Η εκπομπή και η απορρόφηση του φωτός από άτομα. Η προέλευση των φασμάτων γραμμής

Αυτό το άρθρο παρέχει τις βασικές έννοιες απαραίτητο να κατανοήσουμε πώς η εκπομπή και η απορρόφηση του φωτός από άτομα. Περιγράφεται επίσης η χρήση αυτών των φαινομένων.

Smartphone και τη φυσική

Ο άνθρωπος που γεννήθηκε μετά το 1990, η ζωή του χωρίς μια ποικιλία ηλεκτρονικών συσκευών δεν μπορεί να προσφέρει. Το smartphone αντικαθιστά όχι μόνο το τηλέφωνο, αλλά επίσης καθιστά δυνατή την παρακολούθηση των συναλλαγματικών ισοτιμιών, να συναλλάσσονται, να καλέσει ένα ταξί, ακόμη και αντιστοιχούν με τους αστροναύτες στον ISS, μέσα από την εφαρμογή τους. Αντίστοιχα, και γίνονται αντιληπτές από όλους αυτούς τους ψηφιακούς βοηθούς ως κάτι το αυτονόητο. Η εκπομπή και απορρόφηση του φωτός από άτομα που κάνουν και κατέστησε δυνατή την εποχή της μείωσης όλων των ειδών τις συσκευές, ώστε οι αναγνώστες θα φαίνεται βαρετό θέμα στο μάθημα της φυσικής. Αλλά αυτός ο κλάδος της φυσικής πολλά ενδιαφέροντα και συναρπαστικά.

Θεωρητικό υπόβαθρο για το άνοιγμα των φασμάτων

Υπάρχει μια παροιμία που λέει: «Η περιέργεια πριν από μια πτώση» Αλλά αυτή η έκφραση και όχι στο γεγονός ότι το λάθος σχέση είναι καλύτερα να μην παρέμβει. Αν, όμως, δείχνουν περιέργεια προς τον κόσμο, τίποτα κακό δεν θα συμβεί. Στα τέλη του δέκατου ένατου αιώνα, οι άνθρωποι άρχισαν να κατανοούν τη φύση του μαγνητισμού (η οποία είναι καλά τεκμηριωμένη στο σύστημα των εξισώσεων του Maxwell). Η επόμενη ερώτηση, η οποία θα επιτρέψει στους επιστήμονες, έγινε η δομή της ύλης. Είναι απαραίτητο να διευκρινιστεί άμεσα: για την επιστήμη δεν είναι πολύ πολύτιμη εκπομπή και απορρόφηση του φωτός από άτομα. φάσματα Γραμμή - είναι μια συνέπεια αυτού του φαινομένου και η βάση για τη μελέτη της δομής της ύλης.

δομή του ατόμου

Οι επιστήμονες στην αρχαία Ελλάδα δείχνουν ότι το μάρμαρο αποτελείται από πολλά κομμάτια του αδιαίρετου «άτομα». Και πριν από το τέλος του δέκατου ένατου αιώνα, οι άνθρωποι νόμιζαν ότι ήταν τα μικρότερα σωματίδια της ύλης. Αλλά η εμπειρία του Rutherford για την διασπορά των βαρέων σωματιδίων στο φύλλο χρυσού έχει δείξει ότι το άτομο έχει επίσης μια εσωτερική δομή. Βαριά πυρήνας είναι στο κέντρο και θετικά φορτισμένο, ελαφρύ αρνητικά ηλεκτρόνια περιστρέφονται γύρω από αυτόν.

Παράδοξα των ατόμων μέσα στη θεωρία Maxwell

Τα ευρήματα αυτά έχουν προκαλέσει πολλά παράδοξα: σύμφωνα με τις εξισώσεις του Maxwell, οποιαδήποτε μετακίνηση φορτισμένο σωματίδιο εκπέμπει ένα ηλεκτρομαγνητικό πεδίο, ως εκ τούτου, χάνει ενέργεια. Γιατί, τότε, τα ηλεκτρόνια δεν εμπίπτουν στον πυρήνα, και να συνεχίσει να περιστρέφεται; Επίσης, δεν ήταν σαφές γιατί κάθε άτομο απορροφά ή εκπέμπει φωτόνια του μόνο ένα ορισμένο μήκος κύματος. θεωρία του Bohr έδωσε τη δυνατότητα να θεραπεύσει τα ελαττώματα εισάγοντας τροχιακά. Σύμφωνα με τα δόγματα της θεωρίας αυτής, τα ηλεκτρόνια γύρω από τον πυρήνα μπορεί να είναι μόνο σε αυτά τα τροχιακά. Η μετάβαση μεταξύ των δύο γειτονικών κρατών συνοδεύεται είτε από την εκπομπή ή απορρόφηση ενός φωτονίου με ένα συγκεκριμένο ενέργειας. Η εκπομπή και η απορρόφηση του φωτός από άτομα είναι ακριβώς γι 'αυτό.

