Chiziq spektrlari - bu, ehtimol, 8-sinf fizika kursida optika bo'limida ko'rib chiqiladigan muhim mavzulardan biridir. Bu juda muhim, chunki u bizga atom tuzilishini tushunishga, shuningdek, bu bilimlarni olamimizni o'rganish uchun ishlatishga imkon beradi. Keling, ushbu masalani maqolada ko'rib chiqaylik.
Elektromagnit spektrlar tushunchasi
Avval maqola nima haqida boʻlishini tushuntirib oʻtamiz. Biz ko'rgan quyosh nuri elektromagnit to'lqinlar ekanligini hamma biladi. Har qanday to'lqin ikkita muhim parametr bilan tavsiflanadi - uning uzunligi va chastotasi (uning uchinchi, kam bo'lmagan muhim xususiyati nurlanishning intensivligini aks ettiruvchi amplitudadir).
Elektromagnit nurlanish holatida ikkala parametr ham quyidagi tenglamada bog'langan: ln=c, bu erda yunoncha l (lambda) va n (nu) harflari odatda mos ravishda to'lqin uzunligi va chastotasini bildiradi, va c - yorug'lik tezligi. Ikkinchisi vakuum uchun doimiy qiymat bo'lgani uchun elektromagnit to'lqinlarning uzunligi va chastotasi bir-biriga teskari proportsionaldir.
Fizikada elektromagnit spektr qabul qilinganmos keladigan nurlanish manbai tomonidan chiqariladigan turli to'lqin uzunliklari (chastotalari) to'plamini nomlang. Agar modda yutsa, lekin to'lqin chiqarmasa, u holda adsorbsiya yoki yutilish spektri haqida gapiriladi.
Elektromagnit spektrlar nima?
Umuman olganda, ularni tasniflashning ikkita mezoni mavjud:
- Radiatsiya chastotasi boʻyicha.
- Chastotani taqsimlash usuliga koʻra.
Biz ushbu maqolada tasnifning 1-turini ko'rib chiqishga to'xtalmaymiz. Bu erda biz faqat qisqacha aytamiz yuqori chastotali elektromagnit to'lqinlar, ular gamma nurlanish (>1020 Hz) va rentgen nurlari (1018) deb ataladi. -10 19 Hz). Ultrabinafsha spektri allaqachon past chastotalarda (1015-1017 Hz). Ko'rinadigan yoki optik spektr 1014 Hz chastota diapazonida joylashgan bo'lib, u 400 mkm dan 700 mkm gacha bo'lgan uzunliklar to'plamiga mos keladi (ba'zi odamlar biroz "kengroq" ko'rishlari mumkin: 380 mkm dan 780 mkm gacha). Pastki chastotalar infraqizil yoki termal spektrga, shuningdek, bir necha kilometr uzunlikdagi radio to‘lqinlarga mos keladi.
Maqolaning keyingi qismida biz yuqoridagi roʻyxatda qayd etilgan 2-toifa tasnifini batafsil koʻrib chiqamiz.
Chiziq va uzluksiz emissiya spektrlari
Mutlaqo har qanday modda, agar qizdirilsa, elektromagnit to'lqinlar chiqaradi. Ular qanday chastotalar va to'lqin uzunliklari bo'ladi? Bu savolga javob o'rganilayotgan moddaning agregatsiya holatiga bog'liq.
Suyuqlik va qattiq jismlar, qoida tariqasida, uzluksiz chastotalar to'plamini chiqaradi, ya'ni ular orasidagi farq shunchalik kichikki, biz nurlanishning uzluksiz spektri haqida gapirishimiz mumkin. O'z navbatida, agar past bosimga ega bo'lgan atom gazi qizdirilsa, u qat'iy belgilangan to'lqin uzunliklarini chiqarib, "porlay boshlaydi". Agar ikkinchisi fotografik plyonkada ishlab chiqilgan bo'lsa, unda ular tor chiziqlar bo'ladi, ularning har biri ma'lum bir chastota (to'lqin uzunligi) uchun javobgardir. Shuning uchun bu turdagi nurlanish chiziqli emissiya spektri deb ataldi.
