถูกดูดซับไว้ (บางส่วนหรือทั้งหมด) จึงมีการแลกเปลี่ยนพลังงานอย่างต่อเนื่องระหว่างร่างกายกับรังสีที่ปกคลุมเปลือก หากการกระจายพลังงานระหว่างร่างกายกับรังสีไม่เปลี่ยนแปลงในแต่ละความยาวคลื่น สถานะของระบบรังสีในร่างกายจะอยู่ในสภาวะสมดุล ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่ารังสีประเภทเดียวที่สามารถอยู่ในสมดุลกับวัตถุที่แผ่รังสีได้คือรังสีความร้อน รังสีชนิดอื่นทั้งหมดกลับกลายเป็นว่าไม่สมดุล

ความสามารถของการแผ่รังสีความร้อนที่จะอยู่ในสมดุลกับวัตถุที่แผ่รังสีนั้นเกิดจากการที่ความเข้มของมันเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น สมมติว่าความสมดุลระหว่างร่างกายกับรังสี (ดูรูป) ขาดหายไป และร่างกายปล่อยพลังงานมากกว่าที่ดูดซับ

แล้ว พลังงานภายในร่างกายจะลดลงซึ่งจะทำให้อุณหภูมิลดลง ซึ่งจะทำให้ปริมาณพลังงานที่ร่างกายปล่อยออกมาลดลง อุณหภูมิของร่างกายจะลดลงจนปริมาณพลังงานที่ร่างกายปล่อยออกมา เท่ากับจำนวนพลังงานที่ถูกดูดซึม หากสมดุลถูกรบกวนไปในทิศทางอื่น กล่าวคือ ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาน้อยกว่าที่ดูดซับ อุณหภูมิของร่างกายจะเพิ่มขึ้นจนกระทั่งสมดุลเกิดขึ้นอีกครั้ง ดังนั้นความไม่สมดุลในระบบรังสีในร่างกายทำให้เกิดกระบวนการที่คืนความสมดุล

สถานการณ์จะแตกต่างออกไปในกรณีของการเรืองแสงทุกประเภท ให้เราสาธิตสิ่งนี้โดยใช้ตัวอย่างของเคมีเรืองแสง ขณะที่ปฏิกิริยาเคมีที่ก่อให้เกิดรังสีเกิดขึ้น ตัวที่แผ่รังสีจะเคลื่อนตัวออกห่างจากสถานะเดิมมากขึ้นเรื่อยๆ การดูดซับรังสีโดยร่างกายจะไม่เปลี่ยนทิศทางของปฏิกิริยา แต่ในทางกลับกันจะทำให้เกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น (เนื่องจากความร้อน) ในทิศทางเดิม ความสมดุลจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่อมีการใช้สารที่ทำปฏิกิริยาทั้งหมดและสารเรืองแสงเท่านั้น

มีเงื่อนไข กระบวนการทางเคมีจะถูกแทนที่ด้วยรังสีความร้อน

ดังนั้น ในการแผ่รังสีทุกประเภท มีเพียงการแผ่รังสีความร้อนเท่านั้นที่สามารถอยู่ในสภาวะสมดุลได้ กฎของอุณหพลศาสตร์ใช้กับสถานะและกระบวนการสมดุล ดังนั้นการแผ่รังสีความร้อนจึงต้องเป็นไปตามที่กำหนด รูปแบบทั่วไปเกิดจากหลักอุณหพลศาสตร์ ตอนนี้เราจะพิจารณารูปแบบเหล่านี้ต่อไป

8.2 กฎของเคอร์ชอฟฟ์.

เราขอแนะนำคุณลักษณะบางประการของการแผ่รังสีความร้อน

การไหลของพลังงาน (ความถี่ใดก็ได้), ที่ปล่อยออกมาจากพื้นผิวหนึ่งหน่วยของวัตถุที่แผ่รังสีต่อหนึ่งหน่วยเวลาในทุกทิศทาง(ภายในมุมทึบ 4π), เรียกว่า ความส่องสว่างอันทรงพลังของร่างกาย (ร) [ร] = พร้อม ตร.ม .

การแผ่รังสีประกอบด้วยคลื่นความถี่ต่างกัน (ν) ให้เราแสดงถึงการไหลของพลังงานที่ปล่อยออกมาจากหน่วยพื้นผิวของร่างกายในช่วงความถี่ตั้งแต่ ν ถึง ν + dν, ถึง d รν จากนั้นที่อุณหภูมิที่กำหนด

ที่ไหน - ความหนาแน่นของสเปกตรัม ความส่องสว่างอันทรงพลังหรือ การแผ่รังสีของร่างกาย .

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าการแผ่รังสีของร่างกายขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของร่างกาย (สำหรับแต่ละอุณหภูมิ การแผ่รังสีสูงสุดจะอยู่ในช่วงความถี่ของมันเอง) มิติ .

เมื่อทราบค่าการแผ่รังสีแล้ว เราก็สามารถคำนวณได้ ความส่องสว่างอันทรงพลัง:

ปล่อยให้ฟลักซ์ของพลังงานการแผ่รังสีdФตกลงบนพื้นที่พื้นฐานของพื้นผิวร่างกายซึ่งเกิดจากคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งมีความถี่อยู่ในช่วงdν ส่วนหนึ่งของกระแสนี้จะถูกร่างกายดูดซึม ไร้มิติ

เรียกว่า ความสามารถในการดูดซึมของร่างกาย - นอกจากนี้ยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นอย่างมาก

ตามคำจำกัดความแล้วไม่สามารถเป็นได้ มากกว่าหนึ่ง- สำหรับตัวที่ดูดซับรังสีทุกความถี่ได้อย่างสมบูรณ์ กายอย่างนี้เรียกว่า สีดำสนิท (นี่คืออุดมคติ)

ร่างกายเพื่อสิ่งนั้น และน้อยกว่าความสามัคคีสำหรับทุกความถี่,เรียกว่า ตัวสีเทา (นี่ก็เป็นอุดมคติเช่นกัน)

มีความเชื่อมโยงบางอย่างระหว่างความสามารถในการเปล่งแสงและความสามารถในการดูดซับของร่างกาย เรามาทำการทดลองต่อไปนี้ทางจิตใจ

ให้มีสามศพอยู่ในเปลือกปิด ร่างกายอยู่ในสุญญากาศ ดังนั้นการแลกเปลี่ยนพลังงานจึงเกิดขึ้นได้โดยการแผ่รังสีเท่านั้น ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าระบบดังกล่าวจะเข้าสู่สภาวะสมดุลทางความร้อนในเวลาต่อมา (วัตถุทั้งหมดและเปลือกจะมีอุณหภูมิเท่ากัน)

ในสถานะนี้ ร่างกายที่มีการแผ่รังสีมากขึ้นจะสูญเสียพลังงานมากขึ้นต่อหน่วยเวลา ดังนั้น ร่างกายนี้จะต้องมีความสามารถในการดูดซับที่มากขึ้นด้วย:

Gustav Kirchhoff คิดค้นขึ้นในปี 1856 กฎ และแนะนำ โมเดลตัวสีดำ .

อัตราส่วนของการแผ่รังสีต่อการดูดซึมไม่ได้ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของร่างกาย แต่จะเหมือนกันสำหรับร่างกายทั้งหมด(สากล)ฟังก์ชั่นของความถี่และอุณหภูมิ

โดยที่ฉ( – ฟังก์ชั่นสากลเคียร์ชอฟฟ์.