μήκος κύματος, η συχνότητα, η ενέργεια

Για μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα θα πρέπει να μιλήσουμε λίγο για φωτόνια. Αυτά είναι στοιχειώδη σωματίδια που δεν έχουν καμία μάζα ηρεμίας. Θα υπάρχουν μόνο εφ 'όσον κινείται μέσω του περιβάλλοντος. Αλλά το βάρος ακόμα: προσκρούει στην επιφάνεια, θα το μεταδώσει μια ώθηση που θα ήταν αδύνατη χωρίς τη μάζα. Απλά πολλά από αυτά μετατρέπεται σε ενέργεια, καθιστώντας την ουσία της οποίας χτυπούν και απορροφώνται, λίγο πιο ζεστά. η θεωρία του Bohr δεν εξηγεί το γεγονός αυτό. Οι ιδιότητες του φωτονίου και τα χαρακτηριστικά της συμπεριφοράς του περιγράφεται από την κβαντική φυσική. Έτσι, το φωτόνιο - τόσο κύμα και σωματίδιο με μάζα. Photon, και σαν ένα κύμα έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά: ένα μήκος (λ), συχνότητα (ν), την ενέργεια (Ε). Όσο μεγαλύτερη είναι η μήκος κύματος τόσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα, και τόσο χαμηλότερη είναι η ενέργεια.

Το φάσμα ενός ατόμου

Η ατομική φάσμα διαμορφώνεται σε διάφορα στάδια.

1. Ηλεκτρονικοί διακόπτες στο άτομο με τροχιακή 2 (υψηλότερης ενέργειας) σχετικά με την τροχιακή 1 (με χαμηλή ενέργεια λιγότερο).
2. Ορισμένη ποσότητα ενέργειας απελευθερώνεται, το οποίο σχηματίζεται σαν ένα κβαντικό φωτός (hν).
3. Αυτό το φωτόνιο εκπέμπεται στον περιβάλλοντα χώρο.

Έτσι λαμβάνεται και άτομο φάσματος γραμμής. Γιατί είναι αυτό που ονομάζεται με αυτόν τον τρόπο, εξηγεί μορφή του όταν ειδικές συσκευές «πιάσει» τα εξερχόμενα φωτόνια του φωτός σε μια συσκευή καταγραφής σταθερό αριθμό γραμμών. Για να διαχωριστούν τα φωτόνια διαφορετικών μηκών κύματος, που χρησιμοποιούνται από τα κύματα φαινόμενο περίθλασης με διαφορετικές συχνότητες έχουν διαφορετικό δείκτη διάθλασης, ως εκ τούτου, ένα περισσότερο αποκλίνουσα από την άλλη.

Ιδιότητες των ουσιών και των φασμάτων

Το φάσμα γραμμή της ουσίας είναι μοναδική για κάθε είδος ατόμων. Δηλαδή, στην εκπομπή του υδρογόνου θα δώσει ένα σύνολο γραμμών, και το χρυσό - και άλλα. Το γεγονός αυτό αποτελεί τη βάση για την εφαρμογή της φασματοσκοπίας. Έχοντας λάβει το τίποτα φάσματος, μπορεί κανείς να καταλάβει τι είναι στην ουσία, σε άτομα της διατεταγμένα σε σχέση με το άλλο. Αυτή η μέθοδος σας επιτρέπει να ορίσετε και διάφορες ιδιότητες των υλικών, τα οποία συχνά χρησιμοποιεί τη χημεία και τη φυσική. Απορρόφηση και εκπομπή φωτός από άτομα - ένα από τα πιο κοινά εργαλεία για τη μελέτη του κόσμου που μας περιβάλλει.

Τα φάσματα εκπομπής Μειονεκτήματα

Μέχρι αυτό το σημείο, λέει περισσότερα για το πώς να εκπέμπουν άτομα. Αλλά συνήθως, όλα τα ηλεκτρόνια βρίσκονται σε τροχιακά σε κατάσταση ισορροπίας του, δεν έχουν κανένα λόγο να μετακινηθούν σε άλλες πολιτείες. Η ουσία είναι κάτι που απορρίφθηκε, θα πρέπει πρώτα να απορροφήσει την ενέργεια. Αυτή η έλλειψη μιας μεθόδου η οποία εκμεταλλεύεται την απορρόφηση και εκπομπή φωτός ατόμου. Εν συντομία να πούμε ότι η πρώτη ύλη για τη θέρμανση ή το φως, πριν φτάσουμε το φάσμα. Θέματα που δεν θα προκύψουν, εάν ένας επιστήμονας μελετά τα αστέρια, και έτσι λάμπουν μέσα από τις δικές τους εσωτερικές διαδικασίες. Αλλά αν θέλετε να μελετήσει ένα κομμάτι του μεταλλεύματος ή προϊόν διατροφής, να αποκτήσει το φάσμα είναι πραγματικά απαραίτητο να κάψει. Αυτή η μέθοδος δεν είναι πάντα η περίπτωση.

