Спектр какого типа показан на рисунке

2. Типы оптических спектров

Спектрограф — прибор для регистрации излучения с помощью фотоматериалов или электронно-оптических преобразователей.

Внешний вид и устройство одного из таких приборов — двухтрубного спектроскопа — показано на рисунке \(1\).

Рис. \(1\). Устройство спектроскопа
Рис. \(2\). Схематичное изображение хода луча в спектроскопе

На рисунке \(2\) показано схематичное изображение хода луча в спектроскопе с целью получения визуальной картинки спектра, где отражены свойства линзы фокусировать лучи и призмы — их преломлять в зависимости от показателя преломления.

Типы спектров
Спектры классифицируют следующим образом.
\(1.\) Спектры излучения:

• непрерывные ( применительно к описанию визуальной картины спектра обозначает наличие всех длин волн видимого спектра, что определяет другое название такого вида спектра — сплошной );
• линейчатые ( обозначает наличие в спектре визуального изображения света с конкретной длиной волны (частотой) );
• полосатые (обозначает наличие на визуальной картине спектра совокупности большого числа близко расположенных полос).

\(2.\) Спектры поглощения.
Рассмотрим виды спектров.

Спектр сильно сжатых газов, которые нагреты до высокой температуры, является непрерывным (рис. \(3\)). Данный факт обусловлен незначительным различием при данных физических условиях между молекулярными силами взаимодействия в жидких, твердых и газообразных веществах.

Рис. \(3\). Непрерывный спектр

Спектр излучения нагретых до высокой температуры газообразных веществ выглядит на фотографии в виде линии, что и обуславливает его название — линейчатый . Эти линии соответствуют частотам собственных колебаний электронов в атомах.

Рис. \(4\). Линейчатый спектр

На рисунке мы видим спектр атомов натрия и не видим спектр атомов хлора, хотя нагревали поваренную соль. Для свечения атомов хлора необходимо больше энергии, чем для свечения атомов натрия. Поэтому спектр излучения атомов натрия яркий, а спектр атомов хлора не наблюдается .

Каждому химическому элементу присущ свой спектр излучения.

Для получения спектра поглощения исследуемое вещество, атомы и молекулы которого находятся в невозбужденном состоянии, облучается белым светом, который даёт сплошной спектр.

Линейчатые спектры характерны для газов и паров жидкости. Они создаются излучением отдельных атомов химических элементов, не связанных в молекулы.

На рисунке изображён спектр поглощения паров натрия при пропускании белого света. Электрон, переходя в возбуждённое состояние, забирает определённую порцию энергии, что отображено чёрной полоской. Так как полоска находится в жёлтом диапазоне спектра, то и поглощённая волна имеет такую же частоту.

Рис. \(5\). Спектр поглощения

Две тёмные спектральные линии поглощения расположены в том же самом месте, где находятся две цветные линии спектра излучения газообразного натрия. Эта особенность расположения линий в спектре излучения и спектре поглощения характерна для всех веществ.

В середине \(XIX\) в. к такому же выводу пришёл Г. Кирхгоф, сформулировав закон для всех химических элементов: атомы элементов поглощают те же длины волн, которые они излучают.

Рис. 1. Устройство спектроскопа.Poul la Cour & Jacob Appel, Public domain, via Wikimedia Commons. 2021-08-30.

Лабораторная работа «Наблюдение сплошного и линейчатых спектров в домашних условиях» физика 9,11 класс

Цель: наблюдение сплошного и линейчатых спектров излучения ионизированных газов, выделить основные отличительные признаки сплошного и линейчатого спектров. Познакомиться с приборами для изучения спектров и с методом спектрального анализа.

Оборудование : высоковольтный индуктор, источник питания, стеклянная пластина со скошенными гранями, спектральные трубки с водородом, неоном, гелий, свеча,лампа с вертикальной нитью накала,

призма прямого зрения.

Сайт виртуальной лаборатории :

Дневной свет

• Мы видим основные цвета полученного сплошного спектра в следующем порядке: фиолетовый, синий, голубой, зеленый, желтый, оранжевый, красный.
• Данный спектр непрерывен. Это означает, что в спектре представлены волны всех длин. Таким образом, мы выяснили, что сплошные спектры дают тела, находящиеся в твердом или жидком состоянии, а также сильно сжатые газы.