ฟังก์ชันนี้มีอักขระสากลหรืออักขระสัมบูรณ์

ปริมาณ และ เมื่อแยกจากกัน สามารถเปลี่ยนแปลงได้อย่างมากเมื่อเคลื่อนที่จากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง แต่เป็นอัตราส่วน อย่างสม่ำเสมอสำหรับทุกร่างกาย (ตามความถี่และอุณหภูมิที่กำหนด)

สำหรับวัตถุสีดำสนิท =1 ดังนั้นสำหรับมัน f( คือ ฟังก์ชั่นสากลของ Kirchhoff นั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิท

วัตถุสีดำสนิทไม่มีอยู่ในธรรมชาติ เขม่าหรือแพลทินัมแบล็คมีค่าการดูดซึมเท่ากับ 1 แต่อยู่ในช่วงความถี่ที่จำกัดเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ช่องที่มีรูเล็กๆ มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับวัตถุสีดำสนิทมาก ลำแสงที่เข้าไปด้านในจะต้องถูกดูดซับหลังจากการสะท้อนหลายครั้ง และลำแสงความถี่ใดก็ได้

การเปล่งรังสีของอุปกรณ์ดังกล่าว (ช่อง) นั้นอยู่ใกล้มาก ฉ(ν ,ท- ดังนั้นหากผนังโพรงมีการรักษาอุณหภูมิไว้ ตจากนั้นรังสีก็ออกมาจากหลุม ซึ่งใกล้เคียงกับองค์ประกอบสเปกตรัมมากกับการแผ่รังสีของวัตถุสีดำสนิทที่อุณหภูมิเดียวกัน

เมื่อแยกรังสีออกเป็นสเปกตรัม เราก็จะสามารถหารูปแบบการทดลองของฟังก์ชันได้ ฉ(ν ,ท)(รูปที่ 1.3) ด้วย อุณหภูมิที่แตกต่างกัน ต 3 > ต 2 > ต 1 .

พื้นที่ที่เส้นโค้งปกคลุมทำให้เกิดความส่องสว่างอันทรงพลังของวัตถุสีดำที่อุณหภูมิที่สอดคล้องกัน

เส้นโค้งเหล่านี้เหมือนกันสำหรับร่างกายทั้งหมด

เส้นโค้งจะคล้ายกับฟังก์ชันการกระจายความเร็วโมเลกุล แต่พื้นที่ที่เส้นโค้งปกคลุมนั้นคงที่ แต่ที่นี่เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น พื้นที่ก็จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก สิ่งนี้ชี้ให้เห็นว่าความเข้ากันได้อย่างมีพลังนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเป็นอย่างมาก การแผ่รังสีสูงสุด (emissivity) เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น กะไปสู่ความถี่ที่สูงขึ้น

บทนำ…………………………………………………………………….2

กลไกการแผ่รังสี……………………………………………………………………..3

การกระจายพลังงานในสเปกตรัม……………………………………………….4

ประเภทของสเปกตรัม……………………………………………………………………………………….6

ประเภทของการวิเคราะห์สเปกตรัม………………………………………………………7

สรุป……………………………………………………………………..9

วรรณคดี…………………………………………………………………….11

การแนะนำ

สเปกตรัมคือการสลายตัวของแสงออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ ซึ่งเป็นรังสีที่มีสีต่างกัน

วิธีการศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของสารต่าง ๆ จากสเปกตรัมการแผ่รังสีหรือการดูดซึมของสารนั้นเรียกว่า การวิเคราะห์สเปกตรัมการวิเคราะห์สเปกตรัมจำเป็นต้องใช้สารในปริมาณเล็กน้อย ความเร็วและความไวของมันทำให้วิธีนี้เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ทั้งในห้องปฏิบัติการและในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ เนื่องจากองค์ประกอบทางเคมีแต่ละองค์ประกอบในตารางธาตุปล่อยสเปกตรัมการแผ่รังสีและการดูดกลืนแสงแบบเส้นซึ่งมีลักษณะเฉพาะสำหรับองค์ประกอบนั้นเท่านั้น จึงทำให้สามารถศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของสารได้ นักฟิสิกส์ Kirchhoff และ Bunsen พยายามสร้างมันขึ้นมาครั้งแรกในปี 1859 โดยกำลังก่อสร้าง สเปกโตรสโคปแสงถูกส่งผ่านเข้าไปในช่องแคบๆ จากขอบด้านหนึ่งของกล้องโทรทรรศน์ (ท่อที่มีช่องนี้เรียกว่าคอลลิเมเตอร์) จากคอลลิเมเตอร์ รังสีตกลงบนปริซึมซึ่งมีกล่องที่บุด้วยกระดาษสีดำอยู่ข้างใน ปริซึมเบี่ยงเบนรังสีที่มาจากรอยกรีด ผลลัพธ์ที่ได้คือสเปกตรัม หลังจากนั้นพวกเขาก็ใช้ผ้าม่านปิดหน้าต่างและวางตะเกียงที่จุดไฟไว้ที่ช่องคอลลิเมเตอร์ ชิ้นส่วนของสสารต่างๆ ถูกป้อนสลับกันเข้าไปในเปลวเทียน และมองผ่านเปลวไฟที่สอง กล้องโทรทรรศน์ไปจนถึงสเปกตรัมที่เกิดขึ้น ปรากฎว่าไอระเหยของหลอดไฟแต่ละองค์ประกอบทำให้เกิดรังสีที่มีสีที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด และปริซึมก็เบนเข็มรังสีเหล่านี้ไปยังตำแหน่งที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด ดังนั้นจึงไม่มีสีใดที่จะบดบังสีอื่นได้ สิ่งนี้นำไปสู่ข้อสรุปว่ามีการค้นพบวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีแบบใหม่อย่างสิ้นเชิง โดยใช้สเปกตรัมของสาร จากการค้นพบนี้ในปี พ.ศ. 2404 เคิร์ชฮอฟฟ์ได้พิสูจน์ว่ามีองค์ประกอบจำนวนหนึ่งอยู่ในโครโมสเฟียร์ของดวงอาทิตย์ ซึ่งเป็นการวางรากฐานสำหรับฟิสิกส์ดาราศาสตร์

กลไกการแผ่รังสี

แหล่งกำเนิดแสงจะต้องใช้พลังงาน แสงคือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีความยาวคลื่น 4*10 -7 - 8*10 -7 เมตร คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาจากการเคลื่อนที่ด้วยความเร่งของอนุภาคที่มีประจุ อนุภาคที่มีประจุเหล่านี้เป็นส่วนหนึ่งของอะตอม แต่ไม่รู้ว่าอะตอมมีโครงสร้างอย่างไร ไม่สามารถพูดได้อย่างน่าเชื่อถือเกี่ยวกับกลไกการแผ่รังสี เห็นได้ชัดว่าไม่มีแสงภายในอะตอม เช่นเดียวกับที่ไม่มีเสียงในสายเปียโน เช่นเดียวกับเชือกที่เริ่มส่งเสียงหลังจากถูกทุบด้วยค้อนเท่านั้น อะตอมจะทำให้เกิดแสงหลังจากที่ตื่นเต้นเท่านั้น

