Вам знадобиться

• - Спектроскоп;
• - газова горілка;
• - маленька керамічна або порцелянова ложка;
• - чиста кухонна сіль;
• - прозора пробірка, наповнена вуглекислим газом;
• - потужна лампа розжарювання;
• - потужна "економічна" газосвітла лампа.

Інструкція

Для дифракційного спектроскопа візьміть компакт-диск, картонну коробочку, картонний футляр від градусника. Виріжте шматок диска за розміром коробочки. На верхній площині коробки, поряд з її короткою стінкою, розташуйте окуляр під кутом приблизно 135 ° до поверхні. Окуляр є шматком футляра від градусника. Місце для щілини оберіть експериментально, по черзі протикаючи і заклеюючи дірочки на іншій короткій стінці.

Напроти щілини спектроскопа встановіть потужну лампу розжарювання. В окулярі спектроскоп ви побачите безперервний спектр. Такий спектральний існує у будь-якого нагрітого предмета. У ньому немає ліній виділення та поглинання. Цей спектр відомий як .

Наберіть у маленьку керамічну або порцелянову ложку солі. Направте щілину спектроскопа на темну ділянку, що не світиться, що знаходиться вище світлого полум'я пальника. Введіть в полум'я ложку . У момент, коли полум'я забарвиться інтенсивно жовтий колір, в спектроскопі можна буде спостерігати спектр випромінювання досліджуваної солі (хлористого натрію), де особливо яскраво буде видна лінія випромінювання в жовтій області. Такий самий експеримент можна провести з хлористим калієм, солями міді, вольфраму тощо. Так виглядають спектри випромінювання – світлі лінії на певних ділянках темного тла.

Направте робочу щілину спектроскопа на яскраву лампу розжарювання. Помістити прозору пробірку, наповнену вуглекислим газом так, щоб вона перекрила робочу щілину спектроскопа. В окулярі можна спостерігати безперервний спектр, перетнутий темними вертикальними лініями. Це так званий спектр поглинання, в даному випадку – вуглекислого газу.

Направте робочу щілину спектроскопа на включену "економічну" лампу. Замість звичного безперервного спектру ви побачите набір вертикальних ліній, розташованих у різних частинах і мають здебільшого різні кольори. Звідси можна зробити висновок, що спектр випромінювання такої лампи сильно відрізняється від спектру звичайної лампи розжарювання, що на око невідчутно, але впливає на процес фотографування.

Відео на тему

Зверніть увагу

Існує 2 типи спектроскопів. У першому використовується прозора дисперсійна тригранна призма. Світло від об'єкта, що досліджується, подається на неї через вузьку щілину і спостерігається з боку іншої грані за допомогою окулярної трубки. Щоб уникнути світлових перешкод, вся конструкція накривається світлонепроникним кожухом. Вона може також складатися із ізольованих від світла елементів і трубок. Застосування лінз у такому спектроскопі необов'язкове. Другий тип спектроскопа – дифракційний. Основним його елементом є дифракційна решітка. Світло від об'єкта також бажано подавати через щілину. Як дифракційні грати в саморобних конструкціях зараз часто використовують шматки від CD та DVD дисків. Для запропонованих експериментів підійде будь-який тип спектроскоп;

Поварена сіль не повинна містити йоду;

Експерименти краще проводити із помічником;

Усі експерименти краще проводити у затемненому приміщенні та обов'язково на чорному тлі.

Корисна порада

Щоб отримати вуглекислий газ у пробірці, помістіть туди шматочок звичайної шкільної крейди. Залийте його соляною кислотою. Отриманий газ зберіть у чисту пробірку. Вуглекислий газ важчий за повітря, тому він збиратиметься внизу порожньої пробірки, витісняючи з неї повітря. Для цього порожню пробірку опустіть трубку від джерела газу, тобто від пробірки, в якій була реакція.

Фізичний термін "спектр" походить від латинського слова spectrum, що означає "бачення", або навіть "привид". Але предмет, названий таким похмурим словом, має пряме відношення до такого прекрасного явища природи, як веселка.

