הפליטה והבליעה של אור על ידי אטומים. מקורו של ספקטרה קו

מאמר זה מספק את המושגים הבסיסיים דרוש כדי להבין כיצד הפליטה והבליעה של אור על ידי אטומים. יש גם תיאר את השימוש של תופעות אלה.

Smartphone ופיזיקה

האיש שנולד אחרי 1990, חייה בלי מגוון של מכשירים אלקטרוניים לא יכול לספק. הטלפון החכם לא רק מחליף את הטלפון, אלא גם מאפשרת לפקח על שערי החליפין, לבצע עסקאות, כדי להזמין מונית ואפילו להתכתב עם האסטרונאוטים על סיפון תחנת החלל הבינלאומית, דרך היישום שלהם. בהתאמה, נתפסים על ידי כל אלה מסייעים דיגיטליים כעניין כמובן. הפליטה והבליעה של אור על ידי אטומים שמרכיבים ו מתאפשרים בעידן של צמצום כל מיני מכשירים, כך קוראים ייראו נושא משעמם בשיעורי פיסיקה. אבל הסניף הזה של פיסיקה הרבה מעניין ומרגש.

רקע תיאורטי על פתיחת ספקטרה

יש משפט שאומר: "הסקרנות לפני הנפילה" אבל הביטוי הזה דווקא לעובדה שהקשר לא נכון עדיף לא להתערב. אם, לעומת זאת, מראה סקרנות כלפי העולם, שום דבר רע לא יקרה. בסוף המאה התשע עשרה, אנשים התחילו להבין את טבעו של מגנטיות (אשר מתועד היטב במערכת של משוואות מקסוול). השאלה הבאה, אשר תאפשר למדענים, הפכה את מבנה החומר. יש צורך מיידי כדי להבהיר: עבור המדע אינו פליטה מאוד יקר קליטת האור על ידי אטומים. ספקטרה Line - היא תוצאה של תופעה זו ועל בסיס לחקר מבנה החומר.

מבנה האטום

מדענים ביוון עתיק מראים כי השיש מורכב מכמה פיסות לחלוקה "אטומים". ולפני סוף המאה התשע עשרה, אנשים חשבו שזה היה החלקיקים הקטנים ביותר של החומר. אבל את החוויה של רתרפורד על פיזור חלקיקים כבדים על רדיד הזהב הוכיחה כי האטום יש גם מבנה פנימי. גרעין כבד הוא במרכז מטען חשמלי חיובי, אלקטרונים שליליים קלים סובבים סביבו.

פרדוקסים של אטומים בתוך תאורית מקסוול

ממצאים אלה הולידו מספר פרדוקסים: על פי משוואות מקסוול, כל חלקיק טעון נע פולט שדה אלקטרומגנטים, ולכן, מאבד אנרגיה. מדוע, אם כן, האלקטרונים אינם נופלים לתוך הגרעין, ולהמשיך לסובב? זה היה גם לא ברור מדוע כל אטום בולע או פולט פוטונים באורך גל מסוים בלבד. התיאוריה של בוהר איפשרה לרפא את הפגמים על ידי הזנת אורביטלים. על פי העקרונות של התיאוריה הזאת, האלקטרונים סביב הגרעין עשוי להיות רק על אורביטלים אלה. המעבר בין שתי המדינות השכנות מלווה גם על ידי הפליטה או קליטת פוטון עם אנרגיה מסוימת. הפליטה והבליעה של אור על ידי אטומים בדיוק בגלל זה.

גל, תדר, אנרגיה

לקבלת תמונה שלמה יותר אתה צריך לדבר קצת על פוטונים. אלו הם חלקיקים יסודיים שאין להם מסת מנוחה. הם קיימים רק כל עוד נעים דרך הסביבה. אבל המשקל עדיין יש: בולט על פני השטח, הם מעבירים אותו דחפו כי היו בלתי אפשריים ללא המסה. רק הרבה שהוא מומר אנרגיה, מה שהופך את החומר ממנו הם פגעו והם נספגים, קצת יותר חמים. התיאוריה של בוהר לא מסביר את העובדה הזו. המאפיינים של הפוטון ואת התכונות של ההתנהגות שלה מתוארים על ידי פיסיקה הקוונטית. לכן, פוטון - הן גל וחלקיק עם המונית. פוטון, וכמו גל יש את המאפיינים הבאים: אורך (λ), תדר (ν), אנרגיה (E). ככל שאורך הגל התחתון תדירות, ואת התחתון האנרגיה.