เพื่อให้อะตอมเริ่มแผ่รังสีได้ จะต้องถ่ายโอนพลังงานไปให้อะตอมนั้น เมื่อปล่อยออกมา อะตอมจะสูญเสียพลังงานที่ได้รับ และเพื่อให้สสารเรืองแสงอย่างต่อเนื่อง จำเป็นต้องมีการไหลเข้าของพลังงานไปยังอะตอมจากภายนอก

การแผ่รังสีความร้อนการแผ่รังสีที่ง่ายและพบบ่อยที่สุดคือการแผ่รังสีความร้อน ซึ่งพลังงานที่อะตอมสูญเสียไปเพื่อเปล่งแสงจะถูกชดเชยด้วยพลังงานของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมหรือ (โมเลกุล) ของตัวที่เปล่งแสง ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูงขึ้น อะตอมก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้น เมื่ออะตอมเร็ว (โมเลกุล) ชนกัน พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งของมันจะถูกแปลงเป็นพลังงานกระตุ้นของอะตอม จากนั้นจะปล่อยแสงออกมา

แหล่งกำเนิดความร้อนของรังสีคือดวงอาทิตย์เช่นเดียวกับหลอดไส้ธรรมดา หลอดไฟเป็นแหล่งที่สะดวกมาก แต่ราคาถูก

เพียงประมาณ 12% ของพลังงานทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากกระแสไฟฟ้าในหลอดไฟจะถูกแปลงเป็นพลังงานแสง แหล่งความร้อนของแสงคือเปลวไฟ เม็ดเขม่าร้อนขึ้นเนื่องจากพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงและเปล่งแสงการเรืองแสงด้วยไฟฟ้า

พลังงานที่อะตอมต้องการในการเปล่งแสงอาจมาจากแหล่งที่ไม่ใช่ความร้อนเช่นกัน ในระหว่างการปล่อยก๊าซ สนามไฟฟ้าจะให้พลังงานจลน์แก่อิเล็กตรอนมากขึ้น อิเล็กตรอนเร็วเกิดการชนกับอะตอม พลังงานจลน์ส่วนหนึ่งของอิเล็กตรอนไปกระตุ้นอะตอม อะตอมที่ถูกกระตุ้นจะปล่อยพลังงานออกมาในรูปของคลื่นแสง ด้วยเหตุนี้การปล่อยก๊าซจึงเกิดขึ้นพร้อมกับการเรืองแสง นี่คืออิเล็กโทรลูมิเนสเซนซ์แคโทโดลูมิเนสเซนซ์

เคมีเรืองแสงการเรืองแสงของของแข็งที่เกิดจากการระดมยิงของอิเล็กตรอนเรียกว่าแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ ต้องขอบคุณแคโทโดลูมิเนสเซนซ์ ทำให้หน้าจอของหลอดรังสีแคโทดของโทรทัศน์เรืองแสง

แสงเรืองแสงในปฏิกิริยาเคมีบางชนิดที่ปล่อยพลังงาน พลังงานส่วนหนึ่งจะถูกส่งไปยังการปล่อยแสงโดยตรง แหล่งกำเนิดแสงยังคงเย็น (อยู่ที่อุณหภูมิแวดล้อม) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าเคมีเรืองแสง

แสงที่ตกกระทบบนสารจะถูกสะท้อนบางส่วนและถูกดูดซับบางส่วน พลังงานของแสงที่ถูกดูดกลืนโดยส่วนใหญ่แล้วจะทำให้ร่างกายได้รับความร้อนเท่านั้น อย่างไรก็ตาม ร่างบางร่างเองก็เริ่มเรืองแสงโดยตรงภายใต้อิทธิพลของรังสีที่ตกกระทบกับร่างเหล่านั้น นี่คือแสงเรืองแสง แสงกระตุ้นอะตอมของสสาร (เพิ่มพลังงานภายใน) หลังจากนั้นพวกมันจะส่องสว่างเอง ตัวอย่างเช่น สีเรืองแสงที่ปกคลุมการตกแต่งต้นคริสต์มาสจำนวนมากจะปล่อยแสงหลังจากถูกฉายรังสี

เมื่อผ่านตัวกรองแสงสีม่วง ของเหลวนี้จะเริ่มเรืองแสงเป็นแสงสีเขียวเหลือง นั่นคือแสงที่มีความยาวคลื่นมากกว่าแสงสีม่วง

มีการระบุประเภทรังสีหลักและแหล่งที่มาที่ก่อให้เกิดรังสีเหล่านี้ แหล่งกำเนิดรังสีที่พบบ่อยที่สุดคือความร้อน

การกระจายพลังงานในสเปกตรัม

บนหน้าจอด้านหลังปริซึมการหักเหของแสง สีเอกรงค์ในสเปกตรัมจะถูกจัดเรียงตามลำดับต่อไปนี้: สีแดง (ซึ่งมีความยาวคลื่นที่ยาวที่สุดในบรรดาคลื่นแสงที่มองเห็นได้ (k = 7.6 (10-7 เมตรและดัชนีการหักเหของแสงที่เล็กที่สุด), สีส้ม, สีเหลือง , เขียว, ฟ้า, น้ำเงิน และม่วง (มีความยาวคลื่นสั้นที่สุดในสเปกตรัมที่มองเห็นได้ (f = 4 (10-7 ม. และดัชนีการหักเหของแสงสูงสุด) ไม่มีแหล่งที่มาใดที่สร้างแสงสีเดียว นั่นคือแสงที่มีความยาวคลื่นกำหนดอย่างเคร่งครัด การทดลองการสลายตัวของแสงเป็นสเปกตรัมโดยใช้ปริซึม ตลอดจนการทดลองเรื่องการรบกวนและการเลี้ยวเบน

พลังงานที่แสงนำมาจากแหล่งกำเนิดจะถูกกระจายไปในลักษณะใดลักษณะหนึ่งเหนือคลื่นทุกความยาวที่ประกอบกันเป็นลำแสง เราอาจกล่าวได้ว่าพลังงานถูกกระจายไปตามความถี่ เนื่องจากความยาวคลื่นและความถี่มีความสัมพันธ์อย่างง่าย: v = c

ความหนาแน่นฟลักซ์ของรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าหรือความเข้ม / ถูกกำหนดโดยพลังงาน & W ที่เป็นของความถี่ทั้งหมด เพื่อระบุลักษณะการกระจายความถี่ของรังสี จำเป็นต้องป้อนปริมาณใหม่: ความเข้มต่อช่วงความถี่หนึ่งหน่วย ปริมาณนี้เรียกว่าความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสี

ความหนาแน่นฟลักซ์รังสีสเปกตรัมสามารถพบได้จากการทดลอง เมื่อต้องการทำเช่นนี้ คุณต้องใช้ปริซึมเพื่อให้ได้มา สเปกตรัมการปล่อยตัวอย่างเช่น ส่วนโค้งไฟฟ้า และวัดความหนาแน่นของฟลักซ์การแผ่รังสีที่ตกลงบนช่วงสเปกตรัมเล็กๆ ของความกว้าง Av

เทอร์โมมิเตอร์ธรรมดานั้นไวเกินกว่าจะใช้ในการทดลองดังกล่าวได้สำเร็จ จำเป็นต้องใช้เครื่องมือที่มีความละเอียดอ่อนมากขึ้นในการวัดอุณหภูมิ คุณสามารถใช้เทอร์โมมิเตอร์ไฟฟ้าซึ่งมีองค์ประกอบที่ละเอียดอ่อนทำในรูปแบบของแผ่นโลหะบาง ๆ แผ่นนี้จะต้องเคลือบด้วยเขม่าบาง ๆ ซึ่งดูดซับแสงได้ทุกความยาวคลื่นเกือบหมด