У широкому значенні спектром називається розподіл значень тієї чи іншої фізичної величини. Окремий випадок – розподіл значень частот електромагнітного випромінювання. Світло, яке сприймається людським оком – це теж різновид електромагнітного випромінювання, і він має спектр.

Відкриття спектру

Честь відкриття спектру світла належить І. Ньютону. Приступаючи до цього дослідження, вчений мав практичну мету: підвищити якість лінз для телескопів. Проблема полягала в тому, що краї зображення, яке можна було спостерігати в , фарбувалися у всі кольори веселки.

І.Ньютон поставив досвід: у затемнену кімнату через маленький отвір проникав промінь світла, що падав на екран. Але на шляху його було встановлено тригранну скляну призму. На екрані замість білої світлової плями позначилася райдужна смуга. Біле сонячне світло виявилося складним, складним.

Вчений ускладнив досвід. Він почав проробляти в екрані маленькі отвори, щоб через них проходив лише один кольоровий промінь (наприклад, червоний), а за екраном другий і ще один екран. Виявилося, що кольорові промені, на які розклала світло перша призма, не розкладаються на складові, проходячи через другу призму, вони тільки відхиляються. Отже, ці світлові промені є простими, а переломлювалися вони по-різному, що дозволило « » світло на частини.

Так стало ясно, що різні кольори не походять від різних ступенів «змішування світла з пітьмою», як вважалося до І. Ньютона, а є складовими частинами самого світла. Цей склад і було названо спектром світла.

Відкриття І. Ньютона мало важливе значення для свого часу, воно багато дало дослідженню природи світла. Але справжній переворот у науці, пов'язаний із дослідженням спектра світла, стався в середині ХІХ століття.

Німецькі вчені Р.В.Бунзен та Г.Р.Кірхгоф вивчали спектр світла, що випромінюється вогнем, до якого домішуються випари різних солей. Спектр змінювався залежно від домішок. Це привело дослідників до думки, що за світловими спектрами можна судити про хімічний склад Сонця та інших зірок. Так народився метод спектрального аналізу.

Вид спектрів газів, що світяться, залежить від хімічної природи газу.

Спектр випромінювання

Питання 5. Спектри випромінювання. Спектри поглинання

Запитання 4. Застосування дисперсії

Явище дисперсії лежить в основі пристрою призмінних спектральних приладів: спектроскопів та спектрографів, які служать для отримання та спостереження спектрів. Хід променів у найпростішому спектрографі показано на рис.4.

Висвітлювана джерелом світла щілина, поміщена у фокусі лінзи коліматора, посилає на цю лінзу пучок променів, що розходяться, які лінза (коліматорний об'єктив) звертає в пучок паралельних променів.

Ці паралельні промені, переломлюючись у призмі, розпадаються на промені світла різного кольору (тобто різної), які збираються камерною лінзою (камерним об'єктивом) у її фокальній площині і замість одного зображення щілини виходить цілий ряд зображень. Кожна частота відповідає своє зображення. Сукупність цих зображень і є спектром. Спектр можна спостерігати через окуляр, що використовується як лупа. Такий прилад називають спектроскопом. Якщо потрібно отримати фотографію спектра, то фотопластинку поміщають у фокальній площині камерного об'єктива. Прилад для фотографування спектру називають спектрографом.

Якщо світло від розпеченого твердого тілапропустити через призму, то на екрані за призмою отримаємо безперервний суцільний спектр випромінювання.

Якщо джерелом світла є газ чи пара, то картина спектра суттєво змінюється. Спостерігається сукупність яскравих ліній розділених темними проміжками. Такі спектри називаються лінійчастими. Прикладами лінійних спектрів можуть бути спектри натрію, водню і гелію.

Кожен газ чи пара дає свій, характерний лише йому спектр. Тому спектр газу, що світиться, дозволяє зробити висновок про його хімічний склад. Якщо джерелом випромінювання є молекули речовини, то спостерігається смугастий спектр.

Усі три види спектрів – суцільний, лінійний та смугастий – є спектрами випромінювання.

Крім спектрів випромінювання існують спектри поглинання, які отримують у такий спосіб.

