Xətt spektrləri - bu, bəlkə də 8-ci sinif fizika kursunda optika bölməsində nəzərdən keçirilən mühüm mövzulardan biridir. Bu vacibdir, çünki o, bizə atom quruluşunu başa düşməyə, həmçinin bu biliklərdən Kainatımızı öyrənmək üçün istifadə etməyə imkan verir. Bu məsələni məqalədə nəzərdən keçirək.
Elektromaqnit spektrləri konsepsiyası
İlk olaraq məqalənin nədən bəhs edəcəyini izah edək. Gördüyümüz günəş işığının elektromaqnit dalğaları olduğunu hər kəs bilir. İstənilən dalğa iki mühüm parametr ilə xarakterizə olunur - onun uzunluğu və tezliyi (onun üçüncü, heç də az əhəmiyyətli olmayan xüsusiyyəti şüalanmanın intensivliyini əks etdirən amplitudadır).
Elektromaqnit şüalanma vəziyyətində hər iki parametr aşağıdakı tənliklə əlaqələndirilir: λν=c, burada yunan hərfləri λ (lambda) və ν (nu) adətən müvafiq olaraq dalğa uzunluğunu və onun tezliyini bildirir, və c işıq sürətidir. Sonuncu vakuum üçün sabit dəyər olduğundan, elektromaqnit dalğalarının uzunluğu və tezliyi bir-biri ilə tərs mütənasibdir.
Fizikada elektromaqnit spektri qəbul edilirmüvafiq şüalanma mənbəyi tərəfindən yayılan müxtəlif dalğa uzunluqlarının (tezliklərin) çoxluğunu adlandırın. Əgər maddə udursa, lakin dalğalar yaymırsa, o zaman adsorbsiya və ya udma spektrindən danışılır.
Elektromaqnit spektrləri nədir?
Ümumilikdə onların təsnifatı üçün iki meyar var:
- Şüalanma tezliyinə görə.
- Tezlik paylama metoduna uyğun olaraq.
Bu məqalədə 1-ci təsnifat növünün nəzərdən keçirilməsi üzərində dayanmayacağıq. Burada yalnız qısaca deyəcəyik ki, yüksək tezlikli elektromaqnit dalğaları var ki, onlar qamma şüalanması (>1020 Hz) və rentgen şüaları (1018) adlanır. -10 19 Hz). Ultrabənövşəyi spektr artıq daha aşağı tezliklərə malikdir (1015-1017 Hz). Görünən və ya optik spektr 1014 Hz tezlik diapazonunda yerləşir, bu da 400 µm-dən 700 µm-ə qədər uzunluqlar dəstinə uyğundur (bəzi insanlar bir az "daha geniş" görə bilirlər: 380 µm-dən 780 µm-ə qədər). Aşağı tezliklər infraqırmızı və ya istilik spektrinə, eləcə də artıq bir neçə kilometr uzunluğunda ola bilən radio dalğalarına uyğundur.
Məqalənin sonrakı hissəsində yuxarıdakı siyahıda qeyd olunan 2-ci təsnifat növünə daha yaxından nəzər salacağıq.
Xətt və davamlı emissiya spektrləri
Tamamilə hər hansı bir maddə qızdırıldıqda elektromaqnit dalğaları yayacaq. Onlar hansı tezliklərdə və dalğa uzunluqlarında olacaqlar? Bu sualın cavabı tədqiq olunan maddənin aqreqasiya vəziyyətindən asılıdır.
Maye və bərk cisimlər, bir qayda olaraq, fasiləsiz tezliklər dəsti yayırlar, yəni aralarındakı fərq o qədər kiçikdir ki, davamlı şüalanma spektrindən danışmaq olar. Öz növbəsində, aşağı təzyiqə malik bir atom qazı qızdırılırsa, o, ciddi şəkildə müəyyən edilmiş dalğa uzunluqlarını yayaraq "parıldamağa" başlayacaq. Sonuncular fotoqrafiya filmində hazırlanırsa, o zaman hər biri müəyyən bir tezlik (dalğa uzunluğu) üçün cavabdeh olan dar xətlər olacaqdır. Buna görə də bu növ şüalanma xətti emissiya spektri adlanırdı.
