ŠIRENJE SVJETLOSTI

Uzmite tri razglednice i škarama izrežite rupu veličine penija u sredini svake kartice. Za svaku karticu napravite stalak od grudica plastelina i zalijepite ih na stol u liniji tako da rupe budu u jednoj ravnoj liniji.

Posvijetlite svjetiljkom u rupu karte koja je najudaljenija od vas i gledajte kroz rupu najbliže karte.

Što vidiš? Što je s putem kojim svjetlost ide od svjetiljke do vašeg oka?

Pomaknite srednju kartu nekoliko centimetara u stranu tako da sada blokira put svjetlosti. Što sada vidite? Što se dogodilo sa svjetlom? Vidite li tragove svjetla na kartici koja je povučena?

Svjetlost putuje pravocrtno. Kada su sve tri rupice na istoj liniji, svjetlost svjetiljke se širi duž te linije i pada vam u oči;

Kada se srednja karta pomakne, na putu svjetlosti pojavljuje se prepreka koju svjetlost ne može zaobići jer putuje pravolinijski. Kartica sprječava da ostatak puta dođe do vašeg oka.

DOBIVANJE SPEKTRA

Bijela boja zapravo ima više nego što se čini na prvi pogled. Mješavina je svih duginih boja - crvene, narančaste, žute, zelene, plave, indigo i ljubičaste. Ove boje čine ono što se naziva vidljivi spektar. Postoji nekoliko načina za razdvajanje bijele svjetlosti na komponente. Evo jednog od njih.

Napunite posudu vodom i stavite je na dobro osvijetljenu površinu. Stavite ogledalo unutra i nagnite ga tako da leži na jednoj od strana kivete.

Pogledajte odraz koji ogledalo baca na obližnju površinu. Što vidiš? Da bi slika bila jasnija, stavite list bijelog papira na mjesto gdje je odsjaj.

Svjetlost putuje u valovima. Poput morskih valova, imaju vrhove koji se nazivaju maksimumi i doline koje se nazivaju minimumi. Udaljenost od jednog do drugog maksimuma naziva se valna duljina.

Snop bijele svjetlosti sadrži zrake svjetlosti različitih valnih duljina. Svaka valna duljina odgovara određenoj boji. V crveno ima najveće valne duljine. Sljedeća je narančasta, zatim žuta, zelena, plava i plava. Ljubičasta ima najkraće valne duljine.

Kada se bijela svjetlost reflektira u zrcalu kroz vodu, rastavlja se na sastavne boje. One se razilaze i tvore uzorak paralelnih pruga boje koji se naziva spektar.

I pogledajte površinu CD-a. Odakle duga ovdje?

SPEKTAR NA STROPU

Napunite čašu do jedne trećine vodom. Stavite knjige u hrpu na neku glatku površinu. Hrpa bi trebala biti nešto viša od duljine svjetiljke.

Stavite čašu na hrpu knjiga tako da dio malo prelazi rub knjige i visi u zraku, ali čaša ne padne.

Baterijsku svjetiljku postavite ispod visećeg dijela stakla gotovo okomito te je u tom položaju pričvrstite komadićem plastelina kako ne bi skliznula. Upalite svjetiljku i ugasite svjetla u sobi.

Pogledaj strop. Što vidiš?
Ponovite eksperiment, ali sada napunite čašu do dvije trećine. Kako se duga promijenila?

Snop svjetiljke pada na čašu napunjenu vodom pod blagim kutom. Kao rezultat, bijela svjetlost se razlaže na svoje sastavne komponente. Boje koje se nalaze jedna uz drugu nastavljaju svoj put različitim putanjama i, na kraju završavajući na stropu, daju tako prekrasan spektar.

Uvod…………………………………………………………………………………….2

Mehanizam zračenja…………………………………………………………………………………..3

Distribucija energije u spektru………………………………………………………….4

Vrste spektara………………………………………………………………………………………….6

Vrste spektralnih analiza…………………………………………………………7

Zaključak…………………………………………………………………………………..9

Književnost…………………………………………………………………………………….11

Uvod

Spektar je razlaganje svjetlosti na sastavne dijelove, zrake različitih boja.