ควรวางแผ่นไวต่อความร้อนของอุปกรณ์ไว้ในที่ใดที่หนึ่งในช่วงสเปกตรัม สเปกตรัมความยาวที่มองเห็นได้ทั้งหมด l จากรังสีสีแดงถึงสีม่วง สอดคล้องกับช่วงความถี่ตั้งแต่ v cr ถึง y f ความกว้างสอดคล้องกับช่วง Av เล็กน้อย ด้วยการให้ความร้อนกับแผ่นสีดำของอุปกรณ์ เราสามารถตัดสินความหนาแน่นฟลักซ์การแผ่รังสีต่อช่วงความถี่ Av เมื่อเคลื่อนจานไปตามสเปกตรัม เราจะพบว่าพลังงานส่วนใหญ่อยู่ในส่วนสีแดงของสเปกตรัม ไม่ใช่สีเหลือง-เขียวอย่างที่ตาเห็น

จากผลการทดลองเหล่านี้ คุณสามารถสร้างเส้นโค้งของการพึ่งพาความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีต่อความถี่ได้ ความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีถูกกำหนดโดยอุณหภูมิของแผ่นและความถี่ก็หาได้ไม่ยากหากอุปกรณ์ที่ใช้ในการสลายแสงได้รับการปรับเทียบนั่นคือถ้ารู้ว่าความถี่ใดที่ส่วนหนึ่งของสเปกตรัมที่กำหนดนั้นสอดคล้องกัน ถึง.

โดยการวางแผนตามแกน abscissa ค่าของความถี่ที่สอดคล้องกับจุดกึ่งกลางของช่วง Av และตามแกนกำหนดความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีเราได้จุดจำนวนหนึ่งซึ่งเราสามารถวาดเส้นโค้งเรียบได้ เส้นโค้งนี้แสดงให้เห็นการกระจายตัวของพลังงานและส่วนที่มองเห็นได้ของสเปกตรัมของส่วนโค้งไฟฟ้า

อุปกรณ์สเปกตรัมเพื่อการศึกษาสเปกตรัมที่แม่นยำ อุปกรณ์ง่ายๆ เช่น กรีดแคบที่จำกัดลำแสงและปริซึมจะไม่เพียงพออีกต่อไป จำเป็นต้องมีเครื่องมือที่ให้สเปกตรัมที่ชัดเจน เช่น เครื่องมือที่สามารถแยกคลื่นที่มีความยาวต่างกันได้ดี และไม่อนุญาตให้แต่ละส่วนของสเปกตรัมทับซ้อนกัน อุปกรณ์ดังกล่าวเรียกว่าอุปกรณ์สเปกตรัม ส่วนใหญ่แล้วส่วนหลักของอุปกรณ์สเปกตรัมคือปริซึมหรือตะแกรงเลี้ยวเบน

ให้เราพิจารณาแผนภาพการออกแบบของอุปกรณ์สเปกตรัมปริซึม รังสีที่อยู่ระหว่างการศึกษาจะเข้าสู่ส่วนหนึ่งของอุปกรณ์ที่เรียกว่าคอลลิเมเตอร์ก่อน Collimator เป็นหลอดที่ปลายด้านหนึ่งมีหน้าจอที่มีช่องแคบและอีกด้านหนึ่งเป็นเลนส์สะสม รอยกรีดอยู่ที่ทางยาวโฟกัสของเลนส์ ดังนั้นลำแสงที่แยกออกจากกันบนเลนส์จากรอยแยกจึงโผล่ออกมาจากเลนส์เป็นลำแสงขนานและตกลงบนปริซึม

เนื่องจากความถี่ที่ต่างกันสอดคล้องกับดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกัน ลำแสงคู่ขนานที่ไม่ตรงในทิศทางจึงโผล่ออกมาจากปริซึม พวกเขาตกบนเลนส์ ที่ทางยาวโฟกัสของเลนส์นี้มีหน้าจอ - กระจกฝ้าหรือ

จานถ่ายภาพ เลนส์จะโฟกัสลำแสงคู่ขนานบนหน้าจอ และแทนที่จะได้ภาพช่องเดียว กลับกลายเป็นภาพทั้งชุด แต่ละความถี่ (ช่วงสเปกตรัมแคบ) จะมีภาพของตัวเอง ภาพทั้งหมดเหล่านี้รวมกันเป็นสเปกตรัม

อุปกรณ์ที่อธิบายนี้เรียกว่าสเปกโตรกราฟ หากใช้กล้องโทรทรรศน์เพื่อสังเกตสเปกตรัมแทนเลนส์และหน้าจอที่สอง อุปกรณ์นั้นจะเรียกว่าสเปกโตรสโคปดังที่อธิบายไว้ข้างต้น ปริซึมและส่วนอื่นๆ ของอุปกรณ์สเปกตรัมไม่จำเป็นต้องทำจากแก้วเสมอไป แทนที่จะใช้แก้ว ก็ใช้วัสดุโปร่งใส เช่น ควอตซ์ เกลือสินเธาว์ ฯลฯ

ประเภทของสเปกตรัม

องค์ประกอบสเปกตรัมของรังสีจากสสารมีความหลากหลายมาก แต่ถึงกระนั้นก็ตามสเปกตรัมทั้งหมดตามประสบการณ์แสดงให้เห็นสามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภท:

สเปกตรัมต่อเนื่องสเปกตรัมแสงอาทิตย์หรือสเปกตรัมแสงอาร์กมีความต่อเนื่อง ซึ่งหมายความว่าสเปกตรัมประกอบด้วยคลื่นทุกความยาวคลื่น ไม่มีการแตกของสเปกตรัม และแถบหลายสีต่อเนื่องกันสามารถมองเห็นได้บนหน้าจอสเปกโตรกราฟ

การกระจายพลังงานเหนือความถี่ เช่น ความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสี จะแตกต่างกันไปตามวัตถุต่างๆ ตัวอย่างเช่น วัตถุที่มีพื้นผิวสีดำมากจะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาทุกความถี่ แต่เส้นโค้งของการพึ่งพาความหนาแน่นสเปกตรัมของความเข้มของรังสีต่อความถี่จะมีค่าสูงสุดที่ความถี่ที่แน่นอน พลังงานการแผ่รังสีที่ความถี่ต่ำมากและสูงมากนั้นมีน้อยมาก เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความหนาแน่นสเปกตรัมสูงสุดของรังสีจะเปลี่ยนไปสู่คลื่นที่สั้นลง

ดังประสบการณ์แสดงให้เห็น สเปกตรัมต่อเนื่อง (หรือต่อเนื่อง) ได้รับจากวัตถุที่อยู่ในสถานะของแข็งหรือของเหลว เช่นเดียวกับก๊าซที่ถูกบีบอัดสูง ร่างกายจะต้องได้รับความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ได้สเปกตรัมต่อเนื่อง

ธรรมชาติของสเปกตรัมต่อเนื่องและความเป็นจริงของการดำรงอยู่ของมันนั้นไม่เพียงถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของอะตอมที่ปล่อยออกมาแต่ละตัวเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ของอะตอมซึ่งกันและกันอีกด้วย