Xətt və davamlı arasında, adətən atom qazı deyil, molekul yayan aralıq spektr növü vardır. Bu tip təcrid olunmuş zolaqlardır, hər biri ətraflı araşdırıldıqda ayrı-ayrı dar xətlərdən ibarətdir.
Xətt udma spektri
Əvvəlki paraqrafda deyilənlərin hamısı dalğaların maddə tərəfindən şüalanmasına aiddir. Amma udma qabiliyyəti də var. Adi bir təcrübə aparaq: soyuq boşaldılmış atom qazını (məsələn, arqon və ya neon) götürək və közərmə lampasından ağ işığı keçirək. Bundan sonra qazdan keçən işıq axını təhlil edirik. Belə çıxır ki, əgər bu axın fərdi tezliklərə parçalansa (bunu prizmadan istifadə etməklə etmək olar), onda müşahidə olunan davamlı spektrdə qara zolaqlar yaranır ki, bu da həmin tezliklərin qaz tərəfindən udulduğunu göstərir. Bu halda, bir xətt udma spektrindən danışılır.
XIX əsrin ortalarında. Gustav adlı alman alimiKirchhoff çox maraqlı bir xüsusiyyət kəşf etdi: o, davamlı spektrdə qara xətlərin göründüyü yerlərin müəyyən bir maddənin şüalanma tezliklərinə tam uyğun olduğunu gördü. Hazırda bu xüsusiyyət Kirchhoff qanunu adlanır.
Balmer, Liman və Pashen seriyası
19-cu əsrin sonlarından bəri bütün dünya fizikləri şüalanmanın xətt spektrlərinin nə olduğunu anlamağa çalışıblar. Müəyyən edilmişdir ki, verilmiş kimyəvi elementin hər bir atomu istənilən şəraitdə eyni emissiya qabiliyyətini nümayiş etdirir, yəni o, yalnız xüsusi tezliklərin elektromaqnit dalğaları yayır.
Bu məsələ ilə bağlı ilk müfəssəl tədqiqatlar isveçrəli fizik Balmer tərəfindən aparılmışdır. Təcrübələrində yüksək temperatura qədər qızdırılan hidrogen qazından istifadə etdi. Hidrogen atomu bütün məlum kimyəvi elementlər arasında ən sadəsi olduğundan, onun üzərində radiasiya spektrinin xüsusiyyətlərini öyrənmək ən asandır. Balmer heyrətamiz bir nəticə əldə etdi və onu aşağıdakı düstur olaraq qeyd etdi:
1/λ=RH(1/4-1/n2).
Burada λ yayılan dalğanın uzunluğudur, RH - hidrogen üçün 1-ə bərabər olan bəzi sabit dəyər, 097107 m -1, n 3-dən başlayan tam ədəddir, yəni 3, 4, 5 və s.
Bu düsturdan əldə edilən bütün uzunluqlar λ insanlar üçün görünən optik spektr daxilində yerləşir. Hidrogen üçün bu λ dəyərlər silsiləsi spektr adlanırBalmer.
Daha sonra müvafiq avadanlıqdan istifadə edərək amerikalı alim Teodor Liman ultrabənövşəyi hidrogen spektrini kəşf etdi və onu Balmerin düsturuna oxşar düsturla təsvir etdi:
1/λ=RH(1/1-1/n2).
Nəhayət, başqa bir alman fiziki Fridrix Paşen infraqırmızı bölgədə hidrogen emissiyası üçün düstur əldə etdi:
1/λ=RH(1/9-1/n2).
Bununla belə, yalnız 1920-ci illərdə kvant mexanikasının inkişafı bu düsturları izah edə bildi.
