- Handledning
Vänner, fredagskvällen närmar sig, det här är en underbar intim tid när ni under täckmantel av en lockande skymning kan ta fram spektrometern och mäta spektrumet av en glödlampa hela natten, tills de första strålarna från den uppgående solen, och när solen går upp, mät dess spektrum.
Hur kommer det sig att du fortfarande inte har din egen spektrometer? Det spelar ingen roll, låt oss gå under skärpan och rätta till detta missförstånd.
Uppmärksamhet! Den här artikeln låtsas inte vara en fullfjädrad handledning, men kanske inom 20 minuter efter att du har läst den kommer du att ha sönderdelat ditt första strålningsspektrum.
Man och spektroskop
Jag ska berätta i den ordning jag själv gick igenom alla stadier, man kan säga från sämst till bäst. Om någon omedelbart fokuserar på ett mer eller mindre allvarligt resultat, kan hälften av artikeln säkert hoppa över. Tja, människor med krokiga händer (som jag) och helt enkelt nyfikna kommer att vara intresserade av att läsa om mina prövningar redan från början.Går på Internet tillräcklig mängd material om hur man monterar en spektrometer/spektroskop med egna händer från skrotmaterial.
För att skaffa ett spektroskop hemma behöver du i det enklaste fallet inte mycket alls - en CD/DVD-blankett och en låda.
Mina första experiment med att studera spektrumet var inspirerade av detta material - Spektroskopi
Faktiskt, tack vare författarens arbete, satte jag ihop mitt första spektroskop från ett transmissionsdiffraktionsgitter på en DVD-skiva och en telåda av kartong, och ännu tidigare räckte det med en tjock kartongbit med en skåra och ett transmissionsgitter från en DVD-skiva för mig.
Jag kan inte säga att resultaten var fantastiska, men det var fullt möjligt att få de första fotografierna av processen som mirakulöst sparades under spoilern
Foton av spektroskop och spektrum
Det allra första alternativet med en bit kartong 
Andra alternativet med en telåda 
Och det fångade spektrumet
Det enda för min bekvämlighet ändrade han denna design USB videokamera, det blev så här:
foto av spektrometern
Jag ska genast säga att den här modifieringen räddade mig från att behöva använda kameran mobiltelefon, men det fanns en nackdel: kameran kunde inte kalibreras till inställningarna för Spectral Workbench-tjänsten (vilket kommer att diskuteras nedan). Därför kunde jag inte fånga spektrumet i realtid, men det var fullt möjligt att känna igen redan insamlade fotografier.
Så låt oss säga att du köpte eller monterade ett spektroskop enligt instruktionerna ovan.
Efter detta, skapa ett konto i PublicLab.org-projektet och gå till SpectralWorkbench.org-tjänstsidan. Därefter kommer jag att beskriva spektrumigenkänningstekniken som jag själv använde.
Först måste vi kalibrera vår spektrometer För att göra detta måste du få en ögonblicksbild av spektrumet av en lysrörslampa, helst en stor taklampa, men en energibesparande lampa duger också.
1) Klicka på knappen Fånga spektra
2) Ladda upp bild
3) Fyll i fälten, välj filen, välj ny kalibrering, välj enheten (du kan välja ett minispektroskop eller bara anpassat), välj om ditt spektrum är vertikalt eller horisontellt, så att det är tydligt att spektrat i skärmdumpen av det tidigare programmet är horisontella
4) Ett fönster med grafer öppnas.
5) Kontrollera hur ditt spektrum roteras. Det ska finnas ett blått område till vänster, rött till höger. Om så inte är fallet, välj de fler verktygen – vänd horisontellt knappen, varefter vi ser att bilden har roterats men grafen har inte, så klicka på fler verktyg – extrahera om från foto, alla toppar motsvarar återigen verkliga toppar.
6) Tryck på knappen Kalibrera, tryck på start, välj den blå toppen direkt på grafen (se skärmdump), tryck på LMB och popup-fönstret öppnas igen, nu behöver vi trycka på avsluta och välja den yttersta gröna toppen, varefter sidan kommer att uppdateras och vi kommer att få en kalibrerad våglängdsbild.
Nu kan du fylla i andra spektra som studeras när du begär kalibrering, du måste ange grafen som vi redan har kalibrerat tidigare.
Skärmdump
Typ av konfigurerat program 
Uppmärksamhet! Kalibrering förutsätter att du sedan tar fotografier med samma enhet som du kalibrerade, om du ändrar upplösningen på bilderna i bilden kan en kraftig förskjutning i spektrumet i det kalibrerade exemplet förvränga mätresultaten.