φάσματα απορρόφησης

Εκπομπή και απορρόφηση του φωτός από άτομα ως μέθοδος «λειτουργεί» στις δύο πλευρές. Μπορείτε να λάμψει ένα φως σε ευρυζωνικό περιεχόμενο (δηλαδή, μία στην οποία υπάρχουν φωτόνια διαφορετικών μηκών κύματος), και στη συνέχεια να δούμε τι μήκη κύματος απορροφούν. Αλλά αυτή η μέθοδος είναι κατάλληλη όχι πάντοτε, να είναι σίγουρος ότι το υλικό είναι διαφανές στο επιθυμητό μέρος του ηλεκτρομαγνητικού κλίμακας.

Ποιοτική και ποσοτική ανάλυση

Κατέστη σαφές ότι τα φάσματα μοναδικό για κάθε ουσία. Ο αναγνώστης μπορεί να συμπεράνει ότι η ανάλυση αυτή χρησιμοποιείται μόνο για να καθορίσει το υλικό από το οποίο είναι κατασκευασμένο. Ωστόσο, το πιθανό εύρος είναι πολύ ευρύτερο. αριθμό ατόμων εντός της ενώσεως μπορεί να ρυθμιστεί με τη χρήση ειδικών τεχνικών πλάτος εξέταση και την αναγνώριση και την ένταση των προκυπτόντων γραμμών. Επιπλέον, ο δείκτης αυτός μπορεί να εκφράζονται σε διαφορετικές μονάδες:

• ποσοστό (για παράδειγμα, αυτό το κράμα περιέχει 1% αλουμίνα)?
• σε moles (διαλυμένο σε αυτήν την 3 υγρό mol χλωριούχου νατρίου)?
• σε γραμμάρια (που υπάρχει στο δείγμα του 0.2 g ουρανίου και θορίου 0,4 γραμμάρια).

Μερικές φορές η ανάλυση είναι μικτή: τόσο ποιοτικά όσο και ποσοτικά. Αλλά ενώ οι φυσικοί απομνημονεύσει τη θέση των γραμμών, και αξιολόγησε τη σκιά τους με τη βοήθεια ειδικών πινάκων, αλλά τώρα όλα τα κάνει το πρόγραμμα.

Η χρήση του φάσματος

Έχουμε ήδη συζητηθεί λεπτομερώς, ποια είναι η εκπομπή και η απορρόφηση του φωτός από άτομα. Η φασματική ανάλυση χρησιμοποιείται ευρύτατα. Δεν υπάρχει περιοχή της ανθρώπινης δραστηριότητας, χρησιμοποιήθηκε ανεξάρτητα από το πού εξετάζουμε το φαινόμενο. Εδώ είναι μερικά από αυτά:

1. Στην αρχή αυτού του άρθρου, μιλήσαμε για smartphones. στοιχεία πυριτίου ημιαγωγών έχουν γίνει τόσο μικρή, μεταξύ άλλων μέσω της έρευνας κρύσταλλοι χρησιμοποιώντας φασματική ανάλυση.
2. Εάν οποιοδήποτε περιστατικό είναι η μοναδικότητα του ηλεκτρονίου κέλυφος του κάθε ατόμου καθορίζει το είδος των σφαιρα πρώτο, γιατί το αυτοκίνητο χάλασε πλαίσιο ή πυργογερανού, καθώς και ορισμένες δηλητήριο δηλητηρίασε τους ανθρώπους και πόσο χρόνο πέρασε στο νερό.
3. Φάρμακο που χρησιμοποιείται φασματική ανάλυση στο πλεονέκτημά τους τις περισσότερες φορές σε σχέση με τα υγρά του σώματος, αλλά αυτό συμβαίνει ότι αυτή η μέθοδος εφαρμόζεται στους ιστούς.
4. Μακρινούς γαλαξίες, κοσμική νέφη αερίου, πλανήτες μπροστά από τα αστέρια - όλα αυτά μελετάται από το φως και την αποσύνθεση της σε φάσματα. Οι επιστήμονες γνωρίζουν τη σύνθεση αυτών των αντικειμένων, την ταχύτητά τους και τις διεργασίες που λαμβάνουν χώρα σε αυτές οφείλεται στο γεγονός ότι μπορεί να συλλάβει και να αναλύσει τα φωτόνια που εκπέμπουν ή απορροφούν.