Metoda proučavanja kemijskog sastava različitih tvari iz njihovih emisijskih ili apsorpcijskih spektra naziva se spektralna analiza. Za spektralnu analizu potrebna je zanemariva količina tvari. Njegova brzina i osjetljivost učinile su ovu metodu nezamjenjivom kako u laboratorijima tako iu astrofizici. Budući da svaki kemijski element periodnog sustava emitira linijski emisijski i apsorpcijski spektar karakterističan samo za njega, to omogućuje proučavanje kemijskog sastava tvari. Fizičari Kirchhoff i Bunsen prvi su ga pokušali napraviti 1859. godine, izgradivši spektroskop. Svjetlost je u njega propuštena kroz uski prorez izrezan na jednom rubu teleskopa (ova cijev s prorezom naziva se kolimator). Iz kolimatora su zrake padale na prizmu prekrivenu kutijom s unutarnje strane obloženom crnim papirom. Prizma je odbijala zrake koje su dolazile iz proreza. Rezultat je bio spektar. Nakon toga su prozor prekrili zavjesom i postavili upaljeni plamenik na prorez kolimatora. U plamen svijeće naizmjenično su ubacivani komadići raznih tvari, a rezultirajući spektar gledali su kroz drugi teleskop. Ispostavilo se da su užarene pare svakog elementa proizvodile zrake strogo određene boje, a prizma je skrenula te zrake na strogo određeno mjesto, pa stoga nijedna boja nije mogla prikriti onu drugu. To je dovelo do zaključka da je pronađena radikalno nova metoda kemijske analize - pomoću spektra tvari. Godine 1861., na temelju tog otkrića, Kirchhoff je dokazao prisutnost brojnih elemenata u kromosferi Sunca, postavljajući temelje astrofizici.

Mehanizam zračenja

Izvor svjetlosti mora trošiti energiju. Svjetlost su elektromagnetski valovi valne duljine 4*10 -7 - 8*10 -7 m. Elektromagnetski valovi emitiraju se ubrzanim kretanjem nabijenih čestica. Ove nabijene čestice dio su atoma. Ali bez poznavanja strukture atoma ništa se pouzdano ne može reći o mehanizmu zračenja. Jasno je samo da unutar atoma nema svjetla, kao što nema zvuka u žici klavira. Poput žice koja počinje zvučati tek nakon što je udari čekić, atomi rađaju svjetlost tek nakon što su pobuđeni.

Da bi atom počeo zračiti, mora mu se prenijeti energija. Pri emitiranju atom gubi primljenu energiju, a za kontinuirani sjaj tvari neophodan je dotok energije njezinim atomima izvana.

Toplinsko zračenje. Najjednostavnija i najčešća vrsta zračenja je toplinsko zračenje, kod kojeg se energija koju su atomi izgubili na emitiranje svjetlosti kompenzira energijom toplinskog gibanja atoma ili (molekula) emitirajućeg tijela. Što je viša temperatura tijela, atomi se brže kreću. Kada se brzi atomi (molekule) sudaraju jedan s drugim, dio njihove kinetičke energije pretvara se u energiju pobude atoma, koji tada emitiraju svjetlost.

Toplinski izvor zračenja je Sunce, kao i obična žarulja sa žarnom niti. Svjetiljka je vrlo prikladan, ali jeftin izvor. Samo oko 12% ukupne energije oslobođene električnom strujom u svjetiljci pretvara se u svjetlosnu energiju. Toplinski izvor svjetlosti je plamen. Zrnca čađe zagrijavaju se zbog energije koja se oslobađa tijekom izgaranja goriva i emitiraju svjetlost.