Біле світло від джерела пропускають через пари досліджуваної речовини та направляють на спектроскоп або інший прилад, призначений для дослідження спектра.

У цьому випадку не на тлі суцільного спектру видно темні лінії, розташовані в певному порядку. Їх кількість і характер розташування дозволяють будувати висновки про склад досліджуваного речовини.

Наприклад, якщо на шляху променів знаходяться пари натрію, на суцільному спектрі виникає темна смуга там спектра, де повинна була розташовуватися жовта лінія спектру випромінювання парів натрію.

Розглянуте явище було пояснено Кірхгофом, тим, хто показав, що атоми даного елемента поглинають ті ж світлові хвилі, які вони самі випускають.

Щоб пояснити походження спектрів, потрібно знати будову атома. Ці питання будуть розглянуті у подальших лекціях.

Література:

1. И.И.Наркевич та інших. Фізика.- Мінськ: Изд-во “ТОВ Нове знання”, 2004.

2. Р.І. Грабовський. Курс фізики. - СПб. - М. - Краснодар: Вид-во "Лань", 2006.

3. В.Ф.Дмитрієва. - М.: Видавництво "Вища школа", 2001.

4. А.Н.Ремізов. Курс фізики, електроніки та кібернетики. - М.: Изд-во "Вища школа", 1982

5. Л.А. Аксенович, Н.Н.Ракіна. Фізика. - Мінськ: Видавництво "Дизайн ПРО", 2001.

• Tutorial

Друзі наближається вечір п'ятниці, це чудовий інтимний час, коли під покровом манячого сутінка можна дістати свій спектрометр і всю ніч, до перших променів сонця, що сходить, міряти спектр лампи розжарювання, а коли зійде сонце поміряти і його спектр.
Як у вас все ще немає спектрометра? Не біда пройдімо під кат і виправимо це непорозуміння.
Увага! Ця стаття не претендує на статус повноцінного туторіалу, але можливо вже через 20 хвилин після її прочитання ви розкладете свій перший спектр випромінювання.

Людина та спектроскоп

Я розповідатиму вам у тому порядку, в якому проходив усі етапи сам, можна сказати від гіршого на краще. Якщо хтось націлений відразу на більш-менш серйозний результат, то половину статті можна сміливо пропустити. Ну а людям з кривими руками (як у мене) і просто цікавим буде цікаво почитати про мої поневіряння з самого початку.
В інтернеті гуляє достатньо матеріалів про те, як зібрати спектрометр/спектроскоп своїми руками з підручних матеріалів.
Для того щоб обзавестися спектроскопом в домашніх умовах, у найпростішому випадку знадобиться зовсім небагато - CD/DVD болванка та коробка.
На мої перші досліди у вивченні спектру мене наштовхнув цей матеріал.

Власне завдяки напрацюванням автора, я зібрав свій перший спектроскоп з пропускної дифракційної решітки DVD диска і картонної коробки з-під чаю, а ще раніше до цього мені вистачило щільного шматка картону з прорізом і решітки, що пропускають, від DVD болванки.
Не можу сказати, що результати були приголомшливі, але перші спектри отримати цілком вдалося, дивом збережені фотографії процесу під спойлером

Фото спектроскопів та спектру

Найперший варіант зі шматком картону

Другий варіант із коробкою з під чаю

І знятий спектр

Єдине для моєї зручності, він модифікував цю конструкцію USB відеокамерою, вийшло так:

фото спектрометра

Відразу скажу, ця модифікація позбавила мене необхідності користуватися камерою мобільного телефону, але був один недолік камеру не вдалося відкалібрувати під налаштування сервісу Spectral Worckbench (про який піде нижче мова). Тому захоплення спектра в режимі реального часу мені не вдалося здійснити, але розпізнавати вже зібрані фотографії цілком.

