Сызыктык спектрлер - бул балким 8-класстын физика курсунда оптика бөлүмүндө каралуучу маанилүү темалардын биридир. Бул маанилүү, анткени ал бизге атомдун түзүлүшүн түшүнүүгө, ошондой эле бул билимди Ааламды изилдөө үчүн колдонууга мүмкүндүк берет. Келгиле, бул маселени макалада карап көрөлү.
Электромагниттик спектрлердин түшүнүгү
Биринчиден, макала эмне жөнүндө болорун түшүндүрүп алалы. Биз көргөн күн нурунун электромагниттик толкундар экенин баары билет. Ар кандай толкун эки маанилүү параметр менен мүнөздөлөт - анын узундугу жана жыштыгы (анын үчүнчү, андан кем эмес маанилүү касиети - нурлануунун интенсивдүүлүгүн чагылдырган амплитудасы).
Электромагниттик нурлануу учурунда эки параметр тең төмөнкү теңдемеде байланышкан: λν=c, мында грек тамгалары λ (lambda) жана ν (nu) адатта, тиешелүүлүгүнө жараша толкун узундугун жана анын жыштыгын билдирет, жана с - жарыктын ылдамдыгы. Акыркысы вакуум үчүн туруктуу маани болгондуктан, электромагниттик толкундардын узундугу жана жыштыгы бири-бирине тескери пропорционалдуу.
Физика боюнча электромагниттик спектр кабыл алынаттиешелүү нурлануу булагы чыгарган ар түрдүү толкун узундуктарынын (жыштыктардын) жыйындысын атаңыз. Эгерде зат сиңип, бирок толкундарды чыгарбаса, анда адсорбция же абсорбция спектри жөнүндө сөз болот.
Электромагниттик спектрлер деген эмне?
Жалпысынан аларды классификациялоонун эки критерийи бар:
- Радиация жыштыгы боюнча.
- Жыштык бөлүштүрүү ыкмасына ылайык.
Биз бул макалада классификациянын 1-түрүнө токтолбойбуз. Бул жерде биз гамма нурлануу (>1020 Гц) жана рентген (1018) деп аталган жогорку жыштыктагы электромагниттик толкундар бар экенин кыскача гана айтабыз. -10 19 Hz). Ультрафиолет спектри мурунтан эле төмөнкү жыштыктарга ээ (1015-1017 Hz). Көрүнүп турган же оптикалык спектр 1014 Гц жыштык диапазонунда жатат, ал 400 мкмден 700 мкмге чейинки узундуктардын топтомуна туура келет (айрым адамдар бир аз "кеңирээк" көрө алышат: 380 мкмден 780 мкмге чейин). Төмөнкү жыштыктар инфракызыл же жылуулук спектрине, ошондой эле узундугу бир нече километрге созулган радио толкундарга туура келет.
Кийинки макалада биз жогорудагы тизмеде белгиленген классификациянын 2-түрүнө кененирээк токтолобуз.
Сызыктык жана үзгүлтүксүз эмиссия спектрлери
Кандайдыр бир зат ысытылганда электромагниттик толкундарды чыгарат. Алар кандай жыштыктар жана толкун узундуктары болот? Бул суроонун жообу изилденүүчү заттын топтолуу абалынан көз каранды.
Суюк жана катуу заттар, эреже катары, жыштыктардын үзгүлтүксүз топтомун чыгарышат, башкача айтканда, алардын ортосундагы айырма ушунчалык кичинекей болгондуктан, нурлануунун үзгүлтүксүз спектри жөнүндө сөз кылууга болот. Өз кезегинде, аз басымы бар атомдук газ ысытылганда, ал катуу аныкталган толкун узундуктарын чыгарып, "жаркырап" баштайт. Эгерде акыркылар фотопленкада иштелип чыкса, анда алар ар бири белгилүү бир жыштыкка (толкун узундугуна) жооптуу болгон кууш сызыктар болот. Ошондуктан нурлануунун бул түрү линиялык эмиссия спектри деп аталды.