Ärligt talat så redigerade jag mina bilder lite i editorn. Om det fanns ljus någonstans, mörkade jag omgivningen, roterade ibland spektrumet lite för att få en rektangulär bild, men återigen är det bättre att inte ändra filstorleken och platsen i förhållande till mitten av bilden av själva spektrumet. .
Jag föreslår att du själv räknar ut de återstående funktionerna som makron, automatisk eller manuell ljusstyrka, de är inte så kritiska.
Det är sedan bekvämt att överföra de resulterande graferna till CSV, där det första talet kommer att vara en bråkdel (förmodligen bråkdel) våglängd, och separerad med ett kommatecken kommer att vara det relativa medelvärdet för strålningsintensiteten. De erhållna värdena ser vackra ut i form av grafer, byggda till exempel i Scilab
SpectralWorkbench.org har appar för smartphones. Jag använde dem inte. så jag kan inte betygsätta det.
Ha en färgsprakande dag i regnbågens alla färger, vänner.
SPREDNING AV LJUS
Ta tre vykort och använd en sax för att skära ett hål i storleken av en slant i mitten av varje kort. Gör ett stativ för varje kort av klumpar av plasticine och stick dem på bordet i en linje så att hålen är i en rak linje.
Lys med en ficklampa i hålet på kortet som är längst bort från dig och titta genom hålet på det närmaste kortet.
Vad ser du? Hur är det med vägen som ljuset tar från en ficklampa till ditt öga?
Flytta mittkortet ett par centimeter åt sidan så att det nu blockerar ljusets väg. Vad ser du nu? Vad hände med ljuset? Kan du se några spår av ljus på kortet som dras tillbaka?
Ljus färdas i en rak linje. När alla tre hålen är på samma linje sprids ljuset från ficklampan längs denna linje och träffar dina ögon;
När det mittersta kortet flyttas, dyker ett hinder upp i ljusets väg, och ljuset kan inte gå runt det, eftersom det färdas i en rak linje. Kortet hindrar det från att gå hela vägen till ditt öga.
ERHÅLLA SPEKTRUM
Det finns faktiskt mer i färgen vit än vad man ser. Det är en blandning av alla regnbågens färger - röd, orange, gul, grön, blå, indigo och violett. Dessa färger utgör det som kallas det synliga spektrumet. Det finns flera sätt att separera vitt ljus i dess komponenter. Här är en av dem.
Fyll en skål med vatten och ställ den på en väl upplyst yta. Placera en spegel inuti och luta den så att den vilar på en av kyvettens sidor.
Titta på reflektionen som spegeln kastar på en närliggande yta. Vad ser du? För att göra bilden tydligare, placera ett ark vitt papper på den plats där reflektionen gjuts.
Ljus färdas i vågor. Liksom havsvågor har de toppar som kallas maxima och dalar som kallas minima. Avståndet från ett maximum till ett annat kallas våglängden.
En stråle av vitt ljus innehåller ljusstrålar med olika våglängder. Varje våglängd motsvarar en specifik färg. V röd har de längsta våglängderna. Därefter kommer orange, sedan gul, grön, blå och blå. Violett har de kortaste våglängderna.
När vitt ljus reflekteras i en spegel genom vatten bryts det ner i dess beståndsdelar. De divergerar och bildar ett mönster av parallella färgränder som kallas ett spektrum.
Och titta på ytan på CD:n. Var kom regnbågen härifrån?
SPEKTRUM PÅ TAKET
Fyll glaset till en tredjedel med vatten. Lägg böckerna i en hög på en slät yta. Stapeln ska vara något högre än längden på ficklampan.
Placera glaset ovanpå en hög med böcker så att en del av det sträcker sig något utanför bokens kant och hänger i luften, men glaset faller inte.
Placera ficklampan under den hängande delen av glaset nästan vertikalt, och fäst den i detta läge med en bit plasticine så att den inte glider. Slå på ficklampan och släck lampan i rummet.
Titta i taket. Vad ser du?
Upprepa experimentet, men fyll nu glaset till två tredjedelar. Hur har regnbågen förändrats?
Strålen från en ficklampa faller på ett glas fyllt med vatten i en liten vinkel. Som ett resultat bryts vitt ljus ner till dess beståndsdelar. Färger som gränsar till varandra fortsätter sin väg längs divergerande banor och, så småningom, i taket, ger ett så underbart spektrum.
1.Hur ser ett kontinuerligt spektrum ut? Vilka kroppar producerar ett kontinuerligt spektrum? Ge exempel.
Ett kontinuerligt spektrum är en remsa som består av alla regnbågens färger, som smidigt övergår till varandra.