Ruterford, Bor və atom modeli
XX əsrin ilk onilliyində Ernest Ruterford (Yeni Zelandiya əsilli ingilis fiziki) müxtəlif kimyəvi elementlərin radioaktivliyini öyrənmək üçün bir çox təcrübələr aparmışdır. Bu araşdırmalar sayəsində atomun ilk modeli yarandı. Ruterford hesab edirdi ki, maddənin bu “dənəsi” elektrik müsbət nüvədən və onun orbitlərində fırlanan mənfi elektronlardan ibarətdir. Kulon qüvvələri atomun niyə "parçalanmadığını" izah edir və elektronlara təsir edən mərkəzdənqaçma qüvvələri sonuncunun nüvəyə düşməməsinin səbəbidir.
Biri istisna olmaqla, bu modeldə hər şey məntiqli görünür. Fakt budur ki, əyrixətli trayektoriya ilə hərəkət edərkən hər hansı bir yüklü hissəcik elektromaqnit dalğaları yaymalıdır. Amma sabit atom vəziyyətində bu təsir müşahidə olunmur. Sonra məlum olur ki, modelin özü səhvdir?
Ona lazımi düzəlişlər edilibbaşqa bir fizik danimarkalı Niels Bordur. Bu düzəlişlər indi onun postulatları kimi tanınır. Bor Ruterfordun modelinə iki təklif təqdim etdi:
- elektronlar atomda stasionar orbitlərdə hərəkət edir, halbuki onlar foton buraxmır və ya udmaz;
- şüalanma (udma) prosesi yalnız elektron bir orbitdən digərinə keçdikdə baş verir.
Sabit Bor orbitləri nələrdir, biz növbəti paraqrafda nəzərdən keçirəcəyik.
Enerji səviyyələrinin kvantlaşdırılması
Borun ilk dəfə danışdığı atomdakı elektronun stasionar orbitləri bu hissəcik dalğasının sabit kvant hallarıdır. Bu vəziyyətlər müəyyən bir enerji ilə xarakterizə olunur. Sonuncu o deməkdir ki, atomdakı elektron hansısa enerji “quyu”dadır. O, kənardan foton şəklində əlavə enerji alarsa, başqa “çuxur”a düşə bilər.
Düsturları yuxarıda verilmiş hidrogen üçün udulma və emissiya spektrlərinin xəttində mötərizədə birinci terminin 1/m2 formasının rəqəm olduğunu görə bilərsiniz., burada m=1, 2, 3.. tam ədəddir. O, elektronun daha yüksək enerji səviyyəsindən keçdiyi stasionar orbitin sayını əks etdirir.
Görünən diapazonda spektrləri necə öyrənirlər?
Bunun üçün şüşə prizmalardan istifadə edildiyi yuxarıda deyildi. Bunu ilk dəfə İsaak Nyuton 1666-cı ildə, görünən işığı bir sıra göy qurşağı rənglərinə parçalayanda etdi. SəbəbiBu təsirin müşahidə olunduğu sındırma əmsalının dalğa uzunluğundan asılılığıdır. Məsələn, mavi işıq (qısa dalğalar) qırmızı işıqdan (uzun dalğalar) daha güclü sınır.
Qeyd edək ki, ümumi halda elektromaqnit dalğaları şüası hər hansı maddi mühitdə hərəkət etdikdə, bu şüanın yüksək tezlikli komponentləri həmişə aşağı tezliklilərdən daha güclü şəkildə sınır və səpilir. Ən yaxşı nümunə səmanın mavi rəngidir.
Lens optikası və görünən spektr
Linzalarla işləyərkən tez-tez günəş işığından istifadə olunur. Davamlı spektr olduğu üçün linzadan keçərkən onun tezlikləri fərqli şəkildə sınır. Nəticədə, optik cihaz bütün işığı bir nöqtədə toplaya bilmir və iridescent çalarlar görünür. Bu effekt xromatik aberasiya kimi tanınır.
Linzaların optikası ilə bağlı göstərilən problem uyğun alətlərdə (mikroskoplar, teleskoplar) optik eynəklərin birləşməsindən istifadə etməklə qismən həll edilir.