Ηλεκτρομαγνητική κλίμακα

Πάνω απ 'όλα, πρέπει να δώσουν προσοχή στο ορατό φως. Αλλά από την ηλεκτρομαγνητική κλίμακα αυτό το τμήμα είναι πολύ μικρό. Το γεγονός ότι το ανθρώπινο μάτι δεν καθορίζει πολύ ευρύτερο επτά χρώματα του ουράνιου τόξου. Μπορούν να εκπέμπουν και να απορροφήσει όχι μόνο ορατό φωτόνια (λ = 380-780 nm), αλλά και άλλα φωτόνια. Ηλεκτρομαγνητική κλίμακα περιλαμβάνει:

1. Τα ραδιοκύματα (λ = 100 χιλιόμετρα), τη μετάδοση πληροφοριών σε μεγάλες αποστάσεις. Λόγω του πολύ μεγάλου μήκους κύματος, η ενέργεια τους είναι πολύ χαμηλή. Είναι απορροφάται πολύ εύκολα.
2. Terahertz κύματος (λ = 1-0,1 χιλιοστά) μέχρι πρόσφατα, δεν ήταν εύκολα διαθέσιμες. Προηγουμένως, το φάσμα τους περιλαμβάνει ραδιοκύματα, αλλά τώρα αυτό το τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού κλίμακας κατανέμεται σε μια ξεχωριστή κατηγορία.
3. Υπέρυθρο μήκος κύματος (λ = 0,74-2000 μικρόμετρα) μεταφορά θερμότητας. Φωτιά, το φως, τον ήλιο να εκπέμπουν σε αφθονία.

Το ορατό φως που εξετάσαμε, τόσο περισσότερες λεπτομέρειες γι 'αυτό δεν θα γράψω.

Υπεριώδες μήκος κύματος (λ = 10-400 nm) θανατηφόρο για τον άνθρωπο σε περίσσεια, αλλά το μειονέκτημα τους είναι μη αναστρέψιμη. κεντρικό άστρο μας δίνει πολλές υπεριώδες φως, και την ατμόσφαιρα της Γης διατηρεί το μεγαλύτερο μέρος του.

Χ-ακτίνες και τις ακτίνες γάμμα (λ <10 nm) έχουν ένα κοινό φάσμα, αλλά διαφέρουν στην προέλευση. Για την απόκτησή τους, είναι απαραίτητο να διαλύσει ηλεκτρόνια ή τα άτομα στα πολύ υψηλές ταχύτητες. Εργαστήριο άνθρωποι είναι ικανοί, αλλά στη φύση της εξουσίας να συμβεί μόνο μέσα στα αστέρια, ή τις συγκρούσεις των μαζικών αντικειμένων. Ένα παράδειγμα της τελευταίας διαδικασίας μπορεί να χρησιμεύσει ως σουπερνόβα εκρήξεις, την απορρόφηση του αστεριού από μια μαύρη τρύπα, η συνάντηση των δύο γαλαξιών και γαλαξίες και μαζική νέφη αερίου.

Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα όλων των σειρών, δηλαδή την ικανότητά τους να εκπέμπεται και να απορροφηθεί από άτομα, που χρησιμοποιούνται στην ανθρώπινη δραστηριότητα. Ανεξάρτητα από το γεγονός ότι ο αναγνώστης έχει επιλέξει (ή μόνο για εκλεκτούς) ως μονοπάτια της ζωής του, σίγουρα αντιμετωπίζουν με τα αποτελέσματα της φασματικής μελετών. Ο πωλητής βρίσκεται σε ένα σύγχρονο τερματικό πληρωμής, επειδή μία φορά ο επιστήμονας μελέτησε τις ιδιότητες των ουσιών και δημιούργησε ένα μικροτσίπ. Αγροτική γονιμοποιεί τα πεδία και να συλλέγουν υψηλές αποδόσεις είναι τώρα μόνο επειδή μόλις γεωλόγος ανακαλύφθηκε σε ένα κομμάτι του μεταλλεύματος φωσφόρου. Φορά φωτεινά ρούχα μόνο με την εφεύρεση της επίμονης χημικές χρωστικές ουσίες.

Αλλά αν ο αναγνώστης θέλει να συνδέσει τη ζωή του με τον κόσμο της επιστήμης, θα πρέπει να μελετήσει πολύ περισσότερο από τις βασικές έννοιες της διαδικασίας της εκπομπής και της απορρόφησης των φωτονίων του φωτός σε άτομα.