Виды спектров и спектральный анализ тема № 48

Природный гелий

Природный гелий состоит из двух стабильных изотопов: гелий-3 (изотопная распространённость — 99,99986 %) и гелий-4 (0,00014 %; содержание гелия-3 в разных природных источниках может варьироваться в довольно широких пределах). Известны также шесть искусственных радиоактивных изотопов гелия.

Мировой рынок гелия

Гелий извлекают из природного и нефтяного газов; мировые запасы оцениваются в 45,6.

Добыча в России

Актуальной проблемой является дальнейшее освоение и комплексная переработка природных газов крупных месторождений Восточной Сибири, отличающихся сходным с Чаяндинским высоким содержанием гелия (0,15—1 % об.).

Дополнительная информация

• Изотопы гелия: гелий-2 (дипротон), гелий-3, гелий-4.
• Агрегатные состояния: жидкий гелий, твёрдый гелий.
• Гелиеметрия: наука, изучающая прохождение гелия через различные среды.
• Гелиевая съёмка: один из методов геохимических геологоразведочных работ.
• Эффект Померанчука: аномальный характер плавления (или затвердевания) лёгкого изотопа гелия.

Литература

1. Бродянский В. М. От твёрдой воды до жидкого гелия (история холода). — М.: Энергоатомиздат, 1995 — ISBN 5-283-00176-8.
2. Глаголев К. В., Морозов А. Н. Физическая термодинамика. — 2-е изд., испр. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2007 — ISBN 978-5-7038-3026-0.
3. Жданов Л. С., Жданов Г. Л. Физика для средних специальных учебных заведений. — 4-е изд., испр. — М.: Наука, 1984.
4. Евдошенко Ю.В. Как открыли советский гелий. К столетию гелиевой промышленности России // Газовый бизнес. 2022. № 2. С. 79-86.

Структура гелия

Гелий — практически инертный химический элемент. Простое вещество гелий нетоксично, не имеет цвета, запаха и вкуса. При нормальных условиях представляет собой одноатомный газ. Его точка кипения (4,215 K для гелия-3) наименьшая среди всех веществ; твёрдый гелий получен лишь при давлениях выше 25 — при атмосферном давлении он не переходит в твёрдую фазу даже при абсолютном нуле. Экстремальные условия также необходимы для создания немногочисленных химических соединений гелия, все они нестабильны при нормальных условиях.

Перевозка гелия

Для транспортировки газообразного гелия используются стальные баллоны (ГОСТ 949-73) коричневого цвета, помещаемые в специализированные контейнеры. Для перевозки можно использовать все виды транспорта при соблюдении соответствующих правил перевозки газов.

Для перевозки жидкого гелия применяются специальные транспортные сосуды Дьюара типа СТГ-10, СТГ-25 и т. п. светло-серого цвета объёмом 10, 25, 40, 250 и 500, соответственно. При выполнении определённых правил транспортировки может использоваться железнодорожный, автомобильный и другие виды транспорта. Сосуды с жидким гелием обязательно должны храниться в вертикальном положении.

График зависимости теплоёмкости жидкого гелия-4 от температуры

И вместо того, чтобы объяснить перенос тепла теплопроводностью, то есть передачу энергии от одного атома к другому, можно было объяснить его более тривиально — конвекцией, переносом тепла в самой материи.

Не происходит ли дело так, что нагретый гелий движется вверх, а холодный опускается вниз, благодаря разности скоростей возникают конвекционные токи, и таким образом происходит перенос тепла. Но для этого надо было предположить, что гелий при своем движении течет без всякого сопротивления. У нас уже был случай, когда электричество двигалось без всякого сопротивления по проводнику. И я решил, что гелий так же движется без всякого сопротивления, что он является не сверхтеплопроводным веществом, а сверхтекучим.

Производство гелия

В промышленности гелий получают из гелийсодержащих природных газов (в настоящее время эксплуатируются главным образом месторождения, содержащие более 0,1 % гелия). От других газов гелий отделяют методом глубокого охлаждения, используя то, что он сжижается труднее всех остальных газов.

Охлаждение производят дросселированием в несколько стадий, очищая его от CO2 и углеводородов. В результате получается смесь гелия, неона и водорода. Эту смесь, так называемый сырой гелий, (70—90 % гелия по объёму) очищают от водорода (4—5 %) с помощью CuO при.

Окончательная очистка достигается охлаждением оставшейся смеси кипящим под вакуумом N2 и адсорбцией примесей на активированном угле в адсорберах, также охлаждаемых жидким N2. Производят гелий технической чистоты (99,80 % гелия по объёму) и высокой чистоты (99,985 %).

Биологические аспекты

Гелий, насколько это известно, не несёт какой-либо биологической функции.

Риски для здоровья

• Хотя инертные газы обладают наркозным действием, это воздействие у гелия и неона при атмосферном давлении не проявляется, в то время как при повышении давления раньше возникают симптомы нервного синдрома высокого давления (НСВД)[68].

• Содержание гелия в высоких концентрациях (более 80 %) во вдыхаемой смеси может вызвать головокружение, тошноту, рвоту, потерю сознания и смерть от асфиксии (в результате кислородного голодания и газовой эмболии)[69]. Аналогичный эффект часто оказывает единоразовый вдох чистого гелия, например, из шарика с гелием. Как и при вдыхании других инертных газов, ввиду отсутствия вкуса и запаха часто происходит неожиданная потеря сознания при вдохе больших концентраций.

