Лабораторная работа № 11.
Виды спектров
В современное время спектральный анализ проводится с помощью специальных приборов по фотографиям или компьютерным изображениям.
В данной лабораторной мы воспользуемся фотографиями спектров различных источников света.
Целью работы является наблюдение сплошного спектра излучения электрической лампы и линейчатых спектров излучения ионизированных газов, спектра поглощения раствора
Оборудование: спектроскоп прямого зрения или спектроскоп двухтрубный, набор спектральных трубок, выпрямитель, лампа накаливания на подставке, ртутная лампа, оптическая скамья, набор цветных карандашей, таблицы со спектрами излучения газов.
Теория работы:
Явление дисперсии света, открытое И. Ньютоном, позволяет наблюдать сложный состав света. Дисперсия света представляет собой явление зависимости абсолютного значения коэффициента преломления вещества от частоты (длины волны) света.
Опыт И.Ньютона иллюстрирует как разлагается белый свет из-за дисперсии при прохождении через призму. Ученый наблюдал разложение света в дисперсионный (призматический) спектр. Таким образом, призма может служить инструментом. который позволяет определить спектральный состав света.
Разложение света в спектр можно получить с помощью дифракционной решетки. Его вид отличается от спектра, полученного от стеклянной призмы.
Спектр — это совокупность цветовых полос, получающихся при прохождении светового луча через преломляющую среду. Различают спектры испускания (это спектр, получаемый при разложении света, излученного самосветящимися телами) и спектр поглощения, который получают, пропуская свет от источника со сплошным спектром, через вещество, атомы и молекулы которого находятся в невозбужденном состоянии.
Спектры испускания разделяют на три сильно отличающихся друг от друга типа (непрерывные, линейчатые, полосатые), которые определяются состоянием светящегося объекта.
Сплошные или непрерывные спектры, которые излучаются раскаленными твердыми и жидкими веществами, а также газами под большим давлением.
Мы видим основные цвета полученного сплошного спектра в следующем порядке: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный. Данный спектр непрерывен. Это означает, что в спектре представлены волны всех длин. Таким образом, мы выяснили, что сплошные спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы.
Линейчатые спектры, которые получают от светящихся атомарных газов.
Линейчатые спектры ртути, водорода и гелия и других газов получают, рассматривая светящиеся спектральные трубки сквозь грани стеклянной пластины.
Мы видим множество цветных линий, разделенных широкими темными полосами. Наличие линейчатого спектра означает, что вещество излучает свет только вполне определенной длины волны.
Водородный спектр: фиолетовый, голубой, зеленый, оранжевый.
Наиболее яркой является оранжевая линия спектра.
Спектр гелия: голубой, зеленый, желтый, красный.
Наиболее яркой является желтая линия.
Спектр ртути:
Наиболее характерна двойная желтая линия
Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном состоянии. В этом случае свет излучают атомы, которые практически не взаимодействуют друг с другом. Изолированные атомы излучают строго определенные длины волн.
П олосатые спектры излучаются молекулярным газом.
Атомы испускают свет, переходя из возбужденного состояния в основное. Однако вещество может не только испускать, но и поглощать свет. Атом, поглотивший свет, совершает обратный процесс – преобразуется из основного состояния в возбужденное.
Вновь рассмотрим разреженный атомарный газ, но уже в холодном состоянии (то есть при довольно низкой температуре). Свечения газа происходить не будет, поскольку холодный газ не излучает свет, атомов в возбужденном состоянии оказывается для этого очень мало.
Если сквозь холодный газ проходит свет с непрерывным спектром, тогда появляется картина, как на рисунке 33. На фоне непрерывного спектра ниспадающего света возникают темные линии, образующие так называемый спектр поглощения.
Рисунок 33. Линейчатый спектр поглощения