สเปกตรัมต่อเนื่องยังสร้างจากพลาสมาอุณหภูมิสูงอีกด้วย คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าถูกปล่อยออกมาจากพลาสมาโดยส่วนใหญ่เมื่ออิเล็กตรอนชนกับไอออน

สเปกตรัมเส้นเติมแร่ใยหินชิ้นหนึ่งที่ชุบสารละลายเกลือแกงธรรมดาลงในเปลวไฟสีซีดของเตาแก๊ส

เมื่อสังเกตเปลวไฟผ่านสเปกโตรสโคป เส้นสีเหลืองสดใสจะกะพริบตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องกันของเปลวไฟซึ่งแทบมองไม่เห็น เส้นสีเหลืองนี้เกิดจากไอโซเดียม ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลของเกลือแกงถูกทำลายลงในเปลวไฟ แต่ละอันเป็นรั้วลวดหนามที่มีเส้นสีที่มีความสว่างต่างกันคั่นด้วยความมืดอันกว้างใหญ่

ลายทาง สเปกตรัมดังกล่าวเรียกว่าสเปกตรัมเส้น การมีอยู่ของสเปกตรัมเส้นหมายความว่าสสารจะปล่อยแสงที่ความยาวคลื่นบางช่วงเท่านั้น (แม่นยำยิ่งขึ้นในช่วงสเปกตรัมที่แคบมากบางช่วง) แต่ละบรรทัดมีความกว้างจำกัด

สเปกตรัมเส้นทำให้สารทั้งหมดในสถานะอะตอมเป็นก๊าซ (แต่ไม่ใช่โมเลกุล) ในกรณีนี้ แสงจะถูกปล่อยออกมาจากอะตอมซึ่งในทางปฏิบัติแล้วไม่มีปฏิสัมพันธ์กัน นี่เป็นสเปกตรัมประเภทพื้นฐานที่สุด

อะตอมที่แยกออกมาจะปล่อยความยาวคลื่นที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด โดยทั่วไป ในการสังเกตสเปกตรัมเส้น จะใช้การเรืองแสงของไอของสารในเปลวไฟ หรือการเรืองแสงของก๊าซที่ปล่อยออกมาในท่อที่เต็มไปด้วยก๊าซที่กำลังศึกษาอยู่

เมื่อความหนาแน่นของก๊าซอะตอมเพิ่มขึ้น เส้นสเปกตรัมแต่ละเส้นจะขยายตัว และสุดท้ายเมื่อมีการบีบอัดก๊าซที่สูงมาก เมื่ออันตรกิริยาของอะตอมมีนัยสำคัญ เส้นเหล่านี้จะทับซ้อนกันจนเกิดเป็นสเปกตรัมต่อเนื่องกัน

สเปกตรัมลายสเปกตรัมแถบสีประกอบด้วยแถบแต่ละแถบที่คั่นด้วยช่องว่างมืด ด้วยความช่วยเหลือของอุปกรณ์สเปกตรัมที่ดีมากก็เป็นไปได้

ค้นพบว่าแต่ละแถบประกอบด้วยเส้นจำนวนมากที่มีระยะห่างใกล้เคียงกันมาก สเปกตรัมแบบแถบนั้นแตกต่างจากสเปกตรัมเส้นตรงที่ไม่ได้ถูกสร้างขึ้นโดยอะตอม แต่เกิดจากโมเลกุลที่ไม่ได้ถูกผูกมัดหรือถูกผูกมัดอย่างอ่อนต่อกัน

ในการสังเกตสเปกตรัมโมเลกุล เช่นเดียวกับการสังเกตสเปกตรัมเส้น โดยปกติจะใช้การเรืองแสงของไอในเปลวไฟหรือการเรืองแสงของการปล่อยก๊าซ

สเปกตรัมการดูดซึมสสารทั้งหมดที่อะตอมอยู่ในสถานะตื่นเต้นจะปล่อยคลื่นแสงออกมา ซึ่งมีการกระจายพลังงานในลักษณะใดลักษณะหนึ่งตามความยาวคลื่น การดูดกลืนแสงจากสสารยังขึ้นอยู่กับความยาวคลื่นด้วย ดังนั้นกระจกสีแดงจึงส่งคลื่นที่สอดคล้องกับแสงสีแดงและดูดซับคลื่นอื่นทั้งหมด

หากคุณส่งแสงสีขาวผ่านก๊าซเย็นและไม่เปล่งแสง เส้นสีดำจะปรากฏตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องของแหล่งกำเนิด ก๊าซดูดซับแสงได้อย่างเข้มข้นที่สุดในช่วงความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาเมื่อถูกความร้อนสูง เส้นสีเข้มตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องคือเส้นการดูดกลืนแสงที่รวมกันเป็นสเปกตรัมการดูดกลืนแสง

มีสเปกตรัมการแผ่รังสีแบบต่อเนื่องแบบเส้นและแบบแถบและมีสเปกตรัมการดูดกลืนแสงจำนวนเท่ากัน

สเปกตรัมเส้นมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งเนื่องจากโครงสร้างของมันเกี่ยวข้องโดยตรงกับโครงสร้างของอะตอม ท้ายที่สุดแล้ว สเปกตรัมเหล่านี้ถูกสร้างขึ้นโดยอะตอมที่ไม่ได้รับอิทธิพลจากภายนอก ดังนั้น เมื่อเราคุ้นเคยกับสเปกตรัมเส้นแล้ว เราก็จะก้าวแรกสู่การศึกษาโครงสร้างของอะตอม จากการสังเกตสเปกตรัมเหล่านี้ นักวิทยาศาสตร์จึงได้รับ

โอกาสในการ “มอง” ภายในอะตอม ที่นี่ทัศนศาสตร์สัมผัสใกล้ชิดกับฟิสิกส์อะตอม

ประเภทของการวิเคราะห์สเปกตรัม

คุณสมบัติหลักของสเปกตรัมเส้นคือความยาวคลื่น (หรือความถี่) ของสเปกตรัมเส้นของสารใด ๆ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของอะตอมของสารนี้เท่านั้น แต่ไม่ขึ้นอยู่กับวิธีการกระตุ้นการเรืองแสงของอะตอมโดยสิ้นเชิง อะตอม

องค์ประกอบทางเคมีใด ๆ ให้สเปกตรัมที่ไม่เหมือนกับสเปกตรัมขององค์ประกอบอื่น ๆ ทั้งหมด: พวกมันสามารถเปล่งชุดความยาวคลื่นที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัด

นี่คือพื้นฐานของการวิเคราะห์สเปกตรัม - วิธีการระบุองค์ประกอบทางเคมีของสารจากสเปกตรัมของมัน เช่นเดียวกับลายนิ้วมือของมนุษย์ สเปกตรัมเส้นมีบุคลิกที่เป็นเอกลักษณ์ ความเป็นเอกลักษณ์ของลวดลายบนผิวหนังของนิ้วมักจะช่วยในการค้นหาคนร้าย ในทำนองเดียวกันเนื่องจากความแตกต่างของสเปกตรัมจึงมีอยู่

ความสามารถในการกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของร่างกาย เมื่อใช้การวิเคราะห์สเปกตรัม คุณสามารถตรวจจับองค์ประกอบนี้ในองค์ประกอบของสารที่ซับซ้อนได้ นี่เป็นวิธีที่ละเอียดอ่อนมาก