• При вдыхании гелия тембр голоса становится тонким, похожим на кряканье утки[70]. Более высокая, чем в воздухе, скорость звука в гелии при прочих равных условиях (например, температуре) увеличивает значение частоты резонанса голосового тракта (как ёмкости, наполненной газом).

Спектры излучения

На рис 4 изображены спектры излучения гелия

Спектры линейчатые полосатые и сплошные

Линейчатый спектр испускания

Линейчатый спектр испускания отражает уникальные характеристики вещества, позволяя идентифицировать его состав и свойства. В данной статье мы рассмотрим различные виды спектров излучения и их значение.

Спектр излучения

Спектр излучения представляет собой графическое изображение различных длин волн, на которых излучает вещество. В зависимости от вещества и его состояния, спектр может быть сплошным или линейчатым.

Виды спектров

1. Линейчатый спектр
2. Полосатый спектр
3. Непрерывный спектр

Спектры излучения

Излучение вещества может принимать различные формы спектров:

1. Линейчатый спектр поглощения
2. Линейчатый спектр испускания
3. Непрерывный спектр

Спектральный анализ

Спектральный анализ является важным методом исследования веществ, позволяя определить их состав и свойства.

Спектры излучения могут быть использованы в различных областях науки и техники, от физики и химии до астрономии и биологии. Важно уметь интерпретировать спектры правильно, чтобы извлечь максимальную информацию из них.

Спектры поглощения и испускания: различия и особенности

Спектр поглощения

Изображение спектра поглощения показывает, как определенное вещество поглощает энергию, в том числе излучение. Спектр поглощения представлен в виде линий, которые отражают конкретные уровни энергии, на которых происходит поглощение.

Непрерывный спектр излучения

Этот вид спектра представляет собой непрерывный ряд частот, которые определенное тело излучает. Непрерывный спектр излучения можно сравнить с дугой, где каждая точка на ней отвечает за уникальную частоту излучения.

Что такое спектр поглощения?

Спектр поглощения является набором линейчатых спектральных линий, которые связаны с переходами между энергетическими уровнями атомов. Этот тип спектра позволяет определить состав вещества.

Спектры поглощения и испускания

Сравнение спектров поглощения и испускания позволяет увидеть различия в поведении атомов при принятии и излучении энергии. Спектр испускания обычно имеет более хаотичную структуру, в то время как спектр поглощения более упорядочен.

Линейчатый спектр и его типы

Линейчатый спектр поглощения

Линейчатый спектр поглощения представляет собой набор узких линий, которые соответствуют определенным переходам энергии в веществе. Этот вид спектра часто используется для анализа состава газов и жидкостей.

Линейчатый спектр излучения

Линейчатый спектр излучения представляет собой ряд узких линий, которые образуются при переходах электронов между энергетическими уровнями атомов. Этот тип спектра характерен для различных источников излучения.

Типы оптических спектров

Существует несколько основных типов оптических спектров, среди которых выделяются непрерывный, линейчатый и полосатый. Каждый из них имеет свои особенности и применение в научных и практических целях.

Заключение

Изучение спектров поглощения и испускания является важной частью физики и химии, позволяя анализировать свойства веществ и определять их состав. Различия между линейчатыми и непрерывными спектрами позволяют проводить более точные исследования различных материалов.

Сплошной спектр поглощения

Спектр поглощения и спектр испускания

Линейчатый спектр излучения

Сплошной спектр испускания водорода

Сплошной спектр твердых тел

Цветовой спектр

Спектры поглощения

Запрос «He» перенаправляется сюда; см. также другие значения.

У этого термина существуют и другие значения, см. Гелий (значения).

| Гелий | |

| ————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————- | ——————————————————– |

| ← Водород | Литий → | |

| 2 ↑↓ Периодическая система элементов | |

| Внешний вид простого вещества | |

| Свечение гелия в газоразрядной трубке | |

| Свойства атома | |

| Название, символ, номер | Гелий/Helium (He), 2 |

| Группа, период, блок | 18 (устар. 8), 1, s-элемент |

| Атомная масса (молярная масса) | [2] а. е. м. (г/моль) |

| Электронная конфигурация | 1s2 |

| Радиус атома | 31[3] пм |

| Химические свойства | |

| Ковалентный радиус | 28[3] пм |

| Радиус иона | 93[3] пм |

| Электроотрицательность | 4,5 (шкала Полинга) |

| Электродный потенциал | 0 |

| Степени окисления | 0 |

| Энергия ионизации (первый электрон) | 2361,3(24,47) кДж/моль (эВ) |

| Термодинамические свойства простого вещества | |

| Плотность (при н. у.) | 0,147 г/см3 (при −270 °C); 0,00017846 (при +20 °C) г/см³ |

| Температура плавления | 0,95 K (-272,2 °C, -457,96 °F) (при 2,5 МПа) |

| Температура кипения | 4,2152 K (-268,94 °C, -452,08 °F) (для 4He)[4] |

| Мол. теплота плавления | 0,0138 кДж/моль |

| Мол. теплота испарения | 0,0829 кДж/моль |

| Молярная теплоёмкость | 20,79[4] Дж/(K·моль) |

| Молярный объём | 22,4⋅103 см³/моль |

| Кристаллическая решётка простого вещества | |

| Структура решётки | Гексагональная |

| Параметры решётки | =3,570 Å; =5,84 Å |

| Отношение | 1,633 |

| Прочие характеристики | |

| Теплопроводность | (300 K) 0,152 Вт/(м·К) |

| Номер CAS | |

| Эмиссионный спектр | |

| | |

Простое вещество, гелий — инертный одноатомный газ без цвета, вкуса и запаха.