Сызыктык менен үзгүлтүксүздүн ортосунда спектрдин ортоңку түрү бар, ал адатта атомдук газды эмес, молекуланы чыгарат. Бул түр обочолонгон тилкелер болуп саналат, алардын ар бири майда-чүйдөсүнө чейин каралып, өзүнчө кууш сызыктардан турат.
Сизди жутуу спектри
Мурунку абзацта айтылгандардын баары материянын толкундардын нурлануусуна тиешелүү. Бирок анын сиңирүү жөндөмү да бар. Кадимки экспериментти жүргүзөлү: муздак разряддалган атомдук газды (мисалы, аргон же неон) алалы жана ал аркылуу ысытуу лампасынын ак нуру өтсүн. Андан кийин газ аркылуу өткөн жарык агымын анализдейбиз. Көрсө, бул агым жеке жыштыктарга ажыраса (бул призманын жардамы менен жасалса болот), анда байкалган үзгүлтүксүз спектрде кара тилкелер пайда болот, бул жыштыктар газга сиңип калгандыгын көрсөтөт. Бул учурда, сызыктарды жутуу спектри жөнүндө сөз болот.
XIX кылымдын орто ченинде. Густав деген немис окумуштуусуКирхгоф абдан кызыктуу касиетти ачкан: үзгүлтүксүз спектрде кара сызыктар пайда болгон жерлер берилген заттын нурлануу жыштыгына так дал келерин байкаган. Учурда бул өзгөчөлүк Кирхгофтун мыйзамы деп аталат.
Балмер, Лиман жана Пашен сериялары
19-кылымдын аягынан бери дүйнө жүзүндөгү физиктер нурлануунун сызык спектрлери эмне экенин түшүнүүгө аракет кылышты. Берилген химиялык элементтин ар бир атому кандай гана шартта болбосун бирдей эмиссивдүүлүктү көрсөтө турганы, башкача айтканда, белгилүү бир жыштыктагы электромагниттик толкундарды чыгара тургандыгы аныкталган.
Бул маселенин биринчи деталдуу изилдөөлөрүн швейцариялык физик Бальмер жүргүзгөн. Өзүнүн эксперименттеринде ал жогорку температурага чейин ысытылган суутек газын колдонгон. Суутек атому бардык белгилүү химиялык элементтердин эң жөнөкөйсү болгондуктан, андагы нурлануу спектринин өзгөчөлүктөрүн изилдөө эң оңой. Балмер укмуштуудай жыйынтыкка ээ болду, аны төмөнкү формула катары жазды:
1/λ=RH(1/4-1/n2).
Бул жерде λ - чыгарылган толкундун узундугу, RH - суутек үчүн 1ге барабар болгон кандайдыр бир туруктуу маани, 097107 m -1, n - 3төн башталган бүтүн сан, б.а. 3, 4, 5 ж.б.
Бул формуладан алынган бардык λ узундуктары адамдарга көрүнгөн оптикалык спектрдин ичинде жатат. Суутек үчүн λ маанилеринин бул сериясы спектр деп аталатБалмер.
Кийинчерээк, тиешелүү жабдууларды колдонуу менен америкалык илимпоз Теодор Лиман ультра кызгылт көк суутек спектрин ачып, аны Балмердин формуласына окшош формула менен сүрөттөгөн:
1/λ=RH(1/1-1/n2).
Акыры, дагы бир немис физиги Фридрих Пасен инфракызыл аймактагы суутектин эмиссиясынын формуласын алды:
1/λ=RH(1/9-1/n2).
Бирок, 1920-жылдардагы кванттык механиканын өнүгүшү гана бул формулаларды түшүндүрө алган.