ปัจจุบันเป็นที่รู้จัก ประเภทต่อไปนี้การวิเคราะห์สเปกตรัม - การวิเคราะห์สเปกตรัมอะตอม (ASA)(กำหนดองค์ประกอบองค์ประกอบของตัวอย่างจากสเปกตรัมการปล่อยอะตอม (ไอออน) และการดูดกลืนแสง) การปล่อยก๊าซเอเอสเอ(ขึ้นอยู่กับสเปกตรัมการปล่อยก๊าซของอะตอม ไอออน และโมเลกุลที่ถูกกระตุ้นด้วยแหล่งกำเนิดรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าต่างๆ ในช่วงตั้งแต่รังสีกรัมไปจนถึงไมโครเวฟ) การดูดซับอะตอม SA(ดำเนินการโดยใช้สเปกตรัมการดูดกลืนแสงของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าโดยวัตถุที่วิเคราะห์ (อะตอม โมเลกุล ไอออนของสสารในสถานะการรวมตัวต่างๆ)) อะตอมเรืองแสง SA, การวิเคราะห์สเปกตรัมระดับโมเลกุล (MSA) (องค์ประกอบโมเลกุลสารโดยสเปกตรัมโมเลกุลของการดูดกลืน การเรืองแสง และการกระเจิงของแสงรามาน) ไอเอสเอคุณภาพ(เพียงระบุการมีหรือไม่มีเส้นวิเคราะห์ขององค์ประกอบที่ถูกกำหนดก็เพียงพอแล้ว ขึ้นอยู่กับความสว่างของเส้นระหว่างการตรวจสอบด้วยภาพ เราสามารถประมาณเนื้อหาขององค์ประกอบบางอย่างในตัวอย่างโดยประมาณได้) ISA เชิงปริมาณ(ดำเนินการโดยการเปรียบเทียบความเข้มของเส้นสเปกตรัมสองเส้นในสเปกตรัมของตัวอย่าง ซึ่งเส้นหนึ่งเป็นขององค์ประกอบที่กำหนด และอีกเส้นหนึ่ง (เส้นเปรียบเทียบ) กับองค์ประกอบหลักของตัวอย่าง ซึ่งทราบความเข้มข้น หรือธาตุที่ใส่มาเป็นพิเศษที่ความเข้มข้นที่ทราบ)

MSA ขึ้นอยู่กับการเปรียบเทียบเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณของสเปกตรัมที่วัดได้ของกลุ่มตัวอย่างภายใต้การศึกษากับสเปกตรัมของสารแต่ละชนิด ดังนั้นจึงมีความแตกต่างระหว่าง ISA เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ ใน ISA พวกเขาใช้ ประเภทต่างๆสเปกตรัมโมเลกุล, การหมุน (สเปกตรัมในไมโครเวฟและบริเวณอินฟราเรดคลื่นยาว (IR)), สเปกตรัมแบบสั่นสะเทือนและแบบหมุน (สเปกตรัมการดูดซับและการแผ่รังสีในย่านอินฟราเรดกลาง, สเปกตรัมรามาน, สเปกตรัมเรืองแสงอินฟราเรด), อิเล็กทรอนิกส์, อิเล็กทรอนิกส์ - แบบสั่นสะเทือน และการสั่นสะเทือน-การหมุนแบบอิเล็กทรอนิกส์ [สเปกตรัมการดูดซับและการส่งผ่านในบริเวณที่มองเห็นได้และรังสีอัลตราไวโอเลต (UV) สเปกตรัมเรืองแสง] MSA ช่วยให้สามารถวิเคราะห์ปริมาณน้อย (ในบางกรณีเป็นเศษส่วน) ไมโครกรัมและน้อยกว่า) สารที่อยู่ในสถานะการรวมกลุ่มที่แตกต่างกัน

การวิเคราะห์เชิงปริมาณขององค์ประกอบของสารตามสเปกตรัมนั้นเป็นเรื่องยาก เนื่องจากความสว่างของเส้นสเปกตรัมไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับมวลของสารเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับวิธีการกระตุ้นการเรืองแสงด้วย ดังนั้นที่อุณหภูมิต่ำ เส้นสเปกตรัมจำนวนมากจึงไม่ปรากฏเลย อย่างไรก็ตาม การวิเคราะห์สเปกตรัมเชิงปริมาณก็สามารถดำเนินการได้เช่นกัน ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขมาตรฐานสำหรับการกระตุ้นการเรืองแสง

การทดสอบเหล่านี้แม่นยำที่สุดคือ การดูดซับอะตอม SAเทคนิค AAA นั้นง่ายกว่ามากเมื่อเทียบกับวิธีอื่นๆ โดยมีความแม่นยำสูงในการพิจารณาองค์ประกอบที่ไม่เพียงแต่มีขนาดเล็กเท่านั้น แต่ยังมีความเข้มข้นสูงอีกด้วย AAA ประสบความสำเร็จในการทดแทนการใช้แรงงานเข้มข้นและใช้เวลานาน วิธีการทางเคมีการวิเคราะห์ไม่ด้อยไปกว่าความแม่นยำ

บทสรุป

ด้วยความช่วยเหลือของการวิเคราะห์สเปกตรัมจึงได้เรียนรู้องค์ประกอบทางเคมีของดวงอาทิตย์และดวงดาว โดยทั่วไปวิธีการวิเคราะห์แบบอื่นจะเป็นไปไม่ได้ที่นี่ ปรากฎว่าดวงดาวประกอบด้วยองค์ประกอบทางเคมีแบบเดียวกับที่พบในโลก เป็นเรื่องน่าสงสัยว่าฮีเลียมถูกค้นพบครั้งแรกในดวงอาทิตย์ และพบในชั้นบรรยากาศของโลกเท่านั้น ชื่อนี้

องค์ประกอบทำให้นึกถึงประวัติศาสตร์ของการค้นพบ: คำว่าฮีเลียมแปลว่า "แสงอาทิตย์" ในการแปล

เนื่องจากมีความเรียบง่ายและมีความสามารถรอบด้านในการเปรียบเทียบ การวิเคราะห์สเปกตรัมจึงเป็นวิธีการหลักในการตรวจสอบองค์ประกอบของสารในสาขาโลหะวิทยา วิศวกรรมเครื่องกล และอุตสาหกรรมนิวเคลียร์ ใช้การวิเคราะห์สเปกตรัมเพื่อกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของแร่และแร่ธาตุ

องค์ประกอบของสารผสมเชิงซ้อนซึ่งส่วนใหญ่เป็นสารอินทรีย์จะถูกวิเคราะห์โดยสเปกตรัมโมเลกุล

การวิเคราะห์สเปกตรัมสามารถทำได้ไม่เพียงแต่จากสเปกตรัมการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเท่านั้น แต่ยังมาจากสเปกตรัมการดูดกลืนแสงด้วย เส้นดูดกลืนแสงในสเปกตรัมของดวงอาทิตย์และดวงดาวทำให้สามารถศึกษาองค์ประกอบทางเคมีของเทห์ฟากฟ้าเหล่านี้ได้ พื้นผิวที่ส่องสว่างอย่างสดใสของดวงอาทิตย์ - โฟโตสเฟียร์ - ก่อให้เกิดสเปกตรัมต่อเนื่อง บรรยากาศสุริยะจะดูดซับแสงจากโฟโตสเฟียร์อย่างคัดเลือก ซึ่งทำให้เกิดเส้นการดูดกลืนแสงตัดกับพื้นหลังของสเปกตรัมต่อเนื่องของโฟโตสเฟียร์