По распространённости во Вселенной и по лёгкости занимает второе место после водорода. Его температура кипения — самая низкая среди всех известных веществ.

Спектр натрия длины волн

Вид спектра излучения непрерывный

Типы спектров 11 класс физика

Спектр испускания и поглощения

Спектры поглощения, спектры испускания.

Спектр испускания физика

Спектры поглощения источники

Линейчатый спектр излучения

Типы оптических спектров

Линейчатый спектр излучения

Линейчатый оптический спектр

Сплошной и линейчатый спектр излучения

Спектры и спектральный анализ

Линейчатый спектр излучения испускания

Линейчатый спектр Криптона цвета

Линейчатый спектр излучения испускания

Спектр испускания таблица

Линейчатый спектр поглощения

Спектр излучения Квазара

Полосатый спектр испускания

Спектр поглощения спектр сплошной спектр полосатый

Линия спектра поглощения

Спектры испускания водорода

Спектр испускания неона

Спектр флуоресценции ксеноновой лампы

Спектры излучения газов таблица

Спектр поглощения кальция

Линейчатый спектр Криптона

Линейчатый спектр ксенона

Спектры поглощения, спектры испускания.

Линейчатый эмиссионный спектр

Спектр излучения лампы дневного света

Спектр излучения солнца в видимом диапазоне

Спектры испускания и поглощения

Электромагнитный спектр инфракрасное излучение

Тестовый лист для принтера Эпсон

Спектр излучения звезд

Длины волн спектра

Спектр испускания водорода (серия Бальмера)

Спектр лампы накаливания 100 ватт

Разложение белого цвета в спектр

Спектр поглощения углекислого газа в ИК диапазоне

Спектральные линии меди

Spectrum Mix line

Emission absorption Spectra

Эмиссионный спектр гелия

Спектр теплового излучения

Спектр водорода гелия неона

Исаак Ньютон цветовой спектр

Спектр видимого излучения длины волн по цветам

Спектры излучения атомарных паров

Visible Light wavelength

Гелий широко используется в промышленности и народном хозяйстве:

• в металлургии в качестве защитного инертного газа для выплавки чистых металлов[источник не указан 4305 дней];

• в пищевой промышленности (зарегистрирован в качестве пищевой добавки E939) как пропеллент и упаковочный газ;

• в качестве хладагента для получения сверхнизких температур (в частности, для перевода металлов в сверхпроводящее состояние);

• для наполнения воздухоплавающих судов (дирижабли и аэростаты) — при незначительной по сравнению с водородом потере в подъёмной силе гелий в силу негорючести абсолютно безопасен;

• в дыхательных смесях для глубоководного погружения (см. Баллон для дайвинга);

• для наполнения воздушных шариков и оболочек метеорологических зондов;

• для заполнения газоразрядных трубок;

• в качестве теплоносителя в некоторых типах ядерных реакторов;

• в качестве носителя в газовой хроматографии;

• для поиска утечек в трубопроводах и котлах (см. Гелиевый течеискатель);

• как компонент рабочего тела в гелий-неоновых лазерах;

• в качестве наполнителя в некоторых современных моделях накопителей на жёстких магнитных дисках;

• для наполнения колб филаментных светодиодных ламп, что позволяет эффективно отводить тепло от светодиодных нитей.

Кроме того, нуклид используется как рабочее вещество газовых нейтронных детекторов, в том числе позиционно-чувствительных, в технике нейтронного рассеяния в качестве поляризатора. Гелий-3 является также перспективным топливом для термоядерной энергетики. Растворение гелия-3 в гелии-4 используется для получения сверхнизких температур.

• Первая мировая война — заправка военных дирижаблей в США и Германии.

• 1930-е — 1960-е годы — ошибочно считалось, что выделения гелия можно применять для поиска урановых руд[67]. Против этого ещё в 1911 году выступала М. Склодовская-Кюри.

• С 1950-х годов — продувка топливных баков жидкостных ракет.

В честь гелия назван астероид (895) Гелио, открытый в 1918 году.

Спектр поглощения и спектр испускания

Линейчатый спектр излучения испускания

Спектры испускания водорода

Спектр лампы накаливания 100 ватт

Типы оптических спектров

Линейчатый спектр излучения испускания

Линейчатый спектр излучения

Линейчатый спектр излучения гелия

Спектр излучения лампы накаливания

Цвет световой волны

Линейчатый спектр Криптона

Длины волн видимого спектра

Спектр неоновой лампы

Спектр испускания ксенона

Спектральная классификация звезд OBAFGKM

Спектр и спектральный анализ физика 11 класс

Сплошной и линейчатый спектр физика 9 класс

Спектр поглощения углекислого газа в ИК диапазоне

Схема устройства призменного спектрального аппарата

Линейчатый спектр излучения Криптона

Вид спектра излучения непрерывный

Диапазоны спектра электромагнитного излучения

Спектр поглощения спектр сплошной спектр полосатый

Спектр испускания неона

Спектр электромагнитного излучения

Полосатый и линейчатый спектр

Спектр светодиодных ламп 4000к

Эмиссионный спектр гелия в хорошем качестве

Линии Фраунгофера в спектре солнца

Рисунок линейчатого спектра испускания

Палитра ЦМИК палитра РГБ

Линейчатый спектр поглощения источник спектра

Спектр характеристического рентгеновского излучения

Спектр испускания водорода (серия Бальмера)