Elektroluminiscencija. Energija potrebna atomima za emitiranje svjetlosti također može doći iz izvora koji nisu toplinski. Tijekom pražnjenja u plinovima, električno polje prenosi veliku silu na elektrone. kinetička energija. Brzi elektroni doživljavaju sudare s atomima. Dio kinetičke energije elektrona odlazi na pobuđivanje atoma. Pobuđeni atomi oslobađaju energiju u obliku svjetlosnih valova. Zbog toga je pražnjenje u plinu popraćeno sjajem. Ovo je elektroluminiscencija.

Katodoluminiscencija. Sjaj čvrstih tijela uzrokovan bombardiranjem elektrona naziva se katodoluminiscencija. Zahvaljujući katodoluminiscenciji, ekrani katodnih cijevi televizora svijetle.

Kemiluminiscencija. Za neke kemijske reakcije, koji dolazi s oslobađanjem energije, dio te energije izravno se troši na emisiju svjetlosti. Izvor svjetlosti ostaje hladan (ima temperaturu okoliš). Ova pojava se naziva kemioluminiscencija.

Fotoluminiscencija. Svjetlost koja pada na tvar djelomično se reflektira, a djelomično apsorbira. Energija apsorbirane svjetlosti u većini slučajeva uzrokuje samo zagrijavanje tijela. Međutim, neka tijela sama počinju svijetliti izravno pod utjecajem zračenja koje pada na njih. Ovo je fotoluminiscencija. Svjetlost pobuđuje atome tvari (povećava njihovu unutarnju energiju), nakon čega se i sami osvjetljavaju. Na primjer, svjetleće boje koje prekrivaju mnoge ukrase za božićno drvce emitiraju svjetlost nakon zračenja.

Svjetlost emitirana tijekom fotoluminiscencije u pravilu ima dužu valnu duljinu od svjetlosti koja pobuđuje sjaj. To se može promatrati eksperimentalno. Ako usmjerite zraku svjetlosti na posudu koja sadrži fluoresceit (organsko bojilo),

propuštena kroz filter ljubičaste svjetlosti, ova tekućina počinje svijetliti zeleno-žutom svjetlošću, tj. svjetlošću veće valne duljine od ljubičaste svjetlosti.

Fenomen fotoluminiscencije naširoko se koristi u fluorescentnim svjetiljkama. Sovjetski fizičar S. I. Vavilov predložio je prekrivanje unutarnje površine cijevi za pražnjenje tvarima koje mogu jarko svijetliti pod djelovanjem kratkovalnog zračenja iz plinskog pražnjenja. Fluorescentne žarulje su otprilike tri do četiri puta ekonomičnije od konvencionalnih žarulja sa žarnom niti.

Navedene su glavne vrste zračenja i izvori koji ih stvaraju. Najčešći izvori zračenja su termalni.

• Tutorial

Prijatelji, bliži se petak navečer, ovo je prekrasno intimno vrijeme kada pod okriljem primamljivog sumraka možete izvaditi svoj spektrometar i cijelu noć mjeriti spektar žarulje sa žarnom niti, sve do prvih zraka izlazećeg sunca, i kad sunce izađe, izmjeri njegov spektar.
Kako to da još uvijek nemate svoj spektrometar? Nema veze, idemo pod rez i ispravimo ovaj nesporazum.
Pažnja! Ovaj članak ne pretendira biti potpuni vodič, ali možda ćete unutar 20 minuta od čitanja razložiti svoj prvi spektar zračenja.

Čovjek i spektroskop

Pričat ću vam onim redoslijedom kojim sam i sama prolazila kroz sve faze, moglo bi se reći od najgore do najbolje. Ako je netko odmah usredotočen na više ili manje ozbiljan rezultat, tada se pola članka može sigurno preskočiti. Pa ljudi s krivim rukama (poput mene) i jednostavno znatiželjnici bit će zainteresirani čitati o mojim mukama od samog početka.
Na internetu postoji dovoljno materijala o tome kako sastaviti spektrometar/spektroskop vlastitim rukama od otpadnog materijala.
Da biste nabavili spektroskop kod kuće, u najjednostavnijem slučaju nećete trebati baš puno - CD/DVD uložak i kutiju.
Moji prvi eksperimenti u proučavanju spektra bili su inspirirani ovim materijalom - spektroskopijom

Zapravo, zahvaljujući autorovom radu, sastavio sam svoj prvi spektroskop od transmisijske difrakcijske rešetke DVD diska i kartonske kutije za čaj, a još prije je bio dovoljan debeli komad kartona s prorezom i transmisionom rešetkom DVD diska. za mene.
Ne mogu reći da su rezultati bili zapanjujući, ali bilo je sasvim moguće dobiti prve spektre; fotografije procesa čudesno su sačuvane ispod spojlera

Fotografije spektroskopa i spektra

Prva opcija s komadom kartona

Druga opcija s kutijom za čaj

I snimljeni spektar

Jedina stvar za moju udobnost, on je modificirao ovaj dizajn USB video kamera, ispalo je ovako:

fotografija spektrometra

Odmah ću reći da me ova izmjena spasila od potrebe za korištenjem kamere mobitel, ali postojao je jedan nedostatak: kamera se nije mogla kalibrirati na postavke usluge Spectral Workbench (o čemu će biti riječi u nastavku). Dakle, nisam mogao uhvatiti spektar u realnom vremenu, ali je bilo sasvim moguće prepoznati već prikupljene fotografije.

Recimo da ste kupili ili sastavili spektroskop prema gornjim uputama.
Nakon toga, otvorite račun u projektu PublicLab.org i idite na stranicu usluge SpectralWorkbench.org Zatim ću vam opisati tehniku ​​prepoznavanja spektra koju sam osobno koristio.
Prvo ćemo morati kalibrirati naš spektrometar. Da bismo to učinili, morat ćete dobiti snimak spektra fluorescentne svjetiljke, po mogućnosti velike stropne svjetiljke, ali poslužit će i štedna lampa.
1) Pritisnite gumb Snimi spektre
2) Učitajte sliku
3) Ispunite polja, odaberite datoteku, odaberite novu kalibraciju, odaberite uređaj (možete odabrati mini spektroskop ili samo prilagođeni), odaberite je li vaš spektar okomit ili vodoravan, tako da bude jasno da su spektri na snimci zaslona prethodnog programa su horizontalne
4) Otvorit će se prozor s grafikonima.
5) Provjerite kako se vaš spektar rotira. S lijeve strane bi trebao biti plavi raspon, s desne strane crveni. Ako to nije slučaj, odaberite gumb više alata – okrenite vodoravno, nakon čega vidimo da se slika zarotirala, ali grafikon nije, pa kliknite više alata – ponovno izdvajanje iz fotografije, svi vrhovi opet odgovaraju pravim vrhovima.

6) Pritisnite tipku Kalibriraj, pritisnite početak, odaberite plavi vrh izravno na grafikonu (pogledajte snimak zaslona), pritisnite LMB i ponovno se otvara skočni prozor, sada trebamo pritisnuti završiti i odabrati najudaljeniji zeleni vrh, nakon čega stranica će se osvježiti i dobit ćemo kalibriranu sliku valnih duljina.
Sada možete popuniti druge spektre koji se proučavaju; kada tražite kalibraciju, trebate navesti grafikon koji smo već kalibrirali ranije.

Snimka zaslona

Vrsta konfiguriranog programa

Pažnja! Kalibracija pretpostavlja da ćete naknadno snimiti fotografije s istim uređajem koji ste kalibrirali. Promjena rezolucije slika u uređaju, jak pomak u spektru na fotografiji u odnosu na položaj u kalibriranom primjeru može iskriviti rezultate mjerenja.
Iskreno, malo sam uredio svoje slike u editoru. Ako je negdje bilo svjetla, zatamnio sam okolinu, ponekad sam malo zarotirao spektar da dobijem pravokutnu sliku, ali opet, bolje je ne mijenjati veličinu datoteke i lokaciju u odnosu na središte slike samog spektra. .
Predlažem da sami shvatite preostale funkcije kao što su makronaredbe, automatsko ili ručno podešavanje svjetline; po mom mišljenju, one nisu toliko kritične.
Zatim je prikladno prenijeti dobivene grafikone u CSV, u kojem će prvi broj biti razlomačka (vjerojatno razlomačka) valna duljina, a odvojena zarezom prosječna relativna vrijednost intenziteta zračenja. Dobivene vrijednosti izgledaju lijepo u obliku grafikona, izgrađenih na primjer u Scilabu