แต่บรรยากาศของดวงอาทิตย์เองก็เปล่งแสงออกมา ในระหว่างสุริยุปราคา เมื่อจานสุริยะถูกดวงจันทร์ปกคลุม เส้นสเปกตรัมจะกลับกัน แทนที่เส้นดูดกลืนในสเปกตรัมแสงอาทิตย์ เส้นเปล่งแสงจะกะพริบ

ในทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ การวิเคราะห์สเปกตรัมไม่เพียงแต่หมายความถึงการกำหนดองค์ประกอบทางเคมีของดาวฤกษ์ เมฆก๊าซ ฯลฯ เท่านั้น แต่ยังหมายรวมถึงการกำหนดองค์ประกอบทางเคมีอีกมากมาย

ลักษณะทางกายภาพอื่นๆ ของวัตถุเหล่านี้ อุณหภูมิ ความดัน ความเร็วของการเคลื่อนที่ การเหนี่ยวนำแม่เหล็ก

วิธี Express ASA มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม เกษตรกรรม ธรณีวิทยา และสาขาอื่นๆ มากมายของเศรษฐกิจและวิทยาศาสตร์ของประเทศ ASA มีบทบาทสำคัญในเทคโนโลยีนิวเคลียร์ การผลิตวัสดุเซมิคอนดักเตอร์บริสุทธิ์ ตัวนำยิ่งยวด ฯลฯ มากกว่า 3/4 ของการวิเคราะห์ทางโลหะวิทยาทั้งหมดดำเนินการโดยใช้วิธี ASA การใช้ควอนตัมมิเตอร์จะดำเนินการตามขั้นตอนการปฏิบัติงาน (ภายใน 2-3 นาที) การควบคุมระหว่างการหลอมในการผลิตเตาแบบเปิดและแบบคอนเวอร์เตอร์ ในด้านธรณีวิทยาและ การสำรวจทางธรณีวิทยาในการประเมินเงินฝาก จะมีการวิเคราะห์ประมาณ 8 ล้านครั้งต่อปี ASA ใช้สำหรับการปกป้องสิ่งแวดล้อมและการวิเคราะห์ดิน ในด้านนิติเวชและการแพทย์ ธรณีวิทยาก้นทะเล และการศึกษาองค์ประกอบของบรรยากาศชั้นบนด้วย

การแยกไอโซโทปและการกำหนดอายุและองค์ประกอบของวัตถุทางธรณีวิทยาและโบราณคดี ฯลฯ

ดังนั้นการวิเคราะห์สเปกตรัมจึงถูกนำมาใช้ในกิจกรรมที่สำคัญที่สุดของมนุษย์เกือบทั้งหมด ดังนั้นการวิเคราะห์สเปกตรัมจึงเป็นหนึ่งในส่วนที่สำคัญที่สุดของการพัฒนาไม่เพียงแต่ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงมาตรฐานของชีวิตมนุษย์ด้วย

วรรณกรรม

Zaidel A.N. พื้นฐานของการวิเคราะห์สเปกตรัม, M. , 1965,

วิธีการวิเคราะห์สเปกตรัม, M, 1962;

Chulanovsky V.M. บทนำเกี่ยวกับการวิเคราะห์สเปกตรัมระดับโมเลกุล, M. - L. , 1951;

Rusanov A.K. พื้นฐานของการวิเคราะห์สเปกตรัมเชิงปริมาณของแร่และแร่ธาตุ ม., 1971

การแผ่รังสีเป็นที่รู้จักกันในธรรมชาติมานานแล้ว ซึ่งแตกต่างจากรังสีทุกประเภทที่รู้จัก (การแผ่รังสีความร้อน การสะท้อน การกระเจิงของแสง ฯลฯ) รังสีนี้เป็นรังสีเรืองแสง ตัวอย่าง ได้แก่ การเรืองแสงของร่างกายเมื่อถูกฉายรังสีด้วยแสงที่มองเห็นได้ อัลตราไวโอเลต และ การฉายรังสีเอกซ์, -รังสี ฯลฯ สารที่สามารถเรืองแสงได้ภายใต้อิทธิพลของการกระตุ้นประเภทต่างๆเรียกว่า สารเรืองแสง

การเรืองแสง- การแผ่รังสีที่ไม่สมดุล ซึ่ง ณ อุณหภูมิที่กำหนดนั้นเกินกว่าการแผ่รังสีความร้อนของร่างกายและมีระยะเวลานานกว่าช่วงการสั่นของแสง ส่วนแรกของคำจำกัดความนี้นำไปสู่ข้อสรุปว่าการเรืองแสงไม่ใช่การแผ่รังสีความร้อน (ดูมาตรา 197) เนื่องจากวัตถุใดๆ ก็ตามที่มีอุณหภูมิสูงกว่า 0 K จะปล่อยคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าออกมา และการแผ่รังสีดังกล่าวนั้นเป็นความร้อน ส่วนที่สองแสดงว่าการเรืองแสงไม่ใช่ประเภทของการเรืองแสง เช่น การสะท้อนและการกระเจิงของแสง การแผ่รังสีเบรมสตราลุงของอนุภาคที่มีประจุ เป็นต้น คาบของการสั่นของแสงจะอยู่ที่ประมาณ 10 -15 วินาที ดังนั้นระยะเวลาที่สามารถจำแนกการเรืองแสงได้ เนื่องจากการเรืองแสงยาวนานขึ้น - ประมาณ 10 -10 วินาที เข้าสู่ระบบ

ระยะเวลาของการเรืองแสงทำให้สามารถแยกแยะการเรืองแสงจากกระบวนการที่ไม่สมดุลอื่นๆ ได้ ดังนั้น ตามเกณฑ์นี้ จึงเป็นไปได้ที่จะพิสูจน์ว่ารังสีวาวิลอฟ-เชเรนคอฟ (ดู§189) ไม่สามารถนำมาประกอบกับการเรืองแสงได้

ขึ้นอยู่กับวิธีการกระตุ้นมีดังนี้: แสงเรืองแสง(ภายใต้อิทธิพลของแสง) การเรืองแสงด้วยรังสีเอกซ์(ภายใต้อิทธิพลของรังสีเอกซ์) แคโทโดเรืองแสง(ภายใต้อิทธิพลของอิเล็กตรอน) การเรืองแสงด้วยไฟฟ้า(ภายใต้อิทธิพลของสนามไฟฟ้า) การเรืองแสงของรังสี(เมื่อถูกกระตุ้นด้วยรังสีนิวเคลียร์ เช่น -รังสี นิวตรอน โปรตอน) เคมีเรืองแสง(ระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางเคมี) ไตรโบลูมิเนสเซนซ์(เมื่อบดและทำลายผลึกบางชนิด เช่น น้ำตาล) ขึ้นอยู่กับระยะเวลาของการเรืองแสง พวกมันมีความโดดเด่นตามอัตภาพ: เรืองแสง(t10 -8 วิ) และ เรืองแสง- แสงที่ส่องสว่างอย่างต่อเนื่องเป็นระยะเวลาหนึ่งที่เห็นได้ชัดเจนหลังจากหยุดการกระตุ้น