Физика 11 класс спектр испускания

Спектральные серии водорода

Линейчатый спектр излучения испускания

Спектральный анализ Ньютона

Спектральные методы анализа

Спектр красного цвета

Эмиссионный спектр элементов

Спектр через призму

Спектр испускания лития

Спектр испускания физика

Типы спектров 11 класс физика

Белый цвет через призму

Эмиссионный спектр излучения

Спектры поглощения источники

Световые электромагнитные волны

Спектр испускания Криптона

Линейчатый спектр натрия

Спектр испускания, спектр поглощени

Линейчатый оптический спектр

Электромагнитный спектр инфракрасное излучение

Спектры испускания химических элементов

Инфракрасный Луч для лечения

Сплошной и линейчатый спектр излучения

Спектр излучения люминесцентной лампы

Спектральные линии квазаров

Линейчатый спектр излучения неона

Свойства в газовой фазе

Символ элемента, выполненный из газоразрядных трубок, наполненных гелием

Гелий менее растворим в воде, чем любой другой известный газ. В 1 воды при 20 растворяется около 8,8 (9,78 при 0, 10,10 при 80), в этаноле — 2,8 при 15 и 3,2 при 25.

Этот газ имеет отрицательный коэффициент Джоуля — Томсона при нормальной температуре среды, то есть он нагревается при дросселировании через пористые перегородки или маленькие отверстия, но, как и все газы, охлаждается при любой температуре при адиабатическом расширении. Только ниже температуры инверсии Джоуля — Томсона (приблизительно 40 при нормальном давлении) он остывает в процессе дросселирования.

После охлаждения ниже этой температуры гелий может быть превращён в жидкость при расширительном охлаждении. Такое охлаждение производится при помощи детандера.

Спектр нейтрального гелия

Спектральные линии гелия

Эмиссионный спектр нейтрального гелия в диапазоне длин волн в тлеющем разряде при давлении Наиболее интенсивная жёлтая линия с длиной волны представляет собой очень тесный триплет

Схемы термов для пара- и ортогелия с одним электроном в основном состоянии 1s и одним возбуждённым электроном

Спонтанный интеркомбинационный (то есть сопровождающийся изменением суммарного спина) переход с излучением фотона между орто- и парагелием чрезвычайно сильно подавлен, однако возможны безызлучательные переходы при взаимодействии с налетающим электроном или другим атомом.

Свойства конденсированных фаз

В 1908 году Х. Камерлинг-Оннес впервые смог получить жидкий гелий. Твёрдый гелий удалось получить лишь под давлением 25 при температуре около 1 (В. Кеезом, 1926). Кеезом также открыл наличие фазового перехода гелия-4 при температуре 2,17; он назвал фазы гелий-I и гелий-II (ниже 2,17). В 1938 году П. Л. Капица обнаружил, что у гелия-II отсутствует вязкость (явление сверхтекучести). В гелии-3 сверхтекучесть возникает лишь при температурах ниже 0,0026. Сверхтекучий гелий относится к классу так называемых квантовых жидкостей, макроскопическое поведение которых может быть описано только с помощью квантовой механики.

Спектры. спектральный анализ. Спектральные аппараты

Это спектры, содержащие все длины волны определенного диапазона. Излучают нагретые твердые и жидкие вещества, газы, нагретые под большим давлением. Одинаковы для разных веществ, поэтому их нельзя использовать для определения состава вещества

Состоит из отдельных линий разного или одного цвета, имеющих разные расположения Испускается газами, парами малой плотности в атомарном состоянии Позволяет по спектральным линиям судить о химическом составе источника света

Состоит из большого числа тесно расположенных линий Дают вещества, находящиеся в молекулярном состоянии

Это совокупность частот, поглощаемых данным веществом. Вещество поглощает те линии спектра, которые и испускает, являясь источником света Спектры поглощения получают, пропуская свет от источника, дающего сплошной спектр, через вещество, атомы которого находятся в невозбужденном состоянии

Навести очень большой телескоп на короткую вспышку метеора на небе почти невозможно. Но 12-го мая 2002 года астрономам повезло – яркий метеор случайно пролетел как раз там, куда была направлена узкая щель спектрографа на обсерватории Паранал. В это время спектрограф исследовал свет.

Метод определения качественного и количественного состава вещества по его спектру называется спектральным анализом. Спектральный анализ широко применяется при поисках полезных ископаемых для определения химического состава образцов руды. С его помощью контролируют состав сплавов в металлургической промышленности. На его основе был определен химический состав звезд и т.д.

Для получения спектра излучения видимого диапазона используется прибор, называемый спектроскопом, в котором детектором излучения служит человеческий глаз.

В спектроскопе свет от исследуемого источника 1 направляется на щель 2 трубы 3, называемой коллиматорной трубой. Щель выделяет узкий пучок света. На втором конце коллиматорной трубы имеется линза, которая расходящийся пучок света преобразует в параллельный. Параллельный пучок света, выходящий из коллиматорной трубы, падает на грань стеклянной призмы 4. Так как показатель преломления света в стекле зависит от длины волны, то параллельный поэтому пучок света, состоящий из волн разной длины, разлагается на параллельные пучки света разного цвета, идущие по разным направлениям. Линза 5 зрительной трубы фокусирует каждый из параллельных пучков и дает изображение щели в каждом цвете. Разноцветные изображения щели образуют разноцветную полосу – спектр.

Эмиссионный спектрометр для анализа свинцовых и алюминиевых сплавов.

Лазерно-искровой спектрометр (ЛИС-1)

Спектр можно наблюдать через окуляр, используемый в качестве лупы. Если нужно получить фотографию спектра, то фотопленку или фотопластинку помещают в том месте, где получается действительное изображение спектра. Прибор для фотографирования спектров называется спектрографом.

Новый спектрограф NIFS готовится к отправке в обсерваторию Gemini North

Спектрограф высокоразрешающий NSI-800GS

Спектрограф/монохроматор средней мощности

Спектральная чувствительность глаза человека

5. Выберите один правильный ответ из предложенных вариантов

Излучение какого тела является тепловым? Лампа дневного света Лампа накаливания Инфракрасный лазер Экран телевизора

1. Выберите один правильный ответ из предложенных вариантов:

Исследователь с помощью оптического спектроскопа в четырех наблюдениях видел разные спектры. Какой из спектров является спектром теплового излучения?

2. Выберите один правильный ответ из предложенных вариантов

только азота (N) и калия (К) только магния (Mg) и азота (N) азота (N), магния (Mg) и другого неизвестного вещества магния(Mg), калия (К) и азота (N)

На рисунке приведен спектр поглощения неизвестного газа и спектры поглощения паров известных металлов. По анализу спектров можно утверждать, что неизвестный газ содержит атомы

3. Выберите один правильный ответ из предложенных вариантов

Для каких тел характерны полосатые спектры поглощения и испускания? Для нагретых твердых тел Для нагретых жидкостей Для разреженных молекулярных газов Для нагретых атомарных газов Для любых перечисленных выше тел

4. Выберите один правильный ответ из предложенных вариантов

водорода (Н), гелия (Не) и натрия (Na) только натрия (Na) и водорода (Н) только натрия (Na) и гелия (Не) только водорода (Н) и гелия (Не)

На рисунке приведен спектр поглощения неизвестного газа и спектры поглощения атомов известных газов. По анализу спектров можно утверждать, что неизвестный газ содержит атомы:

Для каких тел характерны линейчатые спектры поглощения и испускания? Для нагретых твердых тел Для нагретых жидкостей Для разреженных молекулярных газов Для нагретых атомарных газов Для любых перечисленных выше тел

Классификация спектральных приборов.

Спектральными называют приборы, в которых происходит разложение света по длинам волн и регистрация спектра. Существует множество различных спектральных приборов, отличающихся друг от друга методами регистрации и аналитическими возможностями.

Выбрав источник света, необходимо позаботиться о том, чтобы полученное излучение было эффективно использовано для анализа. Это достигается правильным выбором спектрального прибора

Существуют фильтровые и дисперсионные спектральные приборы. В фильтровых – светофильтром выделяется узкий диапазон длин волн. В дисперсионных – излучение источника разлагается по длинам волн в диспергирующем элементе – призме или дифракционной решетке. Фильтровые приборы применяют только для количественного анализа, дисперсионные – для качественного и количествен

Различают визуальные, фотографические и фотоэлектрические спектральные приборы. Стилоскопы – приборы с визуальной регистрацией, Спектрографы – приборы с фотографической регистрацией. Спектрометры – приборы с фотоэлектрической регистрацией. Фильтровые приборы – с фотоэлектрической регистрацией. В спектрометрах разложение в спектр – в монохроматоре, или в полихроматоре. Приборы на базе монохроматора называются одноканальными спектрометрами. Приборы на базе полихроматора – многоканальными спектрометрами.

В основе всех дисперсионных приборов лежит одна и та же принципиальная схема. Приборы могут отличаться методом регистрации и оптическими характеристиками, они могут иметь различный внешний вид и конструкцию, но принцип их действия всегда один и тот же Принципиальная схема спектрального прибора. S- входная щель, L 1- объектив коллиматора, L 2- фокусирующий объектив, D- диспергирующий элемент, R- регистрирующее устройство.

S L 1 D L 2 R Свет от источника входит в спектральный прибор через узкую щель и от каждой точки этой щели в виде расходящихся пучков попадает на объектив коллиматора, который преобразует расходящиеся пучки в параллельные. Щель и объектив коллиматора составляют коллиматорную часть прибора. Параллельные пучки из объектива коллиматора попадают на диспергирующий элемент- призму или дифракционную решетку, где происходит разложение их по длинам волн. Из диспергирующего элемента свет одной длины волны, идущий от одной точки щели, выходит параллельным пучком и попадает на фокусирующий объектив, собирающий каждый параллельный пучок в определенной точке своей фокальной поверхности – на регистрирующем приборе. Из отдельных точек складываются многочисленные монохроматические изображения щели. Если свет излучают отдельные атомы, то получается ряд отдельных изображений щели в виде узких линий – линейчатый спектр. Число линий зависит от сложности спектра излучающих элементов и условий их возбуждения. Если в источнике светятся отдельные молекулы, то близкие по длине волны линии собираются в полосы, образующие полосатый спектр. Принцип действия спектрального прибора.

назначение щели

R S Входная щель – объект изображения Спектральная линия – монохроматическое изображение щели, построенное с помощью объективов.

объективы

L 2 L 1 линзы сферические зеркала

Объектив коллиматора

S F О L1 Щель расположена в фокальной поверхности объектива коллиматора. После объектива коллиматора – от каждой точки щели свет идет параллельным пучком.

Фокусирующий объектив

Спектральная линия F О L2 Строит изображение каждой точки щели. Из точек образуется. изображение щели– спектральная линия.

диспергирующий элемент

Диспергирующая призма ABCD – основание призмы, ABEF и FECD –преломляющие грани, Между преломляющими гранями – преломляющий угол EF – преломляющее ребро.

Типы диспергирующих призм

60-градусная призма Кварцевая призма Корню; 30-градусная призма с зеркальной гранью;

поворотные призмы

Поворотные призмы, играют вспомогательную роль. Они не разлагают излучение по длинам волн, а лишь поворачивают его, делая прибор более компактным. Поворот на 900 Поворот на 1800

комбинированная призма

Призма постоянного отклонения состоит из двух тридцатиградусных диспергирующих призм и одной поворотной.

Ход монохроматического луча в призме

 i В призме луч света дважды преломляется на преломляющих гранях и выходит из нее, отклонившись от первоначального направления на угол отклонения . Угол отклонения зависит от угла паденияiи длины волны света. При определенном i свет проходит в призме параллельно основанию, угол отклонения при этом минимален.В этом случае – призма работает в условиях наименьшего отклонения.

Ход лучей в призме

2 1  1 2 Разложение света происходит вследствие того, что свет разных длин волн преломляется в призме по-разному. Для каждой длины волны свой угол отклонения .

Угловая дисперсия

1 2 Угловая дисперсия B – мера эффективности разложения света по длинам волн в призме. Угловая дисперсия показывает, как сильно изменяется угол между двумя ближайшими лучами с изменением длины волны:

Зависимость дисперсии от материала призмы кварц стекло

Зависимость угловой дисперсии от величины преломляющего угла

Содержание Виды излучения Источники света Спектры Спектральные аппараты Виды спектров Спектральный анализ

Виды излучения Тепловое излучение Электролюминесценция Хемилюминесценция Фотолюминесценция Содержание

Тепловое излучение Наиболее простой и распространенный вид излучения – это тепловое излучение, при котором потери атомами энергии на излучение света компенсируются за счет энергии теплового движения атомов (или молекул) излучающего тела. Чем выше температура тела, тем быстрее движутся атомы. При столкновении быстрых атомов (или молекул) друг с другом часть их кинетической энергии превращается в энергию возбуждения атомов, которые затем излучают свет. Тепловым источником излучения является Солнце, а также обычная лампа накаливания. Лампа очень удобный, но малоэкономичный источник. Лишь около 12% всей энергии, выделяемой в нити лампы электрическим током, преобразуется в энергию света. Наконец, тепловым источником света является пламя. Крупинки сажи (не успевшие сгореть частицы топлива) раскаляются за счет энергии, выделяющейся при сгорании топлива, и испускают свет. Виды излучения

Электролюминесценция Энергия, необходимая атомам для излучения света, может заимствоваться и из нетепловых источников. При разряде в газах электрическое поле сообщает электронам большую кинетическую энергию. Быстрые электроны испытывают неупругие соударения с атомами. Часть кинетической энергии электронов идет на возбуждение атомов. Возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн. Благодаря этому разряд в газе сопровождается свечением. Это электролюминесценция. Северное сияние есть проявление электролюминесценции. Потоки заряженных частиц, испускаемых Солнцем, захватываются магнитным полем Земли. Они возбуждают у магнитных полюсов Земли атомы верхних слоев атмосферы, благодаря чему эти слои светятся. Электролюминесценция используется в трубках для рекламных надписей. Виды излучения

Хемилюминесценция При некоторых химических реакциях, идущих с выделением энергии, часть этой энергии непосредственно расходуется на излучение света. Источник света остается холодным (он имеет температуру окружающей среды). Это явление называется хемилюминесценцией. Летом в лесу можно ночью увидеть насекомое светлячка. На теле у него «горит» маленький зеленый «фонарик». Вы не обожжете пальцев, поймав светлячка. Светящееся пятнышко на его спинке имеет почти ту же температуру, что и окружающий воздух. Свойством светиться обладают и другие живые организмы: бактерии, насекомые, многие рыбы, обитающие на большой глубине. Часто светятся в темноте кусочки гниющего дерева. Виды излучения Содержание

Фотолюминесценция Падающий на вещество свет частично отражается, а частично поглощается. Энергия поглощаемого света в большинстве случаев вызывает лишь нагревание тел. Однако некоторые тела сами начинают светиться непосредственно под действием падающего на него излучения. Это и есть фотолюминесценция. Свет возбуждает атомы вещества (увеличивает их внутреннюю энергию), и после этого они высвечиваются сами. Например, светящиеся краски, которыми покрывают многие елочные игрушки, излучают свет после их облучения. Излучаемый при фотолюминесценции свет имеет, как правило, большую длину волны, чем свет, возбуждающий свечение. Это можно наблюдать экспериментально. Если направить на сосуд с флюоресцеином (органический краситель) световой пучок, пропущенный через фиолетовый светофильтр, то эта жидкость начинает светиться зелено-желтым светом, т. е. светом большей длины волны, чем у фиолетового света. Явление фотолюминесценции широко используется в лампах дневного света. Советский физик С. И. Вавилов предложил покрывать внутреннюю поверхность разрядной трубки веществами, способными ярко светиться под действием коротковолнового излучения газового разряда. Лампы дневного света примерно в три-четыре раза экономичнее обычных ламп накаливания. Содержание

Источники света Источник света должен потреблять энергию. Свет – это электромагнитные волны с длиной волны 4×10-7-8×10-7 м. Электромагнитные волны излучаются при ускоренном движении заряженных частиц. Эти заряженные частицы входят в состав атомов, из которых состоит вещество. Но, не зная, как устроен атом, ничего достоверного о механизме излучения сказать нельзя. Ясно лишь, что внутри атома нет света так же, как в струне рояля нет звука. Подобно струне, начинающей звучать лишь после удара молоточка, атомы рождают свет только после их возбуждения. Для того чтобы атом начал излучать, ему необходимо передать определенную энергию. Излучая, атом теряет полученную энергию, и для непрерывного свечения вещества необходим приток энергии к его атомам извне. Содержание

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 (или почти 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 (рис. 46). 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 L1. Содержание

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 Р. Так как разным частотам соответствуют различные показатели преломления, то из призмы выходят параллельные пучки, не совпадающие по направлению. Они падают на линзу L2. На фокусном расстоянии этой линзы располагается экран – матовое стекло или фотопластинка. Линза L2 фокусирует параллельные пучки лучей на экране, и вместо одного изображения щели получается целый ряд изображений. Каждой частоте (точнее, 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. Содержание

Спектры По характеру распределения значений физической величины спектры могут быть дискретными (линейчатыми), непрерывными (сплошными), а также представлять комбинацию (наложение) дискретных и непрерывных спектров. Примерами линейчатых спектров могут служить масс-спектры и спектры связанно-связанных электронных переходов атома; примерами непрерывных спектров – спектр электромагнитного излучения нагретого твердого тела и спектр свободных электронных переходов атома; примерами комбинированных спектров – спектры излучения звёзд, где на сплошной спектр фотосферы накладываются хромосферные линии поглощения или большинство звуковых спектров. Другим критерием типизации спектров служат физические процессы, лежащие в основе их получения. Так, по типу взаимодействия излучения с материей, спектры делятся на эмиссионные (спектры излучения), адсорбционные (спектры поглощения) и спектры рассеивания. Содержание

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 (рис. V, 1). Рис. V Спектры испускания: 1 – сплошной; 2 – натрия; 3 – водорода; 4 -гелия. Спектры поглощения: 5 – солнечный; 6 – натрия; 7 – водорода; 8 – гелия. Содержание

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 при определенной частоте nmax. 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. Виды спектров Содержание

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 яркая желтая линия. Эту желтую линию дают пары натрия, которые образуются при расщеплении молекул поваренной соли в пламени. На рисунке приведены также спектры водорода и гелия. Каждый из них – это 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). На рисунке вы видите примерное распределение спектральной плотности интенсивности излучении в линейчатом спектре. Каждая линия имеет конечную ширину. Содержание

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 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 большом сжатии газа, когда взаимодействие атомов становится существенным, эти линии перекрывают друг друга, образуя непрерывный спектр. Виды спектров Содержание

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. Виды спектров Содержание

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 (l»8×10-5 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. Виды спектров Содержание

Спектральный анализ Линейчатые спектры играют особо важную роль, потому что их структура прямо связана со строением атома. Ведь эти спектры создаются атомами, не испытывающими внешних воздействий. Поэтому, знакомясь с линейчатыми спектрами, мы тем самым делаем первый шаг к изучению строения атомов. Наблюдая эти спектры, ученые получили возможность «заглянуть» внутрь атома. Здесь оптика вплотную соприкасается с атомной физикой. Главное свойство линейчатых спектров состоит в том, что длины волн (или частоты) линейчатого спектра какого-либо вещества зависят только от свойств атомов этого вещества, но совершенно не зависят от способа возбуждения свечения атомов. Атомы любого химического элемента дают спектр, не похожий на спектры всех других элементов: они способны излучать строго-определенный набор длин волн. На этом основан спектральный анализ – метод определения химического состава вещества по его спектру. Подобно отпечаткам пальцев у людей линейчатые спектры имеют неповторимую индивидуальность. Неповторимость узоров на коже пальца помогает часто найти преступника. Точно так же благодаря индивидуальности спектров имеется возможность определить химический состав тела. С помощью спектрального анализа можно обнаружить данный элемент в составе сложного вещества, если даже его масса не превышает 10-10г. Это очень чувствительный метод. Презентация Содержание

• Закон распространения света в однородной среде;

• Закон отражения света;

• Закон преломления света;

• Какие бывают линзы, как их различить по виду?

«Пою перед тобой в восторге похвалу

Не камням дорогим, не злату, но Стеклу»

(М.В.Ломоносов, «Письмо о пользе Стекла»)

Простейшая модель микроскопа состоит из двух короткофокусных собирающих линз.

Предмет располагают вблизи переднего фокуса объектива .

Увеличенное перевернутое изображение предмета, даваемое объективом, рассматривается глазом через окуляр .

Эритроциты в оптическом микроскопе.

Микроскоп применяют для получения больших увеличений при наблюдении мелких предметов.

Телескоп – оптическое устройство представляет собой мощную зрительную трубу, предназначенную для наблюдения весьма удаленных объектов – небесных светил.

Телескоп – это оптическая система, которая, «выхватывая» из пространства небольшую область, зрительно приближая расположенные в ней объекты. Телескоп улавливает параллельные своей оптической оси лучи светового потока, собирает их в одну точку (фокус) и увеличивает при помощи линзы или, чаще, системы линз (окуляра), которая одновременно снова преобразует расходящиеся лучи света в параллельные.

Линзовый телескоп совершенствовался. Чтобы улучшить качество изображения, астрономы использовали новейшие технологии стекловарения, а также увеличивали фокусное расстояние телескопов, что, естественно приводило к увеличению и их физических размеров (например, в конце XVIII века длина телескопа Яна Гевелия достигала 46 м).

Глаз как оптический аппарат.

Глаз – сложная оптическая система, сформировавшаяся из органических материалов в процессе длительной биологической эволюции.

Строение человеческого глаза

Изображение действительное, уменьшенное и обратное (перевернутое).

• 1 – белочная наружная оболочка;

• 2 – сосудистая оболочка;

• 3 – сетчатка;

• 4 – стекловидное тело;

• 5 – хрусталик;

• 6 – ресничная мышца;

• 7 – роговица;

• 8 – радужная оболочка;

• 9 – зрачок;

• 10 – водянистая влага (передняя камера);

• 11 – зрительный нерв

Положение изображения для:

а – нормального глаза; б – близорукого глаза;

в – дальнозоркого глаза;

г – исправление близорукости;

д – исправление дальнозоркости

Любой фотоаппарат состоит из: светонепроницаемой камеры, объектива (оптического прибора, состоящего из системы линз), затвора, механизма для наводки на резкость и видоискателя.

Построение изображения в фотоаппарате

При фотографировании предмет располагается на расстоянии, большем фокусного расстояния объектива.

Изображение действительное, уменьшенное и обратное (перевернутое)

• Какое излучение называется белым светом?

• Что называется спектром?

• Расскажите про разложение излучения в спектр при помощи призмы.

• Кем и в каком году был проведен первый опыт по разложению белого света в спектр?

• Расскажите про дифракционную решетку. (что из себя представляет, для чего предназначен)

Спектральный анализ –вид анализа химического состава вещества по его спектру.

8

Спектральный анализ –вид анализа

химического состава вещества по его

спектру.

Атомы любого химического элемента

дают спектр, не похожий на спектры

всех других элементов: они способны

излучать строго определенный набор

длин волн.

12

Задание №3

На рисунке изображены спектры излучения водорода (1),

гелия (2), натрия (4). Какие из этих элементов содержатся

в смеси веществ (3)?

1

2

3

4

Спектральный анализ задание №1

10

Спектральный анализ

задание №1

Содержится ли в смеси газов (спектр 4):

натрий (спектр1)

водород (спектр 2)

гелий (спектр 3)?

-содержится

-содержится

-не содержится

Линейчатые спектры дают все вещества в газообразном атомарном (но не молекулярном) состоянии

4

Линейчатые спектры дают все вещества в

газообразном атомарном (но не молекулярном)

состоянии

• Спектры – цветные линии различной яркости,

разделенные широкими темными полосами.

• Свет излучают атомы , которые практически не

взаимодействуют друг с другом.

• Вещество излучает свет только вполне определенных

длин волн

Распределение спектральной плотности интенсивности излучения в линейчатом спектре.

5

Распределение спектральной плотности

интенсивности излучения в линейчатом

спектре.

• Каждая линия имеет конечную ширину.

Спектры поглощения

7

Спектры поглощения

• Вещество интенсивно поглощает свет тех длин волн,

которые оно поглощает в сильно нагретом

состоянии.

Тест по теме «Спектры»

17

Тест по теме «Спектры»

• Домашнее задание

• §82,83.

Полосатые спектры дают все вещества в газообразном молекулярном состоянии – свечение паров в пламени, свечение газового

6

Полосатые спектры дают все вещества в

газообразном молекулярном состоянии – свечение

паров в пламени, свечение газового разряда.

Полосатые спектры состоят из отдельных полос,

разделенных темными промежутками, образуются

молекулами, не связанными или слабо

связанными друг с другом.

Распределение спектральной

плотности интенсивности

излучения в полосатом

спектре

11

Задание №2

В какой смеси газов (спектры 2, 3, 4)

содержится водород (спектр 1)?

• 11111111111111111111111111

1

2

3

4

Тема урока №48

Виды спектров и спектральный

анализ

Линейчатые спектры некоторых элементов

9

Линейчатые спектры некоторых

элементов

• Кадмий

• Рубидий

• Цинк

14

Задание №5

На рисунке изображены спектры излучения водорода (1),

гелия (2), натрия (3). Какие из этих элементов содержатся

в смеси веществ (4)?

1

2

3

4

13

Задание №4

На рисунке изображены спектры излучения водорода (1),

гелия (2), натрия (3). Какие из этих элементов содержатся

в смеси веществ (4)?

1

2

3

4

16

Задание №7

В составе какого химического соединения (спектры 2, 3, 4)

содержится водород (спектр 1)?

1

2

3

4

Испускания и поглощения

2

Спектры: испускания и поглощения

Спектральный состав излучения веществ

весьма разнообразен. Однако все спектры,

можно разделить на три типа:

1.Непрерывные

2.Линейчатые

3. Полосатые

Непрерывные или сплошные спектры

3

Непрерывные или сплошные спектры

• Дают тела, находящиеся в твердом или жидком

состоянии, сильно сжатые газы, которые нужно

нагреть до высокой температуры.

• Распределение спектральной плотности

интенсивности излучения от частоты имеет

максимум при определенной частоте νmax .

15

Задание №6

В какой смеси газов (спектры 1, 3, 4) содержится гелий

(2)?

1

2

3

4