Chiziq va uzluksiz oʻrtasida spektrning oraliq turi mavjud boʻlib, u odatda atom gazini emas, balki molekulani chiqaradi. Bu turdagi izolyatsiyalangan chiziqlar bo'lib, ularning har biri batafsil ko'rib chiqilganda alohida tor chiziqlardan iborat.
Chiziq yutilish spektri
Oldingi bandda aytilganlarning barchasi to'lqinlarning materiya tomonidan nurlanishiga tegishli edi. Ammo u ham changni yutish qobiliyatiga ega. Keling, odatiy tajribani o'tkazamiz: sovuq zaryadsizlangan atom gazini (masalan, argon yoki neon) olaylik va u orqali cho'g'lanma lampaning oq nurini o'tkazamiz. Shundan so'ng biz gazdan o'tadigan yorug'lik oqimini tahlil qilamiz. Ma'lum bo'lishicha, agar bu oqim alohida chastotalarga parchalansa (buni prizma yordamida amalga oshirish mumkin), u holda kuzatilgan uzluksiz spektrda qora chiziqlar paydo bo'ladi, bu chastotalar gaz tomonidan yutilganligini ko'rsatadi. Bunday holda, chiziqli yutilish spektri haqida gapiriladi.
XIX asr o'rtalarida. Gustav ismli nemis olimiKirxgof juda qiziq xususiyatni kashf etdi: u uzluksiz spektrda qora chiziqlar paydo bo'ladigan joylar ma'lum bir moddaning nurlanish chastotalariga to'liq mos kelishini payqadi. Hozirda bu xususiyat Kirxgof qonuni deb ataladi.
Balmer, Liman va Pashen seriyalari
19-asrning oxiridan boshlab butun dunyo fiziklari nurlanishning chiziqli spektrlari nima ekanligini tushunishga harakat qilishdi. Ma'lum bo'lgan kimyoviy elementning har bir atomi har qanday sharoitda bir xil emissivlikni namoyon etishi aniqlandi, ya'ni u faqat ma'lum chastotali elektromagnit to'lqinlarni chiqaradi.
Bu masala boʻyicha birinchi batafsil tadqiqotlar shveytsariyalik fizigi Balmer tomonidan amalga oshirilgan. Tajribalarida u yuqori haroratgacha qizdirilgan vodorod gazidan foydalangan. Vodorod atomi barcha ma'lum kimyoviy elementlar orasida eng sodda bo'lganligi sababli, undagi radiatsiya spektrining xususiyatlarini o'rganish eng osondir. Balmer ajoyib natijaga erishdi va uni quyidagi formula sifatida yozdi:
1/l=RH(1/4-1/n2).
Bu erda l - chiqarilgan to'lqin uzunligi, RH - ba'zi bir doimiy qiymat, vodorod uchun 1 ga teng, 097107 m -1, n - 3 dan boshlanadigan butun son, ya'ni 3, 4, 5 va hokazo.
Ushbu formuladan olingan barcha uzunliklar l odamlarga koʻrinadigan optik spektrda yotadi. Vodorod uchun l qiymatlarining ushbu qatori spektr deb ataladiBalmer.
Keyinchalik, tegishli asbob-uskunalar yordamida amerikalik olim Teodor Liman ultrabinafsha vodorod spektrini kashf etdi va uni Balmer formulasiga o'xshash formula bilan tasvirlab berdi:
1/l=RH(1/1-1/n2).
Nihoyat, yana bir nemis fizigi Fridrix Paschen infraqizil mintaqada vodorod emissiyasi formulasini oldi:
1/l=RH(1/9-1/n2).
Shunga qaramay, faqat 1920-yillardagi kvant mexanikasining rivojlanishi bu formulalarni tushuntirib berishi mumkin edi.