Ett kontinuerligt spektrum erhålls från ljuset från fasta och flytande kroppar (glödtråden i en elektrisk lampa, smält metall, en ljusflamma), med en temperatur på flera tusen grader Celsius. Det produceras också av lysande gaser och ångor vid högt tryck.
2. Hur de ser ut linjespektra? Vilka ljuskällor producerar linjespektra?
Linjespektra består av individuella linjer med specifika färger.
Linjespektra är karakteristiska för lysande gaser med låg densitet.
3. Hur kan ett linjeemissionsspektrum av natrium erhållas?
För att göra detta måste du passera ljus från en glödlampa genom ett kärl med natriumånga. Som ett resultat kommer smala svarta linjer att dyka upp i det kontinuerliga ljusspektrumet från en glödlampa, på den plats där de gula linjerna finns i natriumemissionsspektrat.
4. Beskriv mekanismen för att erhålla linjeabsorptionsspektra.
Linjeabsorptionsspektra erhålls genom att leda ljus från en ljusare och varmare källa genom gaser med låg densitet.
5. Vad är kärnan i Kirchhoffs lag angående linjeemission och absorptionsspektra?
Kirchoffs lag säger att atomer av ett givet grundämne absorberar och emitterar ljusvågor vid samma frekvenser.
6. Vad är spektralanalys och hur utförs den?
Metoden för att bestämma den kemiska sammansättningen av ett ämne från dess linjespektrum kallas spektralanalys.
Ämnet som studeras i form av ett pulver eller aerosol placeras i en högtemperaturljuskälla - en låga eller en elektrisk urladdning, på grund av vilken det blir en atomgas och dess atomer exciteras, som avger eller absorberar elektromagnetisk strålning i ett strikt definierat frekvensområde. Fotografiet av spektrat av atomer som erhållits med hjälp av en spektrograf analyseras sedan.
Genom placeringen av linjerna i spektrumet vet de vilka grundämnen ett givet ämne består av.
Genom att jämföra de relativa intensiteterna för spektrumlinjerna uppskattas det kvantitativa innehållet av element.
7. Förklara tillämpningen av spektralanalys.
Spektralanalys används inom metallurgi, maskinteknik, kärnkraftsindustrin, geologi, arkeologi, kriminalteknik och andra områden. Användningen av spektralanalys inom astronomi är särskilt intressant den används för att bestämma den kemiska sammansättningen av stjärnor och planetariska atmosfärer, och deras temperatur. Baserat på skiftningarna av galaxernas spektrallinjer lärde de sig att bestämma sin hastighet.
Ordet "spektrum" användes av den store engelske vetenskapsmannen Isaac Newton för att beteckna det mångfärgade bandet som erhålls när en solstråle passerar genom ett triangulärt prisma. Det här bandet är väldigt likt en regnbåge, och det är detta band som oftast kallas spektrumet i vardagen. Samtidigt har varje ämne sitt eget emissions- eller absorptionsspektrum, och de kan observeras om flera experiment utförs. Ämnes egenskaper för att producera olika spektra används i stor utsträckning inom olika verksamhetsområden. Till exempel är spektralanalys en av de mest exakta kriminaltekniska metoderna. Mycket ofta används denna metod inom medicin.
Du kommer att behöva
- - spektroskop;
- - gasbrännare;
- - en liten sked av keramik eller porslin;
- - rent bordssalt;
- - ett genomskinligt provrör fyllt med koldioxid;
- - kraftfull glödlampa;
- - kraftfull "ekonomisk" gaslampa.
Instruktioner
- För ett diffraktionsspektroskop, ta en CD, en liten kartong eller ett kartongtermometerfodral. Skär en bit skiva till lådans storlek. På lådans övre plan, bredvid dess korta vägg, placera okularet i en vinkel på cirka 135° mot ytan. Okularet är en del av ett termometerfodral. Välj platsen för gapet experimentellt, växelvis genomborra och täta hål på en annan kort vägg.
- Placera en kraftfull glödlampa mittemot spektroskopets slits. I spektroskopokularet kommer du att se ett kontinuerligt spektrum. En sådan spektral sammansättning av strålning existerar för alla uppvärmda föremål. Det finns inga emissions- eller absorptionslinjer. I naturen är detta spektrum känt som en regnbåge.
- Lägg salt i en liten keramik- eller porslinssked. Rikta spektroskopslitsen mot ett mörkt, icke-ljusande område ovanför den ljusa brännarens låga. Tillsätt en sked salt i lågan. I det ögonblick då lågan blir intensivt färgad gul, i spektroskopet kommer det att vara möjligt att observera emissionsspektrumet för saltet som studeras (natriumklorid), där emissionslinjen i det gula området kommer att vara särskilt tydligt synlig. Samma experiment kan utföras med kaliumklorid, kopparsalter, volframsalter och så vidare. Så här ser emissionsspektra ut - ljusa linjer i vissa områden på en mörk bakgrund.
