АСТРОНОМИЯ, 11 класс
Тема урока: СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ. ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА. ЗАКОН СМЕЩЕНИЯ ВИНА. ЗАКОН СТЕФАНА-БОЛЬЦМАНА
Присылаем фото в контакте или на мою почту: garmatenko_marina_22@mail.ru. Задание прислать до пятницы, 04.02.2022.
ПРОРАБОТАТЬ ПРЕДЛОЖЕННЫЙ МАТЕРИАЛ, КРАТКИЙ КОНСПЕКТ.
Спектр. Спектрограф. Спектрограмма
Спектр - полученная в результате преломления пучка света через трёхгранную стеклянную призму на экране цветная полоска, состоящая из семи основных цветов, переходящих один в другой.
Спектрограф – спектральный оптический прибор, используемый для получения и регистрации спектров небесных тел.
Спектрограмма — фотографический снимок спектра небесного тела или график зависимости интенсивного изучения в зависимости от длины волны или частоты.
Организуется парная и бригадная работа учащихся с новой учебной информацией с помощью методического приема «Океан информации».
Спектр испускания. Сплошной спектр. Полосатый спектр. Линейчатый спектр
Спектр излучения (испускания) — это электромагнитное излучение всякого нагретого тела, наблюдаемое с помощью спектральных приборов. Любое светящееся тело создаёт спектр испускания.
Спектры бывают сплошные (непрерывные), линейчатые и полосатые.
Сплошной спектр имеет вид непрерывной полосы, цвета которой постепенно переходят один в другой. Непрерывный (сплошной) спектр испускают все твёрдые тела, расплавленные металлы, светящиеся газы и пары, находящиеся под очень большим давлением. Такой спектр можно получить от дугового фонаря и горящей свечи.
Линейчатый спектр образуется при нахождении газа в атомарном состоянии и когда его давление мало отличается от нормального. Он состоит из отдельных резких цветных линий, разделённых тёмными промежутками.
|
|
Каждый химический элемент в состоянии раскалённого газа, состоящего из атомов, испускает присущий только ему одному линейчатый спектр с характерными цветными линиями, всегда расположенными на определённом месте.
Полосатый спектр (молекулярный) – состоит их отдельных линий, сливающихся в полосы, разделённые тёмными промежутками. Такой спектр испускают молекулы газов и паров.
Спектр поглощения. Спектральный анализ.
Сплошной спектр, пересечённый тёмными линиями или полосами в результате прохождения белого света через раскалённые газы или пары, называется спектром поглощения.
Спектр поглощения — спектр, получающийся при прохождении и поглощении электромагнитного излучения в веществе.
Расположение тёмных линий поглощения в точности соответствует расположению цветных линий испускания.
Спектральный анализ — метод исследования химического состава и физических характеристик небесных объектов, основанный на изучении их спектров.
Спектральными линиями называют узкие участки спектра, на которых интенсивность излучения усилена либо ослаблена.
Непрерывный спектр образует фотосфера, спектр поглощения — атмосфера.
Применение спектрального анализа
Наиболее ценные и разнообразные сведения о телах позволяет получить спектральный анализ их излучения. Этим методом можно установить качественный и количественный химический состав светила, его температуру, наличие магнитного поля, скорость движения по лучу зрения и другое.
|
|
Спектральный анализ, основан на явлении дисперсии света. Если узкий пучок белого света пустить на боковую грань трехгранной призмы, то, преломляясь в стекле по-разному, составляющие его лучи дадут на экране радужную полоску, называемую спектром. В спектре все цвета расположены всегда в определенном порядке.
Для получения спектров применяют приборы, называемые спектроскопом и спектрографом. В спектроскоп спектр рассматривают, а спектрографом его фотографируют. Фотография спектра называется спектрограммой.
Существуют следующие виды спектров земных источников и небесных тел.
Сплошной, или непрерывный, спектр в виде радужной полоски дают непрозрачные раскаленные тела (уголь, нить электролампы) и достаточно протяженные плотные массы газа.
Линейчатый спектр поглощения дают газы и пары, когда за ними находится яркий источник, дающий непрерывный спектр. Спектр поглощения представляет собой непрерывный спектр, перерезанный темными линиями, которые находятся в тех самых местах, где должны быть расположены яркие линии, присущие данному газу.