Rezerford, Bor va atom modeli
XX asrning birinchi o'n yilligida Ernest Rezerford (Yangi Zelandiyadan bo'lgan ingliz fizigi) turli xil kimyoviy elementlarning radioaktivligini o'rganish uchun ko'plab tajribalar o'tkazdi. Ushbu tadqiqotlar tufayli atomning birinchi modeli paydo bo'ldi. Rezerford materiyaning bu "donasi" elektr musbat yadro va uning orbitalarida aylanadigan manfiy elektronlardan iborat deb hisoblagan. Kulon kuchlari atomning nima uchun "parchalanmasligini" tushuntiradi va elektronlarga ta'sir qiluvchi markazdan qochma kuchlar ikkinchisining yadroga tushmasligining sababidir.
Bu modelda hammasi mantiqiy koʻrinadi, faqat bittasidan tashqari. Gap shundaki, egri chiziqli traektoriya bo'ylab harakatlanayotganda har qanday zaryadlangan zarracha elektromagnit to'lqinlarni chiqarishi kerak. Ammo barqaror atom holatida bu ta'sir kuzatilmaydi. Keyin modelning o'zi noto'g'ri ekanligi ma'lum bo'ldimi?
Unga kerakli oʻzgartirishlar kiritildiyana bir fizik - Daniyalik Nils Bor. Ushbu tuzatishlar endi uning postulatlari deb nomlanadi. Bor Ruterford modeliga ikkita taklif kiritdi:
- elektronlar atomda statsionar orbitalarda harakat qiladi, lekin ular fotonlarni chiqarmaydi va yutmaydi;
- nurlanish jarayoni (yutilish) faqat elektron bir orbitadan ikkinchi orbitaga oʻtganda sodir boʻladi.
Borning statsionar orbitalari nima, biz keyingi paragrafda ko'rib chiqamiz.
Energiya darajasini kvantlash
Bor birinchi boʻlib gapirgan atomdagi elektronning statsionar orbitalari bu zarracha toʻlqinining barqaror kvant holatlaridir. Bu holatlar ma'lum bir energiya bilan tavsiflanadi. Ikkinchisi, atomdagi elektron qandaydir energiya "quduq" da ekanligini anglatadi. Agar u tashqaridan foton shaklida qo'shimcha energiya olsa, u boshqa "chuqur"ga tushishi mumkin.
Vodorodning yutish va emissiya spektrlari qatorida, formulalari yuqorida keltirilgan, qavs ichidagi birinchi atama 1/m2 shaklidagi son ekanligini koʻrishingiz mumkin., bu yerda m=1, 2, 3.. butun son. Bu n yuqori energiya darajasidan elektron o'tadigan statsionar orbita sonini aks ettiradi.
Ular koʻrinadigan diapazondagi spektrlarni qanday oʻrganishadi?
Buning uchun shisha prizmalardan foydalanilgani yuqorida aytilgan edi. Buni birinchi marta 1666 yilda Isaak Nyuton amalga oshirgan va u ko'rinadigan yorug'likni kamalak ranglari to'plamiga ajratgan. Buning sababiBu ta'sirning sinishi ko'rsatkichining to'lqin uzunligiga bog'liqligi kuzatiladi. Masalan, ko'k yorug'lik (qisqa to'lqinlar) qizil yorug'likdan (uzun to'lqinlar) kuchliroq sinadi.
E'tibor bering, umumiy holatda, elektromagnit to'lqinlar nuri har qanday moddiy muhitda harakat qilganda, bu nurning yuqori chastotali komponentlari doimo past chastotalilarga qaraganda kuchliroq sinadi va tarqaladi. Bunga yorqin misol osmonning moviy rangidir.
Obyektiv optikasi va koʻrinadigan spektr
Linzalar bilan ishlaganda ko'pincha quyosh nuridan foydalaniladi. U uzluksiz spektr bo'lganligi sababli, linzalardan o'tayotganda uning chastotalari turlicha sinadi. Natijada, optik qurilma barcha yorug'likni bir nuqtada to'play olmaydi va iridescent soyalar paydo bo'ladi. Bu effekt xromatik aberatsiya deb nomlanadi.
Koʻrsatilgan linzalar optikasi muammosi tegishli asboblarda (mikroskoplar, teleskoplar) optik koʻzoynaklar birikmasidan foydalanish orqali qisman hal qilinadi.