Отже, припустимо ви купили або зібрали спектроскоп за вказаною вище інструкцією.
Після цього створіть обліковий запис у проекті PublicLab.org і переходьте на сторінку сервісу SpectralWorkbench.org Далі я опишу вам методику розпізнавання спектра, якою користувався сам.
Для початку нам треба буде відкалібрувати наш спектрометр, Для цього вам буде необхідно отримати знімок спектру люмінесцентної лампи, бажано - стельової великої, але підійде і енергозберігаюча лампа.
1) Натискаємо кнопку Capture spectra
2) Upload Image
3) Заповнюємо поля, вибираємо файл, вибираємо new calibration, вибираємо девайс (можна вибрати міні спектроскоп або просто custom), вибираємо який у вас спектр вертикальний чи горизонтальний, щоб було зрозуміло спектри на скріншоті попередньої програми – горизонтальні
4) Відкриється вікно із графіками.
5) Перевіряємо, як поверне ваш спектр. Зліва має бути синій діапазон, праворуч – червоний. Якщо це не так вибираємо кнопку more tools - flip horizontally, після чого бачимо, що зображення повернулося а графік немає, так що натискаємо more tools - re-extract from foto, всі піки знову відповідають реальним пікам.

6) Натискаємо кнопку Calibrate, натискаємо begin, вибираємо синій пік прямо на графіку (див. скріншот), натискаємо ЛКМ і відкривається спливаюче вікно ще раз, тепер нам треба натиснути finish і вибрати крайній зелений пік, після чого сторінка оновиться і ми отримаємо відкаліброване довжини хвиль зображення.
Тепер можна заливати й інші спектри, що досліджуються, при запиті калібрування потрібно вказувати вже відкалібрований нами раніше графік.

Скріншот

Вигляд настроєної програми

Увага! Калібрування передбачає, що ви надалі робитимете знімки на той самий апарат, який калібрували зміну апарату дозволу знімків, сильне зміщення спектра на фото щодо положення на відкаліброваному прикладі, може спотворити результати вимірювання.
Чесно зізнаюся я свої знімки злегка правив у редакторі. Якщо де було засвітлення, затемнював оточення, іноді трохи повертав спектр, щоб отримати прямокутне зображення, але ще раз повторюю розмір файлу та розташування щодо центру знімка самого спектра краще не змінювати.
З іншими функціями на кшталт макросів, авто або ручного підстроювання яскравості я пропоную вам розібратися самостійно, на мій погляд вони не такі критичні.
Отримані графіки потім зручно переносити CSV, при цьому перше число буде дробової (ймовірно дробової) довгої хвилі, а через кому буде усереднене відносне значення інтенсивності випромінювання. Отримані значення красиво виглядати у вигляді графіків, побудованих наприклад у Scilab

SpectralWorkbench.org має програми для смартфонів. Я ними не користувався. тому оцінити не можу.

Барвистий вам день у всіх кольорах веселки друзі.

ПОШИРЕННЯ СВІТЛА

Візьми три картки-листівки та ножицями проріж у середині кожної картки отвір розміром з копійчану монету. Зроби з грудок пластиліну підставку для кожної картки та приліпи їх на стіл у лінію так, щоб отвори знаходилися на одній прямій.

Посвіти ліхтариком в отвір картки, яка розташована від тебе далі, і подивися крізь отвір найближчої картки.

Що ти бачиш? Що можна сказати про траєкторію, якою світло проходить від ліхтарика до твого ока?

Відсунь середню картку на пару сантиметрів убік, щоб тепер вона загороджувала шлях світла. Що ти тепер бачиш? Що сталося зі світлом? Чи можна побачити якісь сліди світла на відсунутій картці?

Світло поширюється прямою лінією. Коли всі три отвори знаходяться на одній лінії, світло поширюється від ліхтарика вздовж цієї лінії і потрапляє прямо тобі в очі;

Коли середня картка зсунута, то шляху світла з'являється перешкода, і світло неспроможна її обігнути, оскільки поширюється прямий. Картка не дає йому пройти шлях до твого ока.

ОТРИМАННЯ СПЕКТРА

Білий колір насправді є чимось більшим, ніж здається на перший погляд. Це суміш усіх кольорів веселки - червоного, оранжевого жовтого, зеленого, блакитного, синього і фіолетового. Ці кольори складають так званий видимий спектр. Є кілька способів, як розділити біле світло на складові. Ось один із них.

