Виды спектров

                              Виды спектров.

    Спектральный  состав излучения различных   веществ  весьма  разнообразен.

Но, несмотря на это, все спектры, как показывает опыт,  можно  разделить  на

три сильно отличающихся друг от друга типа. 

    Непрерывные спектры.

    Солнечный   спектр или спектр дугового  фонаря является непрерывным.  Это

означает, что в  спектре  представлены   волны  всех  длин.  В  спектре  нет

разрывов, и  на  экране  спектрографа  можно  видеть  сплошную  разноцветную

полосу.

    Распределение  энергии  по  частотам,   т.  е.  Спектральная  плотность

интенсивности излучения, для различных тел различно. Например, тело с  очень

черной поверхностью излучает электромагнитные волны всех частот,  но  кривая

зависимости  спектральной  плотности  интенсивности   излучения  от  частоты

имеет максимум мри  определенной частоте.  Энергия  излучения,   приходящаяся

на очень малые  и  очень  большие  частоты,  ничтожно  мала.  При  повышении

температуры максимум спектральной плотности излучения  смещается  в  сторону

коротких волн.

    Непрерывные  (или сплошные) спектры, как   показывает  опыт,  дают  тела,

находящиеся в твердом  или жидком состоянии, а также  сильно сжатые газы.  Для

получения непрерывного  спектра нужно нагреть тело до высокой температуры.

    Характер  непрерывного спектра и сам  факт его существования определяются

не только свойствами отдельных излучающих атомов, но  и  в  сильной  степени

зависят от взаимодействия атомов друг с другом.

    Непрерывный   спектр   дает    также     высокотемпературная    плазма.

Электромагнитные  волны  излучаются   плазмой  в  основном  при  столкновении

электронов с ионами. 

    Линейчатые  спектры.

    Внесем  в бледное пламя  газовой   горелки  кусочек  асбеста,  смоченного

раствором  обыкновенной  поваренной   соли.   При   наблюдении   пламени   в

спектроскоп на фоне едва различимого непрерывного спектра  пламени  вспыхнет

ярко желтая линия. Эту желтую линию дают  пары  натрия,  которые  образуются

при расщеплении  молекул поваренной соли в  пламени.  На  спектроскопе  также

можно  увидеть  частокол  цветных  линий  различной   яркости,   разделенных

широкими темными  полосами. Такие  спектры  называются  линейчатыми.  Наличие

линейчатого спектра  означает,  что  вещество  излучает  свет  только  вполне

определенных длин волн (точнее,  в  определенных  очень  узких  спектральных

интервалах). Каждая из линий имеет конечную ширину.

    Линейчатые  спектры дают все вещества  в газообразном  атомарном  (но  не

молекулярном)  состоянии.  В  этом  случае  свет  излучают  атомы,   которые

практически не взаимодействуют  друг с  другом.  Это  самый  фундаментальный,

основной тип спектров.

    Изолированные   атомы  данного  химического   элемента  излучают   строго

определенные длины  волн.

    Обычно  для наблюдения линейчатых  спектров  используют  свечение  паров

вещества в пламени  или  свечение  газового  разряда  в  трубке,  наполненной

исследуемым газом.

    При увеличении  плотности атомарного газа отдельные   спектральные  линии

расширяются  и,  наконец   при   очень   большой   плотности   газа,   когда

взаимодействие атомов становится существенным, эти  линии  перекрывают  друг

друга, образуя непрерывный  спектр. 

    Полосатые  спектры.

    Полосатый   спектр  состоит  из  отдельных   полос,  разделенных  темными

промежутками.  С  помощью  очень  хорошего  спектрального   аппарата   можно

обнаружить, что  каждая  полоса  представляет  собой  совокупность  большого

числа очень тесно  расположенных линий.  В  отличие  от  линейчатых  спектров

полосатые спектры создаются не атомами,  а  молекулами,  не  связанными  или

слабо связанными друг с другом. 

Для  наблюдения  молекулярных  спектров  так  же,  как  и   для   наблюдения

линейчатых  спектров,  обычно  используют  свечение  паров  в  пламени   или

свечение газового разряда. 

    Спектры  поглощения.

    Все   вещества,  атомы  которых   находятся  в  возбужденном   состоянии,

излучают световые волны, энергия которых определенным  образом  распределена

по длинам волн. Поглощение света веществом также  зависит  от  длины  волны.

Так,  красное  стекло  пропускает  волны,  соответствующие  красному   свету

(((((((-5 см), и поглощает  все остальные.

    Если пропускать  белый свет сквозь холодный,  неизлучающий  газ,  то  на

фоне непрерывного спектра источника появляются темные линии.  Газ  поглощает

наиболее интенсивно свет как раз тех  длин  волн,  которые  он  испускает  в

сильно нагретом состоянии. Темные линии на фоне непрерывного спектра  -  это

линии поглощения, образующие в совокупности спектр поглощения.

     Существуют  непрерывные, линейчатые  и полосатые  спектры  излучения   и

столько же видов  спектров  поглощения.

    Важно  знать, из чего состоят  окружающие  нас  тела.  Изобретено  много

способов определения  их состава. Но состав звезд  и  галактик  можно  узнать

только с помощью  спектрального анализа.

                            Спектральные аппараты 

    Для точного  исследования спектров такие   простые  приспособления,  как

узкая щель, ограничивающая световой   пучок,  и  призма,  уже  недостаточны.

Необходимы  приборы,  дающие   четкий  спектр,   т.   е.   приборы,   хорошо

разделяющие волны  различной  длины и  не  допускающие  перекрытия  отдельных

участков спектра. Такие  приборы  называют  спектральными  аппаратами.  Чаще

всего  основной частью  спектрального   аппарата   является    призма   или

дифракционная решетка.

    Рассмотрим  схему  устройства   призменного   спектрального   аппарата.

Исследуемое  излучение   поступает  вначале  в  часть  прибора,   называемую

коллиматором. Коллиматор представляет собой трубу,  на одном  конце  которой

имеется ширма  с  узкой  щелью,  а  на  другом  -   собирающая  линза.  Щель

находится на фокусном расстоянии от  линзы.  Поэтому  расходящийся  световой

пучок, попадающий на линзу из щели, выходит из нее  параллельным   пучком  и

падает на призму.

    Так   как   разным   частотам   соответствуют    различные   показатели

преломления, то из призмы выходят параллельные  пучки,  не  совпадающие   по

направлению. Они  падают  на  линзу.  На  фокусном  расстоянии   этой  линзы

располагается экран - матовое стекло или  фотопластинка.   Линза  фокусирует

параллельные пучки  лучей  на  экране,   и  вместо  одного  изображения  щели

получается целый  ряд  изображений.   Каждой  частоте  (узкому  спектральному

интервалу) соответствует  свое изображение.  Все  эти  изображения  вместе  и

образуют спектр.

    Описанный  прибор называется спектрографом.  Если вместо второй  линзы   и

экрана используется зрительная  труба для визуального  наблюдения  спектров,

то прибор называется  спектроскопом. Призмы  и другие  детали  спектральных

аппаратов  необязательно  изготовляются из стекла. Вместо стекла  применяются

 и такие прозрачные  материалы,  как кварц, каменная  соль и др.

    Вы  познакомились   с  новой  величиной   -    спектральной   плотностью

интенсивности излучения. Узнали, что находится внутри  кожуха  спектрального

аппарата.

    Спектральный  состав излучения веществ весьма  разнообразен. Но, несмотря

на это, все спектры, как показывает опыт, можно разделить  на три типа.