SpectralWorkbench.org ima aplikacije za pametne telefone. Nisam ih koristio. pa ne mogu ocijeniti.

Želimo vam dan šaren u svim duginim bojama, prijatelji.

Riječ "spektar" upotrijebio je veliki engleski znanstvenik Isaac Newton da označi raznobojnu traku koja se dobije kada sunčeva zraka prođe kroz trokutastu prizmu. Ovaj pojas je vrlo sličan dugi, a upravo se ovaj pojas najčešće u svakodnevnom životu naziva spektrom. U međuvremenu, svaka tvar ima svoj emisijski ili apsorpcijski spektar, a oni se mogu promatrati ako se provede nekoliko eksperimenata. Svojstva tvari da proizvode različite spektre naširoko se koriste u različitim područjima djelovanja. Na primjer, spektralna analiza je jedna od najpreciznijih forenzičkih metoda. Vrlo često se ova metoda koristi u medicini.

Trebat će vam

• - spektroskop;
• - plinski plamenik;
• - mala keramička ili porculanska žlica;
• - čista kuhinjska sol;
• - prozirna epruveta ispunjena ugljikovim dioksidom;
• - snažna žarulja sa žarnom niti;
• - snažna "štedljiva" plinska svjetiljka.

upute

• Za difrakcijski spektroskop uzmite CD, malu kartonsku kutiju ili kartonsku kutiju za termometar. Izrežite komad diska na veličinu kutije. Na gornju ravninu kutije, uz njenu kratku stijenku, postavite okular pod kutom od približno 135° u odnosu na površinu. Okular je dio kućišta termometra. Eksperimentalno odaberite mjesto za razmak, naizmjenično bušite i brtvite rupe na drugom kratkom zidu.
• Postavite jaku žarulju sa žarnom niti nasuprot proreza spektroskopa. U okularu spektroskopa vidjet ćete kontinuirani spektar. Takav spektralni sastav zračenja postoji za svaki zagrijani objekt. Nema emisijskih i apsorpcijskih linija. U prirodi je ovaj spektar poznat kao duga.
• Stavite sol u malu keramičku ili porculansku žličicu. Usmjerite prorez spektroskopa na tamno, nesvjetleće područje koje se nalazi iznad plamena svjetlosnog plamenika. U vatru dodajte žlicu soli. U trenutku kada plamen postane intenzivno obojen žuta boja, u spektroskopu će biti moguće promatrati emisijski spektar ispitivane soli (natrijev klorid), pri čemu će posebno jasno biti vidljiva emisijska linija u žutom području. Isti se pokus može izvesti s kalijevim kloridom, solima bakra, solima volframa i tako dalje. Ovako izgledaju spektri emisije - svijetle linije u određenim područjima tamne pozadine.
• Usmjerite radni prorez spektroskopa prema jakoj žarulji sa žarnom niti. Stavite prozirnu epruvetu napunjenu ugljikovim dioksidom tako da pokrije radni prorez spektroskopa. Kroz okular se može promatrati kontinuirani spektar ispresijecan tamnim okomitim linijama. To je takozvani apsorpcijski spektar, u ovom slučaju ugljičnog dioksida.
• Usmjerite radni prorez spektroskopa prema uključenoj “štedljivoj” žarulji. Umjesto uobičajenog kontinuiranog spektra, vidjet ćete niz okomitih linija smještenih u različitim dijelovima i uglavnom različitih boja. Iz ovoga možemo zaključiti da je spektar emisije takve žarulje vrlo različit od spektra konvencionalne žarulje sa žarnom niti, što je neprimjetno oku, ali utječe na proces fotografiranja.