• Водородный спектр: фиолетовый, голубой, зеленый, оранжевый.

Наиболее яркой является оранжевая линия спектра.

• Спектр гелия: голубой, зеленый, желтый, красный.

Наиболее яркой является желтая линия.

Спектр неона: зеленый, желтый, оранжевый, красный.

Наиболее яркой является красная линия.

Спектр криптона: синий, голубой, зелёный,

Наиболее яркой является зелёная линия.

В составе какого химического соединения (спектры 2, 3, 4) содержится водород (спектр 1)?

В какой смеси газов (спектры 1, 3, 4) содержится гелий (2)?

На рисунке изображены спектры излучения водорода (1), гелия (2), натрия (3). Какие из этих элементов содержатся в смеси веществ? (4)

1. Войдите на сайт по QR -коду

2. Наблюдайте линейчатые спектры водорода, неона, гелий, свечи и дневного света на экране. Запишите наиболее яркие линии спектров. Зарисовать наблюдаемые спектры, дать ему характеристику

3.Выделить основные цвета полученного сплошного спектра и записать их в наблюдаемой последовательности.

4. Повторить опыт, рассматривая сплошной спектр через грани II призмы. Записать различия в виде спектров.

Запишите вывод по проделанной работе. Ответьте на вопросы: 1.Какие вещества и в каком состоянии дают линейчатые спектры. 2.Какие цвета более ярко выражены в спектрах неона, гелия и водорода. 3.Как называются приборы,с помощью которых можно изучать спектры. 4.Что такое спектральный анализ, его преимущество перед другими методами исследования.

Дополнительные задания:

1. Какой спектр представлен на рисунке?

2. В каком агрегатном состоянии находится вещество на изображенном спектре?

3. Содержится ли в смеси газов (спектр4):

А) натрий (спектр1) Б) водород (спектр 2)

В) гелий (спектр 3)?

4. В какой смеси газов (спектры 2, 3, 4) содержится водород (спектр 1)?

6. На рисунке изображены спектры излучения водорода (1), гелия (2), натрия (3). Какие из этих элементов содержатся в смеси веществ? (4)

-80%

Линейчатые спектры | теория по физике �� оптика

Если пропустить солнечный свет через стеклянную призму или дифракционную решётку, то на экране получится хорошо известный нам спектр. Спектр, который вы видите ниже, называется непрерывным спектром. Он представляет собой сплошную полосу, состоящую из разных цветов, плавно переходящих друг в друга.

Непрерывный (сплошной) спектр — разновидность спектра, в которой присутствуют все длины волн видимого диапазона (от красной границы до фиолетовой).

Излучения, обладающие непрерывным спектром:

• свет, излучаемый Солнцем;
• искусственный свет от лампы дневного освещения;
• любые твердые и жидкие тела, плотные газы, нагретые до высокой температуры.

Пример №1. Будет ли излучать свет в непрерывном спектре спираль работающей электроплиты?

В данном случае да, поскольку спирать — твердое тело, нагретое до высокой температуры.

Линейчатый спектр и его виды

Картина резко меняется, когда мы наблюдаем свечение, излучаемое разреженными газами. Спектр перестает быть непрерывным: в нём появляются разрывы, которые увеличиваются по мере разрежения газа. В предельном случае чрезвычайно разреженного атомарного газа спектр становится линейчатым.

Линейчатый спектр — спектр, который состоит из отдельных достаточно тонких линий.

Линейчатый спектр бывает двух видов:

• спектр испускания;
• спектр поглощения.

Спектр испускания

Предположим, что газ состоит из атомов некоторого химического элемента и разрежен настолько, что атомы почти не взаимодействуют друг с другом. Раскладывая в спектр излучение такого газа (нагретого до очень высокой температуры), мы сможем наблюдать такую картину, как на картинке ниже.

Спектр испускания — линейчатый спектр, который состоит из тонких изолированных разноцветных линий, соответствующих тем длинам волн света, который излучается атомами.