Рутерфорд, Бор жана атом модели
20-кылымдын биринчи он жылдыгында Эрнест Рутерфорд (Жаңы Зеландиядан чыккан британиялык физик) түрдүү химиялык элементтердин радиоактивдүүлүгүн изилдөө үчүн көптөгөн эксперименттерди жүргүзгөн. Бул изилдөөлөр урматында атомдун биринчи модели пайда болду. Резерфорд материянын бул «данын» электрдик оң ядродон жана анын орбиталарында айлануучу терс электрондордон турат деп эсептеген. Кулондук күчтөр атомдун эмне үчүн "бөлүнбөй турганын" түшүндүрөт, ал эми электрондорго таасир этүүчү борбордон четтөөчү күчтөр акыркысынын ядрого түшпөшүнүн себеби болуп саналат.
Бул модельде бирөөдөн башкасынын баары логикалуу окшойт. Чындыгында, ийри сызыктуу траектория боюнча кыймылдаганда ар кандай заряддуу бөлүкчө электромагниттик толкундарды чыгарууга тийиш. Бирок туруктуу атомдо бул эффект байкалбайт. Анда моделдин өзү туура эмес болуп чыктыбы?
Ага керектүү түзөтүүлөр киргизилдидагы бир физик даниялык Нильс Бор. Бул түзөтүүлөр азыр анын постулаттары катары белгилүү. Бор Рутерфорддун моделине эки сунуш киргизген:
- электрондор атомдо стационардык орбиталарда кыймылдашат, ал эми алар фотондорду чыгарбайт жана жутпайт;
- нурлануу процесси (жутуу) электрон бир орбитадан экинчи орбитага өткөндө гана пайда болот.
Стационардык Бор орбиталары деген эмне, биз кийинки абзацта карайбыз.
Энергия деңгээлдерин кванттоо
Бор биринчи жолу айткан атомдогу электрондун стационардык орбиталары бул бөлүкчө-толкундун туруктуу кванттык абалы. Бул мамлекеттер белгилүү бир энергия менен мүнөздөлөт. Акыркысы атомдогу электрондун кандайдыр бир энергетикалык "кудукта" экенин билдирет. Ал сырттан фотон түрүндө кошумча энергия алса, башка "чуңкурга" кире алат.
Формулалары жогоруда келтирилген суутектин сиңирүү жана эмиссия спектрлеринин сызыгында кашаадагы биринчи мүчө 1/m2 формасындагы сан экенин көрө аласыз., мында m=1, 2, 3.. бүтүн сан. Ал электрон жогорку энергетикалык деңгээлден n өтө турган стационардык орбитанын санын чагылдырат.
Көрүнүүчү диапазондогу спектрлерди кантип изилдешет?
Бул үчүн айнек призмалар колдонулат деп жогоруда айтылган. Бул биринчи жолу Исаак Ньютон тарабынан 1666-жылы көзгө көрүнгөн жарыкты асан-үсөн түстөрүнүн жыйындысына ыдыратканда жасалган. Үчүн себепБул эффект сынуу көрсөткүчүнүн толкун узундугуна көз карандылыгында байкалат. Мисалы, көк жарык (кыска толкундар) кызыл жарыкка (узун толкундарга) караганда күчтүүрөөк сынат.
Жалпы жагдайда электромагниттик толкундардын шооласы кандайдыр бир материалдык чөйрөдө кыймылдаганда, бул нурдун жогорку жыштыктагы компоненттери ар дайым төмөн жыштыктарга караганда күчтүүрөөк сынат жана чачырай турганын эске алыңыз. Буга эң сонун мисал - асмандын көк түсү.
Линза оптикасы жана көрүнүүчү спектр
Линзалар менен иштегенде көбүнчө күн нуру колдонулат. Ал үзгүлтүксүз спектр болгондуктан, линзадан өткөндө анын жыштыктары башкача сынат. Натыйжада, оптикалык аппарат бардык жарыкты бир учурда чогулта албайт жана иридесценттик көлөкөлөр пайда болот. Бул эффект хроматикалык аберрация деп аталат.
Линза оптикасынын көрсөтүлгөн көйгөйү жарым-жартылай оптикалык көз айнектердин ылайыктуу аспаптарда (микроскоптор, телескоптор) айкалышы аркылуу чечилет.