Изучение спектров позволяет производить анализ химического состава газов, излучающих или поглощающих свет. Количество атомов или молекул, излучающих или поглощающих энергию, определяется по интенсивности линий. Чем заметнее линия данного элемента в спектре излучения или поглощения, тем больше таких атомов (молекул) на пути луча света.
Солнце и звезды окружены газовыми атмосферами. Непрерывный спектр их видимой поверхности перерезан темными линиями поглощения, возникающими при прохождении излучения через атмосферу звезд. Поэтому спектры Солнца и звезд - это спектры поглощения.
|
|
Фраунгоферовы линии
Найти в интернете
Закон смещения Вина
По спектру можно определить и температуру светящегося объекта. Когда тело раскалено докрасна, в его сплошном спектре ярче всего красная часть. При дальнейшем нагревании область наибольшей яркости в спектре смещается в желтую, потом в зеленую часть и т. д. Это явление описывается законом смещения Вина, который показывает зависимость положения максимума в спектре излучения от температуры тела. Зная эту зависимость, можно установить температуру Солнца и звезд.
λмак*Т=b,
где λ — длина волны, которой соответствует максимум в распространении энергии; T — абсолютная температура; b — постоянная Вина.
https://www.youtube.com/watch?v=2YkXdTHkl4U
https://www.youtube.com/watch?v=SYG-hTIs954
Закон смещения Вина записывается в виде формулы:
где буквами обозначены: λ — длина волны, которой соответствует максимум в распространении энергии; T — абсолютная температура; b — постоянная Вина.
Закон Вина можно применять не только для оптического диапазона электромагнитного излучения, но и для любого другого диапазона волн.
Температуру планет и температуру звезд определяют также при помощи специально созданных приемников инфракрасного излучения.
Закон Стефана-Больцмана
Найти в интернете
Эффект Доплера.
https://www.youtube.com/watch?v=A8OWOnz8Ulo
Сущность эффекта: Эффект Доплера легко наблюдать на практике, когда мимо наблюдателя проезжает машина с включённой сиреной. Предположим, сирена выдаёт какой-то определённый тон, и он не меняется. Когда машина не движется относительно наблюдателя, тогда он слышит именно тот тон, который издаёт сирена. Но если машина будет приближаться к наблюдателю, то частота звуковых волн увеличится, и наблюдатель услышит более высокий тон, чем на самом деле издаёт сирена. В тот момент, когда машина будет проезжать мимо наблюдателя, он услышит тот самый тон, который на самом деле издаёт сирена. А когда машина проедет дальше и будет уже отдаляться, а не приближаться, то наблюдатель услышит более низкий тон, вследствие меньшей частоты звуковых волн.
Источник, двигаясь к приемнику, как бы сжимает пружину – волну
Скорости движения небесных светил относительно Земли по лучу зрения (лучевые скорости) определяются при помощи спектрального анализа на основании эффекта Доплера: если источник света и наблюдатель сближаются, то длины волн, определяющие положения спектральных линий, укорачиваются, а при их взаимном удалении длины волн увеличиваются. Эта зависимость выражается формулой
где v-лучевая скорость относительного движения с учетом ее знака (минус при сближении), λ0 - длина волны при неподвижном источнике, λ, - длина волны при движении источника и с - скорость света.
При отдалении источника всё темные полосы на спектре его излучения смещаются к красной стороне. Т.е. все длины волн увеличиваются. Точно также при приближении источника они смещаются к фиолетовой стороне. Таким образом эффект Доплера стал отличным дополнением к спектральному анализу.
Мощность излучения абсолютно чёрного тела определяется законом Стефана—Больцмана, который записывается следующим образом:
где буквами обозначены: ε — мощность излучения единицы поверхности нагретого тела; σ — постоянная Стефана—Больцмана; T — абсолютная температура.
При движении источника излучения относительно относительно наблюдателя возникает эффект Доплера. Сущность эффекта состоит в следующем: если источник излучения движется по лучу зрения наблюдателя со скоростью v (лучевая скорость), то вместо длины волны λ(0) (её излучает источник) наблюдатель фиксирует длину волны λ.
Лучевой скоростью называют проекцию пространственной скорости небесного объекта на луч зрения (на направление от объекта к наблюдателю).
Лучевая скорость связана со сдвигом спектральных линий формулой
где λ0 — длина волны, которую излучает источник; Δλ — разность между λ и λ0; υr — лучевая скорость; c — скорость света.
- Н. Пришляк - § 6, (стр. 55 (тесты № 1 – 5), ответить письменно на вопросы № 6 - 11: