Спектры излучения

Световое излучение всех естественных источников света имеют более или менее сложный состав. Сложность состава так называемого белого света, даваемого солнцем или раскаленными твердыми и жидкими телами, легко обнаружить с помощью опыта Ньютона. Через узкую равномерно освещенную щель 0 /рис.1/ пропускают пучок лучей белого света и направляют их на прозрачную призму.

На рисунке щель расположена горизонтально, перпендикулярно плоскости чертежа. Грани призмы также перпендикулярны чертежу. Если пучок лучей после выхода из призмы падает на белый экран B, то на экране появляется вертикальная цветная полоска. На рис. 1 показаны только крайние ограничивающие пучки: красный и фиолетовый. Любое, параллельное щели, сечение этой полосы окрашено в один определенный цвет. Но различные, параллельные друг другу, сечения окрашены в различные цвета, постепенно переходящие друг в друга. Полученная цветная полоса называется с п е к т р о м исследуемого источника света.

С помощью специальных опытов было обнаружено, что в состав излучения большинства источников, помимо видимых лучей, входит большое количество лучей не воспринимаемых нашим глазом. Лучи, имеющие длину волны большую, чем красные лучи, преломляются меньше красных лучей и лежат за красным концом спектра, их называют и н ф р а к р а с н ы м и и обнаруживают по тепловому действию. Лучи имеющие длину волны меньшую, чем фиолетовые, преломляются больше фиолетовых лучей и лежат за фиолетовой частью спектра, их называют у л ь т р а ф и о л е т о в ы м и и обнаруживают по химическому действию.

Совокупность лучей, испускаемых данным источником, называется с п е к т р о м и з л у ч е н и я источника. Спектры раскаленных твердых или жидких тел являются н е п р е р ы в н ы м и или сплошными. Спектры светящихся газов состоят из отдельных цветных линий или групп цветных линий, также спектры называются л и н е й ч а т ы м и. Спектры светящихся газов зависят от химической природы газа. Каждый газ или пар дает свой, характерный только для него спектр. Поэтому спектр светящегося газа дает возможность делать заключение об его химическом составе.Метод исследования, позволяющий по спектру излучения судить о химической природе тела, называется с п е к т р а л ь н ы м а н а л и з о м.

Дисперсия света

Проследим причины образования спектра. С точки зрения волновой теории всякий колебательный процесс можно характеризовать частотой колебаний, амплитудой и фазой. Амплитуда колебаний, точнее ее квадрат, определяет энергию колебаний. Фаза играет основную роль в явлении интерференции. Цвет всех лучей связан с частотой колебаний. В безвоздушном пространстве лучи любой частоты или длины волны распространяются с одинаковой скоростью. На основании соотношения с=ln, частота n обратно пропорциональна длине волны l (с=3.10^8м/_с – скорость света в вакууме).

Опыт показывает, что во всех более или менее плотных средах волны различной длины распространяются с различной скоростью. в силу этого, показатель преломления, представляющий отношение скорости с света в вакууме к скорости в данной среде:

n =

(1)

будет в одной и той же среде иметь различные значения для волн различной длины. Таким образом, входя в призму и выходя из нее, составные части белого луча испытывают различное преломление и выходят расходящимся цветным пучком.

Угол q между гранями призмы /рис.1/, через одну из которых свет проходит, а через другую входит, называется п р е л о м л я ю щ и м

у г л о м п р и з м ы. Противоположная ему грань называется о с н о в а н и е м п р и з м ы. При прохождении через призму лучи отклоняются к основанию призмы. Опыт Ньютона показывает, что среди лучей видимого света наименее преломляемыми являются лучи красного цвета, за ними, по степени преломляемости, идут оранжевые, желтые, зеленые, голубые, синие, фиолетовые лучи. n_фиол> n_кр

Зависимость показателя преломления среды от длины волны света, а также оптические явления, в которых эта зависимость обнаруживается, носят названия д и с п е р с и я света, а получаемую на экране цветную полосу называют дисперсионным спектром. Дисперсия называется н о р м а л ь н о й, если показатель преломления возрастает с уменьшением длины. В противном случае дисперсия называется а н о м а л ь н о й.

После двухкратного преломления на входной и выходной гранях призмы луч оказывается отклоненным от первоначального направления на угол d, называемый углом о т к л о н е н и я. Угол d имеет наименьшее значение при симметричном ходе лучей, т.е. когда AB параллельно основанию призмы. Угол j между крайними лучами дисперсионного спектра называется у г л о м дисперсии. Количественной мерой дисперсии света является отношение изменения показателя преломления Dn к соответствующему изменению длины световой волны Dl:

Д =

На явлении нормальной дисперсии основано действие призматических спектроскопов и спектрографов.