การศึกษาเชิงปริมาณของการเรืองแสงครั้งแรกดำเนินการเมื่อกว่าร้อยปีที่แล้ว เจ. สโตกส์ผู้กำหนดกฎต่อไปนี้ในปี พ.ศ. 2395: ความยาวคลื่นของรังสีเรืองแสงจะมากกว่าความยาวคลื่นของแสงที่ทำให้ตื่นเต้นเสมอ (รูปที่ 326) จากมุมมองควอนตัม กฎของสโตกส์หมายถึงพลังงาน hvของโฟตอนที่ตกกระทบถูกใช้ไปบางส่วนกับกระบวนการที่ไม่ใช่ออปติคัลบางอย่าง เช่น

hv=hv ลูเมน +E,

วี ลัมมาจากไหน ` ดังต่อไปนี้จากกฎที่กำหนด

ลักษณะพลังงานหลักของการเรืองแสงคือ การส่งออกพลังงานแนะนำโดย S.I. Vavilov ในปี 1924 - อัตราส่วนของพลังงานที่ปล่อยออกมาจากสารเรืองแสงเมื่อส่องสว่างเต็มที่กับพลังงานที่ดูดซับไว้ โดยทั่วไปสำหรับสารฟอสเฟอร์อินทรีย์ (โดยใช้ตัวอย่างของสารละลายฟลูออเรสซีน) การพึ่งพาพลังงานที่ส่งออก  กับความยาวคลื่น ï ของแสงที่น่าตื่นเต้นจะแสดงในรูปที่ 1 327. จากรูปจะตามมาว่าในตอนแรก  เพิ่มสัดส่วนเป็น ` จากนั้นเมื่อถึงค่าสูงสุด ลดลงอย่างรวดเร็วจนเหลือศูนย์และเพิ่มขึ้นอีก ถึง(กฎของวาวิลอฟ)ผลผลิตพลังงานของฟอสเฟอร์ต่างๆ แตกต่างกันไปภายในขอบเขตที่ค่อนข้างกว้าง โดยค่าสูงสุดจะอยู่ที่ประมาณ 80%

เรียกว่าของแข็งซึ่งเป็นผลึกที่เตรียมการเรืองแสงอย่างมีประสิทธิภาพและมีสิ่งเจือปนจากต่างประเทศ คริสตัลฟอสเฟอร์เมื่อใช้ตัวอย่างคริสตัลฟอสเฟอร์ เราจะพิจารณากลไกของการเรืองแสงจากมุมมองของทฤษฎีแถบของของแข็ง ระหว่างแถบวาเลนซ์และแถบการนำไฟฟ้าของคริสตัลฟอสฟอรัสจะมีระดับสิ่งเจือปนของตัวกระตุ้น (รูปที่ 328) ที่

เมื่ออะตอมของแอคติเวเตอร์ดูดซับโฟตอนด้วยพลังงาน hv อิเล็กตรอนจากระดับสิ่งเจือปนจะถูกถ่ายโอนไปยังแถบการนำไฟฟ้าและเคลื่อนที่อย่างอิสระทั่วทั้งคริสตัลจนกระทั่งพบกับไอออนของแอคติเวเตอร์และรวมตัวใหม่กับมัน และเคลื่อนที่อีกครั้งสู่ระดับสิ่งเจือปน การรวมตัวกันใหม่จะมาพร้อมกับการปล่อยควอนตัมเรืองแสง เวลาเรืองแสงของฟอสเฟอร์ถูกกำหนดโดยอายุการใช้งานของสถานะตื่นเต้นของอะตอมของแอคติเวเตอร์ ซึ่งโดยปกติแล้วจะไม่เกินหนึ่งในพันล้านของวินาที ดังนั้นแสงจึงมีอายุสั้นและหายไปเกือบหลังจากการหยุดการฉายรังสี

เพื่อให้เกิดการเรืองแสงในระยะยาว (ฟอสฟอรัส) จะต้องมีคริสตัลฟอสฟอรัสด้วย ศูนย์ยึดหรือกับดักสำหรับอิเล็กตรอนซึ่งเป็นระดับท้องถิ่นที่ไม่เต็ม (เช่น Jl 1 และ L 2) ซึ่งอยู่ใกล้กับด้านล่างสุดของแถบการนำไฟฟ้า (รูปที่ 329) พวกมันสามารถเกิดขึ้นได้จากอะตอมที่ไม่บริสุทธิ์ อะตอมใน interstices ฯลฯ ภายใต้อิทธิพลของแสง อะตอมของแอคติเวเตอร์จะตื่นเต้น เช่น อิเล็กตรอนจากระดับสิ่งเจือปนจะเคลื่อนเข้าสู่แถบการนำไฟฟ้าและกลายเป็นอิสระ อย่างไรก็ตาม พวกมันถูกจับโดยกับดัก ส่งผลให้พวกมันสูญเสียความคล่องตัว และส่งผลให้ความสามารถในการรวมตัวใหม่กับไอออนของแอคติเวเตอร์ การปล่อยอิเล็กตรอนออกจากกับดักนั้นต้องใช้พลังงานจำนวนหนึ่ง ซึ่งอิเล็กตรอนสามารถรับได้ เช่น จากการสั่นสะเทือนเนื่องจากความร้อนของโครงตาข่าย อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากกับดักจะเข้าสู่แถบการนำไฟฟ้าและเคลื่อนที่ผ่านคริสตัลจนกระทั่งถูกจับอีกครั้งโดยกับดักหรือรวมตัวใหม่กับไอออนของแอคติเวเตอร์

ในกรณีหลังนี้ ควอนตัมของรังสีเรืองแสงจะปรากฏขึ้น ระยะเวลาของกระบวนการนี้จะพิจารณาจากระยะเวลาที่อิเล็กตรอนอยู่ในกับดัก

ปรากฏการณ์เรืองแสงนั้นใช้กันอย่างแพร่หลายในทางปฏิบัติเป็นต้น การวิเคราะห์การเรืองแสง -วิธีการกำหนดองค์ประกอบของสารโดยการเรืองแสงที่มีลักษณะเฉพาะ วิธีการนี้มีความไวสูง (ประมาณ 10 -10 กรัม/ซม.3) ทำให้สามารถตรวจจับการมีอยู่ของสิ่งเจือปนที่ไม่มีนัยสำคัญได้ และใช้ในการวิจัยที่ละเอียดอ่อนที่สุดในด้านชีววิทยา การแพทย์ อุตสาหกรรมอาหาร ฯลฯ การตรวจจับข้อบกพร่องเรืองแสงช่วยให้คุณตรวจจับรอยแตกร้าวที่ดีที่สุดบนพื้นผิวของชิ้นส่วนเครื่องจักรและผลิตภัณฑ์อื่นๆ (พื้นผิวที่กำลังตรวจสอบถูกเคลือบด้วยสารละลายเรืองแสง ซึ่งหลังจากนำออกแล้วจะยังคงอยู่ในรอยแตก)

ฟอสฟอรัสใช้ในหลอดฟลูออเรสเซนต์ เป็นสื่อแอคทีฟของเครื่องกำเนิดควอนตัมเชิงแสง (ดูมาตรา 233) และรังสีเรืองแสงวาบ (จะกล่าวถึงด้านล่าง) ใช้ในตัวแปลงแสงแบบอิเล็กตรอน (ดูมาตรา 169) ใช้เพื่อสร้างแสงฉุกเฉินและแสงอำพราง และสำหรับการผลิตไฟส่องสว่างของอุปกรณ์ต่างๆ