- Rikta spektroskopets arbetsspringa mot en ljus glödlampa. Placera ett genomskinligt provrör fyllt med koldioxid så att det täcker spektroskopets arbetsslits. Genom okularet kan ett kontinuerligt spektrum observeras, skärs av mörka vertikala linjer. Detta är det så kallade absorptionsspektrumet, i det här fallet koldioxid.
- Rikta spektroskopets arbetsslits mot den påslagna "ekonomiska" lampan. Istället för det vanliga kontinuerliga spektrumet kommer du att se en uppsättning vertikala linjer placerade i olika delar och har mestadels olika färger. Av detta kan vi dra slutsatsen att emissionsspektrumet för en sådan lampa skiljer sig mycket från spektrumet för en konventionell glödlampa, som är omärklig för ögat, men påverkar fotograferingsprocessen.
Typen av spektra av lysande gaser beror på kemisk natur gas
Emissionsspektrum
Fråga 5. Emissionsspektra. Absorptionsspektra
Fråga 4: Tillämpning av varians
Dispersionsfenomenet ligger till grund för designen av prismaspektralinstrument: spektroskop och spektrografer, som används för att erhålla och observera spektra. Strålarnas väg i den enklaste spektrografen visas i fig. 4.
En slits upplyst av en ljuskälla, placerad i fokus för en kollimatorlins, skickar en stråle av divergerande strålar till denna lins, som linsen (kollimatorlinsen) förvandlar till en stråle av parallella strålar.
Dessa parallella strålar, bryts i ett prisma, delas upp i ljusstrålar av olika färger (dvs olika), som samlas upp av en kameralins (kameralins) i dess fokalplan och istället för en bild av slitsen, en hel serie av bilder erhålls. Varje frekvens har sin egen bild. Kombinationen av dessa bilder representerar spektrumet. Spektrum kan observeras genom ett okular som används som förstoringsglas. En sådan anordning kallas spektroskop. Om du behöver ta ett fotografi av ett spektrum, placeras den fotografiska plattan i kameralinsens fokalplan. En anordning för att fotografera ett spektrum kallas spektrograf.
Om ljuset från det glödheta fast passera genom ett prisma, sedan på skärmen bakom prismat får vi kontinuerligt kontinuerligt utsläppsspektrum.
Om ljuskällan är gas eller ånga, då spektrummönstret förändras avsevärt. En samling ljusa linjer separerade av mörka utrymmen observeras. Sådana spektra kallas styrde. Exempel på linjespektra är spektra av natrium, väte och helium.
Varje gas eller ånga producerar sitt eget karakteristiska spektrum. Därför tillåter spektrumet av den lysande gasen oss att dra en slutsats om dess kemisk sammansättning. Om strålkällan är materiamolekyler, då observeras ett randigt spektrum.
Alla tre typerna av spektra - kontinuerliga, linje och randiga - är spektra utsläpp.
Förutom emissionsspektra finns det absorptionsspektra, som erhålls enligt följande.
Vitt ljus från källan leds genom ångan av ämnet som studeras och riktas till ett spektroskop eller annan anordning utformad för att studera spektrumet.
I detta fall är mörka linjer arrangerade i en viss ordning synliga mot bakgrunden av ett kontinuerligt spektrum. Deras antal och arrangemang gör det möjligt att bedöma sammansättningen av ämnet som studeras.
Till exempel, om natriumånga är i strålarnas väg, uppträder ett mörkt band på det kontinuerliga spektrumet på den plats i spektrumet där den gula linjen i natriumångemissionsspektrat skulle ha varit placerad.
Fenomenet under övervägande förklarades av Kirchhoff, som visade att atomerna i ett givet grundämne absorberar samma ljusvågor som de själva avger.
För att förklara spektrats ursprung är det nödvändigt att känna till atomens struktur. Dessa frågor kommer att diskuteras i ytterligare föreläsningar.
Litteratur:
1. I.I. Narkevich et al. - Minsk: Publishing House, 2004.
2. R.I. Grabovsky. Fysikkurs - St. Petersburg - M. - Krasnodar: Lan Publishing House, 2006.
3. V.F.Dmitrieva. Fysik.- M.: Förlag “ forskarskola”, 2001.
4. A.N.Remizov. Kurs i fysik, elektronik och cybernetik - M.: Förlag "Higher School", 1982
5. L.A. Aksenovich, N.N. Fysik. - Minsk: Publishing House "Design PRO", 2001.