Наповни миску водою і постав на добре освітлену сонцем поверхню. Постав усередину дзеркало і нахили його так, щоб воно спиралося на один з бортиків кювети.

Подивися на відображення, яке дзеркало відкидає на довколишню поверхню. Що ти бачиш? Щоб зробити зображення чіткішим, помістіть у місце, куди відкидається відображення, лист білого паперу.

Світло поширюється хвилями. Як і у морських хвиль, вони мають гребені, звані максимумами, і западини, звані мінімумами. Відстань від одного максимуму до іншого називається довжиною хвилі.

Пучок білого світла містить промені світла з різними довжинами хвиль. Кожна довжина хвилі відповідає певному кольору. V червоного кольору найдовші хвилі. Далі йдуть помаранчевий, потім жовтий, зелений, блакитний та синій кольори. У фіолетового кольору найкоротші хвилі.

Коли біле світло відбивається в дзеркалі через воду, воно розкладається на його кольори. Вони розходяться і утворюють картинку з паралельних кольорових смуг, яка називається спектром.

А подивися на поверхню компакт-диска. Звідки тут узялася веселка?

СПЕКТР НА СТЕЛІ

Заповни склянку водою одну третину. Постав книжки чаркою на якусь гладку поверхню. Стопка повинна бути трохи вищою, ніж довжина ліхтарика.

Постав склянку на стопку книг зверху так, щоб частина її трохи висувалась за край книги і висіла в повітрі, але склянка б не падала.

Постав ліхтарик під частиною склянки, що звисається, майже вертикально, і закріпи його в такому положенні за допомогою шматочка пластиліну, щоб не ковзав. Увімкни ліхтарик і погаси світло в кімнаті.

Подивися на стелю. Що ти бачиш?
Повтори досвід, але тепер уже наповни склянку на дві третини. Як змінилася веселка?

Промінь ліхтарика падає на заповнену водою склянку під невеликим кутом. В результаті біле світло розкладається на складові його компоненти. Сусідні один з одним кольори продовжують свій шлях по траекторіях, що розходяться і, потрапляючи врешті-решт на стелю, дають такий чудовий спектр.

Вступ ………………………………………………………………………………….2

Механізм випромінювання……………………………………………………………………..3

Розподіл енергії в спектрі……………………………………………………….4

Види спектрів…………………………………………………………………………….6

Види спектральних аналізів……………………………………………………………7

Заключение………………………………………………………………………………..9

Література……………………………………………………………………………….11

Вступ

Спектр – це розкладання світла на складові, промені різних кольорів.

Метод дослідження хімічного складу різних речовин за їх лінійними спектрами випромінювання або поглинання називають спектральний аналіз.Для спектрального аналізу потрібна незначна кількість речовини. Швидкість і чутливість зробили цей метод незамінним як і лабораторіях, і у астрофізиці. Оскільки кожен хімічний елемент таблиці Менделєєва випромінює характерний лише нього лінійний спектр випромінювання і поглинання, це дає можливість досліджувати хімічний склад речовини. Вперше його спробували зробити фізики Кірхгоф і Бунзен у 1859 році. Спектроскоп.Світло пропускалося в нього через вузьку щілину, прорізану з одного краю підзорної труби (ця труба із щілиною називається коліматор). З коліматора промені падали на призму, накриту ящиком, обклеєним зсередини чорним папером. Призма відхиляла убік промені, що йшли із щілини. Виходив спектр. Після цього завісили вікно шторою і поставили біля щілини коліматора запалений пальник. У полум'я свічки вводили по черзі шматочки різних речовин, і дивилися через другу підзорну трубу на спектр, що виходить. Виявлялося, що розпечені пари кожного елемента давали промені строго певного кольору, і призма відхиляла ці промені на строго певне місце, і жоден колір тому міг замаскувати інший. Це дозволило зробити висновок, що радикально знайдено новий спосіб хімічного аналізу – за спектром речовини. У 1861 Кірхгоф довів на основі цього відкриття присутність у хромосфері Сонця ряду елементів, започаткувавши астрофізику.