הספקטרום של אטום

הספקטרום האטומי נוצר בכמה שלבים.

1. מתגים אלקטרוניים ב האטום עם 2 מסלולית (אנרגיה גבוהה) על 1 מסלולית (עם אנרגיה נמוכה פחות).
2. כמות האנרגיה שבטוח הוא שוחרר, אשר נוצרת כתוצאה הקוונטים של האור (hν).
3. פוטון זה נפלט אל המרחב.

לכן זה מתקבל ואטום ספקטרום קו. למה זה נקרא ככה, מסביר בצורה שלו כאשר התקנים מיוחדים "לתפוס" את הפוטונים היוצאים של אור על מספר הקווים קבוע מכשיר הקלטה. כדי להפריד פוטונים באורכי גל שונים, המשמשים את גלי תופעה העקיפות עם תדרים שונים יש מקדם שבירה שונה, ומכאן, אחת יותר מוסחת יותר מהשנייה.

תכונות חומרים ספקטרה

ספקטרום הקו של החומר הוא ייחודי לכל סוג של אטומים. כלומר, פליטת המימן ייתן סט אחד של קווים, וזהב - אחר. עובדה זו מהווה את הבסיס עבור היישום של ספקטרוסקופיה. אחרי שקיבל את דבר ספקטרום, אפשר להבין מה הוא במהות, ב האטומים שלו מסודרים יחסית זה לזה. שיטה זו מאפשרת לך להגדיר מאפיינים שונים של חומרים, אשר מרבה להשתמש כימיה ופיסיקה. קליטה ופליטה של אור על ידי אטומים - אחד הכלים הנפוצים ביותר לחקר העולם שמסביב.

ספקטרום פליטת חסרונות

עד לנקודה זו מעידה יותר על איך אטומים פולטים. אבל בדרך כלל, כל האלקטרונים נמצאים האורביטלים מדינת שיווי המשקל שלה, אין להם סיבה לעבור למדינות אחרות. החומר נדחה משהו, זה חייב ראשון לספוג את האנרגיה. חוסר שיטה המנצלת את קליטה ופליטה של אטום לאור. בקצרה אומר שהעניין הראשון חום או אור, לפני שנגיע הספקטרום. סוגיות לא תקום, ואם מדען לומד הכוכבים, ולכן הם לזרוח דרך התהליכים הפנימיים שלהם. אבל אם אתה רוצה ללמוד חתיכת עפרות או מוצר מזון, כדי לקבל את הספקטרום הוא למעשה צורך לשרוף. שיטה זו לא תמיד המקרה.

ספקטרום הספיגה

פליטה ובליעה של אור על ידי אטומי כשיטה "עובדות" בשני הצדדים. אתה יכול לשפוך אור על פס רחב חומר (כלומר, כזה שבו יש פוטונים באורכי גל שונים), ולאחר מכן לראות מה לנפנף אורכים לספוג. אבל שיטה זו מתאימה לא תמיד, להיות בטוח כי החומר הוא שקוף אל החלק הרצוי של הסקאלה אלקטרומגנטית.

ניתוח איכותי וכמותי

התברר כי ספקטרום ייחודי לכל חומר. הקורא יכול להסיק כי ניתוח זה משמש רק כדי לקבוע את החומר שממנו הוא עשוי. עם זאת, בטווח האפשרי הוא רחב הרבה יותר. מספר האטומים בתוך המתחם ניתן להגדיר באמצעות בחינת רוחב טכניקות מיוחדות והכרה ועצמה של הקווים שהתקבלו. יתר על כן, מחוון זה יכול לבוא לידי ביטוי ביחידות שונות:

• אחוז (למשל, סגסוגת זו מכילה 1% אלומינה);
• ב שומות (מומסי mol הנוזל 3 זו של נתרן כלורי);
• בגרמים (בהווה במדגם של 0.2 גרם של אורניום ו תוריום 0.4 גרם).

לפעמים הניתוח מעורב: שניהם איכותי וכמותיים. אבל בעוד פיזיקאים פה עמדת הקווים, ומוערכת בצל שלהם בעזרת טבלאות מיוחדות, אבל עכשיו כל זה עושה את התוכנית.

