Свет - это электромагнитные волны с длиной волны 4*10-7 м и 8*10-7 м. Электромагнитные волны излучаются при условии ускоренного движения частиц. Эти заряженные частицы входят в состав атомов, из которых состоит вещество. Внутри атома нет света. Для того чтобы атом начал излучать, ему необходимо передать энергию. Излучая, атом теряет полученную энергию и для свечения вещества необходим приток энергии к атомам извне.
Тепловое излучение
При столкновении быстрых атомов (или молекул) друг с другом часть их кинетической энергии превращается в энергию возбуждения атомов, которые затем излучают свет (Солнце, лампа накаливания, пламя и др.).
Электролюминесценция
При разряде в газе электрическое поле увеличивает Ек электронов. Быстрые электроны возбуждают атомы в результате неупругого соударения с ними. Возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн (трубки для рекламных надписей, северное сияние и другие).
Катодолюминесценция
Свечение твердых тел, вызванное бомбардировкой этих тел электронами (электронно-лучевые трубки телевизоров).
Хемилюминесценция
Электроны возбуждаются от химических реакций (светлячки и другие живые организмы, бактерии, насекомые, многие рыбы).
Фотолюминесценция
Падающий на вещество свет возбуждает атомы вещества, после чего они излучают свет (светящиеся краски).
Зависимость излучения накаленных тел от температуры Излучение накаленных тел очень сильно зависит от температуры. С повышением температуры общее количество излучаемой энергии заметно увеличивается, но наиболее быстро нарастает интенсивность видимых лучей.
Слово «спектр» в физику ввел Ньютон, использовавший его в своих научных трудах. В переводе с классической латыни слово «спектр» озирает «двух», «приведение», что довольно точно отражает суть явлен!» - возникновение праздничной радуги при прохождении бесцветного солнечного света через прозрачную призму.
Та энергия, которую несет с собой свет от источника, определенным образом распределена по волнам всех длин, входящим в состав светового пучка. Важнейшая характеристика излучения – распределение его по частотам или длинам волн. Это распределение характеризуется спектральной плотностью интенсивности излучения.
Кривая зависимости спектральной
плотности интенсивности излучения
от частоты в видимой части спектра
электрической дуги.
Типы спектров
Спектры испускания
Совокупность частот (или длин волн), которые содержатся в излучении какого-либо» вещества, называют спектром испускания. Они бывают трех видов.
Сплошной - это спектр, содержащий все длины волны определенного диапазона от красного с ук = 7,6-10”7 и до фиолетового у =410-7 м. Сплошной спектр излучают нагретые твердые и жидкие вещества, газы, нагретые под большим давлением.
Линейчатый - это спектр, испускаемый газами, парами малой плотности в атомарном состоянии. Состоит из отдельных линий разного или одного цвета, имеющих разные расположения. Каждый атом излучает набор электромагнитных волн определенных частот. Поэтому каждый химический элемент имеет свой спектр.
Полосатый - это спектр, который испускается газом в молекулярном состоянии.
Линейчатые и полосатые спектры можно получить путем нагрева вещества или пропускания электрического тока.
Спектры поглощения
Спектры поглощения получают, пропуская свет от источника, дающего сплошной спектр, через вещество, атомы которого находятся в невозбужденном состоянии.
Спектр поглощения - это совокупность частот, поглощаемых данным веществом. Согласно закону Кирхгофа, вещество поглощает те линии спектра, которые и испускает, являясь источником света.
Спектры испускания:
1- сплошной;
2- натрия;
3- водорода;
4- гелия.
Спектры поглощения:
5- солнечный;
6- натрия;
7- водорода;
8- гелия.
Открытие спектрального анализа вызвало живой интерес даже у публики, далекой от науки, что по тем временам случалось весьма не часто. Как всегда в таких случаях, досужие любители отыскали множество других ученых, которые якобы все сделали задолго до Кирхгофа и Бунзена.
Они впервые отчетливо уяснили себе (и убедили в этом других), что спектральные линии - это характеристика атомов вещества.
После открытия Кирхгофа и Бунзена 18 августа 1868 г. французский астроном Пьер-Жюль-Сезар Жансен (1824-1907) во время солнечного затмения в Индии наблюдал в спектре солнечной короны желтую линию неизвестной природы. Два месяца спустя английский физик Джозеф Норманн Локьер (1836-1920) научился наблюдать корону Солнца не дожидаясь солнечных затмений и при этом обнаружил в ее спектре ту же желтую линию. Неизвестный элемент, который его испускал, он назвал гелием, т. е. солнечным элементом.
Оба ученых написали о своем открытии письма во Французскую академию наук, оба письма пришли одновременно и были зачитаны на заседании Академии 26 октября 1868 г. Такое совпадение поразило академиков, и они решили в честь этого события выбить памятную золотую медаль - с одной стороны профиль Жансена и Локьера, с другой - бог Апполон на колеснице и надпись: «Анализ солнечных протуберанцев».
На Земле гелий был открыт в 1895 г. Уильямом Рамзаем в минералах тория.
Исследования спектров испускания и поглощения позволяет установить качественный состав вещества. Количественное содержание элемента в соединении определяется путем измерения яркости спектральных линий.
Метод определения качественного и количественного состава вещества по его спектру называется спектральным анализом. Атомы любого химического элемента дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов: они способны излучать строго определенный набор длин волн.
Зная длины волн, испускаемых различными парами, можно установить наличие тех или иных элементов вещества. Этот метод очень чувствительный. Спектральный анализ сыграл большую роль в науке. Сего помощью был изучен состав звезд.
Благодаря сравнительной простоте и универсальности, спектральный анализ является основным методом контроля состава вещества в металлургии и машиностроении. С помощью спектрального анализа определяют химический состав руд и минералов. Спектральный анализ можно проводить как по спектрам поглощения, так и по спектрам испускания. Состав сложных смесей анализируется по Молекулярному спектру.
Домашнее задание:
1. Составить опорный конспект
2. Ответьте на вопросы устно:
· В чем проявляется тепловое действие света?
· Что называется люминесценцией?
· Линейчатые спектры излучения дают возбужденные атомы, которые не взаимодействуют между собой. Какие тела имеют линейчатый спектр излучения? Какой спектр дают раскаленные добела металлы, расплавленный металл?
· Какой спектр можно наблюдать с помощью спектроскопа от раскаленной спирали электрической лампы?
· В какой агрегатном состоянии в лабораториях спектрального анализа исследуют любое вещество для определения его элементарного состава?
· Почему в спектре поглощения одного и того же химического элемента темные линии точно расположены в местах цветных линий линейчатого спектра излучения?
· Что определяется по линиям поглощения солнечного спектра?