Механізм випромінювання

Джерело світла має споживати енергію. Світло - це електромагнітні хвилі із довжиною хвилі 4*10 -7 - 8*10 -7 м. Електромагнітні хвилі випромінюються при прискореному русі заряджених частинок. Ці заряджені частки входять до складу атомів. Але, не знаючи, як улаштований атом, нічого достовірного про механізм випромінювання сказати не можна. Зрозуміло, що всередині атома немає світла так само, як у струні рояля немає звуку. Подібно до струни, що починає звучати лише після удару молоточка, атоми народжують світло тільки після їх збудження.

Для того, щоб атом почав випромінювати, йому необхідно передати енергію. Випромінюючи, атом втрачає отриману енергію, і для безперервного світіння речовини необхідний приплив енергії до атомів ззовні.

Теплове випромінювання.Найпростіший і найпоширеніший вид випромінювання - теплове випромінювання, у якому втрати атомами енергії на випромінювання світла компенсуються з допомогою енергії теплового руху атомів чи (молекул) випромінюючого тіла. Що температура тіла, то швидше рухаються атоми. При зіткненні швидких атомів (молекул) одна з одною частина їх кінетичної енергії перетворюється на енергію збудження атомів, які потім випромінюють світло.

Тепловим джерелом випромінювання є Сонце, і навіть звичайна лампа розжарювання. Лампа дуже зручне, але малоекономічне джерело. Лише приблизно 12% усієї енергії, що виділяється в лампі електричним струмом, перетворюється на енергію світла. Тепловим джерелом світла є полум'я. Крупинки сажі розжарюються за рахунок енергії, що виділяється при згорянні палива, і випромінюють світло.

Електролюмінесценція.Енергія, необхідна атомам випромінювання світла, може запозичуватися і з нетеплових джерел. При розряді у газах електричне поле повідомляє електронам велику кінетичну енергію. Швидкі електрони відчувають зіткнення з атомами. Частина кінетичної енергії електронів йде на збудження атомів. Порушені атоми віддають енергію у вигляді світлових хвиль. Завдяки цьому розряд у газі супроводжується світінням. Це і є електролюмінесценція.

Катодолюмінесценція.Світіння твердих тіл, викликане бомбардуванням їх електронами, називають катодолюмінісенцією. Завдяки катодолюмінесценції світяться екрани електронно-променевих трубок телевізорів.

Хемілюмінесценція.При деяких хімічних реакціях, що з виділенням енергії, частина цієї енергії безпосередньо витрачається на випромінювання світла. Джерело світла залишається холодним (він має температуру навколишнього середовища). Це явище називається хеміолюмінесценкіей.

Фотолюмінесценція.Падаючий на речовину світло частково відбивається, а частково поглинається. Енергія світла, що поглинається, в більшості випадків викликає лише нагрівання тіл. Однак деякі тіла самі починають світитися безпосередньо під дією випромінювання, що падає на нього. Це і є фотолюмінесценція. Світло збуджує атоми речовини (збільшує їхню внутрішню енергію), після чого вони висвічуються самі. Наприклад, фарби, що світяться, якими покривають багато ялинкових іграшок, випромінюють світло після їх опромінення.

Випромінюваний при фотолюмінесценції світло має, як правило, більшу довжину хвилі, ніж світло, що збуджує свічення. Це можна спостерігати експериментально. Якщо направити на посудину з флюоресцеїтом (органічний барвник) світловий пучок,

пропущений через фіолетовий світлофільтр, то ця рідина починає світитися зелено - жовтим світлом, тобто світлом більшої довжини хвилі, ніж у фіолетового світла.

Явище фотолюмінесценції широко використовується у лампах денного світла. Радянський фізик С. І. Вавілов запропонував покривати внутрішню поверхню розрядної трубки речовинами, здатними яскраво світитися під дією короткохвильового випромінювання газового розряду. Лампи денного світла приблизно в три-чотири рази економічніші за звичайні лампи розжарювання.

Перераховані основні види випромінювань та джерела, що їх створюють. Найпоширеніші джерела випромінювання – теплові.