Vrsta spektra luminoznih plinova ovisi o kemijske prirode plin

Spektar emisije

Pitanje 5. Emisijski spektri. Apsorpcijski spektri

Pitanje 4: Primjena varijance

Fenomen disperzije je temelj dizajna prizmatičkih spektralnih instrumenata: spektroskopa i spektrografa, koji se koriste za dobivanje i promatranje spektra. Put zraka u najjednostavnijem spektrografu prikazan je na sl. 4.

Prorez osvijetljen izvorom svjetlosti, smješten u žarištu kolimatorske leće, šalje ovoj leći snop divergentnih zraka koje leća (kolimatorska leća) pretvara u snop paralelnih zraka.

Te paralelne zrake, lomljene u prizmi, dijele se u zrake svjetlosti različitih boja (tj. različitih), koje leća kamere (foto-objektiv) skuplja u svojoj žarišnoj ravnini i umjesto jedne slike proreza stvara čitav niz. slika se dobiva. Svaka frekvencija ima svoju sliku. Kombinacija ovih slika predstavlja spektar. Spektar se može promatrati kroz okular koji se koristi kao povećalo. Takav uređaj se zove spektroskop. Ako trebate snimiti fotografiju spektra, tada se fotografska ploča postavlja u žarišnu ravninu objektiva fotoaparata. Uređaj za fotografiranje spektra naziva se spektrograf.

Ako svjetlo od užarenog čvrsta proći kroz prizmu, pa na ekranu iza prizme dobijemo kontinuirani kontinuirani emisioni spektar.

Ako je izvor svjetlosti plin ili para, tada je uzorak spektra značajno mijenja. Uočena je zbirka svijetlih linija odvojenih tamnim razmacima. Takvi se spektri nazivaju vladao. Primjeri linijskih spektara su spektri natrija, vodika i helija.

Svaki plin ili para proizvodi svoj karakteristični spektar. Stoga nam spektar svjetlećeg plina omogućuje da izvučemo zaključak o njegovom kemijski sastav. Ako je izvor zračenja molekule materije, tada se opaža prugasti spektar.

Sve tri vrste spektra - kontinuirani, linijski i prugasti - su spektri emisije.

Osim emisijskih spektara postoje apsorpcijski spektri, koji se dobivaju na sljedeći način.

Bijelo svjetlo iz izvora prolazi kroz paru tvari koja se proučava i usmjerava na spektroskop ili drugi uređaj dizajniran za proučavanje spektra.

U ovom slučaju, tamne linije raspoređene određenim redoslijedom vidljive su na pozadini kontinuiranog spektra. Njihov broj i raspored omogućuju procjenu sastava tvari koja se proučava.

Na primjer, ako je natrijeva para na putu zraka, na kontinuiranom spektru pojavljuje se tamna vrpca na mjestu u spektru gdje bi se trebala nalaziti žuta linija spektra emisije natrijeve pare.

Fenomen koji se razmatra objasnio je Kirchhoff, koji je pokazao da atomi danog elementa apsorbiraju isti svjetlosni valovi, koje sami emitiraju.

Za objašnjenje nastanka spektra potrebno je poznavati strukturu atoma. O ovim temama će se raspravljati u daljnjim predavanjima.

Književnost:

1. I.I. Narkevich et al., Minsk: Izdavačka kuća “New Knowledge LLC”, 2004.

2. R.I.Grabovski. Tečaj fizike - M. - Izdavačka kuća Lan, 2006.

3. V.F.Dmitrieva. Fizika.- M.: Izdavačka kuća “ postdiplomske studije”, 2001.

4. A.N.Remizov. Tečaj fizike, elektronike i kibernetike: Izdavačka kuća "Viša škola", 1982

5. L.A. Aksenovich, N.N Rakina. Fizika - Minsk: Izdavačka kuća “Design PRO”, 2001.