השימוש בספקטרום

אנחנו כבר דנו בפירוט, מה הפליטה והבליעה של אור על ידי אטומים. ניתוח ספקטרלי משמש מאוד נרחב. אין תחום של פעילות אנושית, לא משנה איפה אנחנו שוקלים את התופעה שמש. הנה כמה מהם:

1. בתחילת מאמר זה, דיברנו על טלפונים חכמים. אלמנטים המוליכים למחצה הסיליקון הפכו כל כך קטנים, לרבות באמצעות גבישי מחקר באמצעות ניתוח ספקטרלי.
2. אם כל אירוע הוא הייחוד של פגז האלקטרונים של כל אטום קובע איזה סוג של קליע שנורה ראשון, מדוע המכונית התקלקלה מסגרת או מנוף מגדל, כמו גם כמה אנשים מורעלים רעל וכמה זמן הוא בילה בתוך המים.
3. תרופה המשמשת ניתוח ספקטרלי לטובתם לרוב ביחס נוזלי גוף, אבל זה קורה כי שיטה זו מיושמת הרקמות.
4. גלקסיות רחוקות, ענני גז קוסמיים, כוכבי לכת מול הכוכבים - כל זה הוא למד על ידי אור הפירוק שלה לתוך ספקטרום. מדענים יודעים את ההרכב של עצמים אלה, המהירות שלהם, ואת התהליכים המתרחשים אותם בשל העובדה שהם יכולים ללכוד ולנתח את הפוטונים הם פולטים או לספוג.

סולם אלקטרומגנטיים

ויותר מכל, אנו שמים לב האור הנראה. אבל על הסקאלה אלקטרומגנטית קטע זה הוא קטן מאוד. העובדה שהעין האנושית אינה פותרת הרבה יותר רחבים שבעה צבעי הקשת. יכול פולט ובולעים לא פוטונים גלויים בלבד (λ = 380-780 ננומטר), אבל פוטונים אחרים. סולם אלקטרומגנטית כולל:

1. גלי רדיו (λ = 100 ק"מ) להעברת מידע למרחקים ארוכים. בשל גל גדול מאוד, האנרגיה שלהם נמוכה מאוד. הם מאוד נספגים בקלות.
2. גל Terahertz (λ = 1-0,1 מילימטרים) עד לאחרונה, לא היה זמין. בעבר, הטווח שלהם כולל גלי רדיו, אבל עכשיו זה קטע של הסקאלה אלקטרומגנטית מוקצה בכיתה נפרדת.
3. אורך גל אינפרא העברת חום (λ = 0,74-2000 מיקרומטרים). אש, אור, שמש לפלוט אותם בשפע.

אור גלוי שסקרנו, כך יותר פרטים על זה לא יכתבו.

גל-סגול (λ = 10-400 ננומטר) קטלני עבור אדם עולה, אבל החסרון שלהם הוא בלתי הפיך. הכוכב המרכזי שלנו נותן הרבה אור אולטרה סגול, ואת האטמוספירה של כדור הארץ שומר רובו.

צילומי רנטגן וקרני גמא (λ <10 ננומטר) יש מגוון נפוצה, אך נבדלים ממוצא. כדי להשיג אותם, יש צורך לפזר אלקטרונים או אטומים במהירויות גבוהות מאוד. המעבדה של אנשים מסוגלות לזה, אבל באופי הכח כזה להתרחש רק בתוך כוכבים, או ההתנגשות של אובייקטים מסיביים. דוגמא לתהליך זה האחרון יכולה לשמש התפוצצויות סופרנובה כמו, את הספיגה של הכוכב על ידי חור שחור, המפגש של שתי גלקסיות, גלקסיות ועננים מסיביים של גז.

גלים אלקטרומגנטיים של כל הטווחים, כלומר היכולת שלהם להיפלט ונספג על ידי אטומים, משמשים בפעילות האנושית. לא משנה את העובדה כי הקורא בחר (או רק כדי נבחר) כמו שבילי חייו, הוא בהחלט להתמודד עם התוצאות של מחקרי רפאים. המוכר נהנה מסוף התשלום מודרני כי פעם המדען חקר את תכונותיהם של חומרים ויצר שבב אלקטרוני. אגררית מפרה את השדות ולאסוף תשואות גבוהות נמצאות כעת רק בגלל פעם גיאולוג שהתגלה חתיכת עפרות זרחן. היא לובשת בגדים בהירים רק עם ההמצאה בצבעים כימיים מתמשכים.

אבל אם הקורא מבקש להתחבר חייו עם עולם המדע, אתה צריך ללמוד הרבה יותר את המושגים הבסיסיים של תהליך הפליטה והבליעה של פוטונים של אור אטומים.