Любой атомарный разреженный газ излучает свет с линейчатым спектром. Но наибольшую важность имеет то, что для любого химического элемента спектр испускания является уникальным. Поэтому по нему можно устанавливать, какой химический элемент находится перед нами. Он является своего рода идентификатором.

Поскольку газ разрежен и атомы мало взаимодействуют друг с другом, мы можем сделать следующий вывод:

Свет излучают атомы сами по себе. Следовательно, каждый атом характеризуется дискретным, строго определённым набором длин волн излучаемого света. У каждого химического элемента этот набор свой.

Спектр поглощения

Атомы излучают свет в процессе перехода из возбуждённого состояния в основное. Но вещество может не только излучать, но и поглощать свет. При поглощении света атом совершает обратный процесс — он переходит из основного состояния в возбуждённое.

Снова рассмотрим разреженный атомарный газ, но теперь в охлажденном состоянии (при довольно низкой температуре). Свечения газа в этом случае мы не увидим. В не нагретом состоянии газ не излучает свечение, так как атомов в возбуждённом состоянии оказывается для этого слишком мало.

Если сквозь охлажденный газ пропустить свет с непрерывным спектром, мы увидим следующую картину (см. рисунок ниже).

Спектр поглощения — темные линии на фоне непрерывного спектра, соответствующие тем длинам волн света, которые поглощаются атомами и излучаются впоследствии при сильном нагревании.

Объясним, откуда берутся темные линии. Под действием падающего света газовые атомы переходят в возбуждённое состояние. При этом оказывается, что для возбуждения атомов нужны не любые длины волн, а лишь некоторые, строго определённые для данного вида газа. Именно эти длины волн газ поглощает из падающего на него света.

Внимание! Газ поглощает те длины волн, которые излучает сам. Поэтому, цветные линии на спектре испускания соответствуют темным линиям на спектре поглощения. Если их сложить, можно получить непрерывный спектр.

На рисунке ниже сопоставлены спектры испускания и поглощения разреженных паров натрия.

Глядя на спектры испускания и поглощения, ученые XIX века пришли к выводу, что атом не является неделимой частицей и обладает некоторой внутренней структурой. Ведь что-то внутри атома должно обеспечивать процессы излучения и поглощения света.

Кроме того, уникальность атомных спектров говорит о том, что этот механизм различен у атомов разных химических элементов. Поэтому атомы разных химических элементов должны отличаться по своему внутреннему устройству.

Спектральный анализ

Использование линейчатых спектров в качестве идентификаторов химических элементов лежит в основе спектрального анализа.

Спектральный анализ — метода исследования химического состава вещества по его спектру.

Идея спектрального анализа заключается в следующем. Спектр излучения исследуемого вещества сопоставляется с эталонными спектрами химических элементов. Затем делается вывод о присутствии или отсутствии различных химических элементов в исследуемом образце. При определённых условиях посредством спектрального анализа можно определить химический состав не только качественно, но и количественно.

В результате наблюдения различных спектров были открыты новые химические элементы. Первыми из таких элементов были цезий и рубидий. Названия эти элементы получили по цвету линий своего спектра. Так, в спектре цезия больше всего выражены две линии небесно-синего цвета, который на латинском языке звучит как caesius. Рубидий же даёт две отчетливые линии рубинового цвета.

В 1868 году в спектре солнечного света были обнаружены линии, не соответствующие ни одному из известных химических элементов. Этот элемент был назван гелием (от греческого гелиос — солнце). Впоследствии гелий был найден в атмосфере нашей планеты. Спектральный анализ излучения Солнца и других звезд показал, что все входящие в их состав входят элементы имеются и на Земле. Таким образом, оказалось, что все объекты Вселенной собраны из одного и того же набора элементов.

Пример №2. Какую картинку можно получить, если провести спектральный анализ вещества, состоящего из двух химических элементов?

Спектры испускания и спектры поглощения будут накладываться друг на друга. В итоге можно будет получить спектр испускания, в котором будут присутствовать все длины волн, соответствующие тем, что испускаются первым и вторым химическим элементом. В спектре поглощения эти же длины волн будут отсутствовать.

Текст: Алиса Никитина, 7.8k ��

Задание EF18348

На рисунке приведены спектр поглощения неизвестного газа и спектры поглощения атомарных паров известных элементов. По виду спектров можно утверждать, что неизвестный газ содержит атомы

а) азота (N), магния (Mg) и другого неизвестного вещества

б) только азота (N)

в) только магния (Mg)

г) только магния (Mg) и азота (N)

Алгоритм решения

1. Определить, при каком условии можно считать, что данный химический элемент входит в состав неизвестного газа.
2. Сравнить спектр поглощения неизвестного газа и магния. Сделать вывод о том, присутствует ли магний в газе.
3. Сравнить спектр поглощения неизвестного газа и азота. Сделать вывод о том, присутствует ли азот в газе.
4. Установить, содержит ли неизвестный газ какие-либо еще элементы.

Решение

Если спектр поглощения неизвестного газа содержит все линии, которые есть на спектре известного элемента, то этот газ содержит этот элемент.

Видно, что спектр поглощения неизвестного газа включает в себя все линии, которые есть в спектре поглощения магния. Следовательно, этот газ содержит магний.

Видно, что спектр поглощения неизвестного газа включает в себя все линии, которые есть в спектре поглощения азота. Следовательно, этот газ также содержит азот.

Но кроме линий, соответствующих азоту и магнию, на спектре поглощения газа наблюдаются другие линии. Следовательно, газ содержит как минимум еще один элемент.

Задание EF18254

На рисунке приведены спектр поглощения разреженных атомарных паров неизвестного вещества (в середине) и спектры поглощения паров известных элементов (вверху и внизу). По анализу спектров можно утверждать, что неизвестное вещество содержит

а) только натрий (Na) и водород (Н)

б) только водород (Н) и гелий (Не)

в) водород (Н), гелий (Не) и натрий (Na)

г) натрий (Na), водород (H) и другие элементы, но не гелий (He)

Алгоритм решения

1. Определить, при каком условии можно считать, что данный химический элемент входит в состав неизвестного газа.
2. Сравнить спектр поглощения неизвестного вещества и водорода. Сделать вывод о том, присутствует ли водород в веществе.
3. Сравнить спектр поглощения неизвестного вещества и гелия. Сделать вывод о том, присутствует ли гелий в веществе.
4. Сравнить спектр поглощения неизвестного вещества и натрия. Сделать вывод о том, присутствует ли натрий в веществе.
5. Установить, содержит ли неизвестный газ какие-либо еще элементы.

Решение

Если спектр поглощения неизвестного газа содержит все линии, которые есть на спектре известного элемента, то этот газ содержит данный элемент.

Видно, что спектр поглощения неизвестного вещества включает в себя все линии, которые есть в спектре поглощения водорода и натрия. Но линий, соответствующих спектру поглощения гелия, в нем нет. Следовательно, это вещество содержит водород, натрий, но не содержит гелий.

Кроме линий, соответствующих водороду и натрию, на спектре поглощения вещества наблюдаются другие линии. Следовательно, оно содержит как минимум еще один элемент.

Задание EF17744

На рисунках А, Б и В приведены спектры излучения паров кальция Ca, стронция Sr и неизвестного образца.

Можно утверждать, что в неизвестном образце

а) не содержится стронция

б) не содержится кальция

в) содержатся кальций и ещё какие-то элементы

г) содержится только кальций

Алгоритм решения

1. Определить, при каком условии можно считать, что данный химический элемент входит в состав неизвестного образца.
2. Сравнить спектр излучения неизвестного образца и стронция. Сделать вывод о том, присутствует ли стронций в составе образца.
3. Сравнить спектр излучения неизвестного образца и кальция. Сделать вывод о том, присутствует ли кальций в составе образца.
4. Установить, содержит ли неизвестный газ какие-либо еще элементы.
5. Выбрать подходящее утверждение.

Решение

Если спектр излучения неизвестного образца содержит все линии, которые есть на спектре излучения известного элемента, то этот образец содержит данный элемент.

Видно, что спектр излучения неизвестного образца включает в себя все линии, которые есть в спектре излучения стронция. Но линий, соответствующих спектру излучения кальция, в нем нет. Следовательно, этот образец не содержит кальций.

Кроме линий, соответствующих стронцию, на спектре излучения неизвестного образца наблюдаются другие линии. Следовательно, он содержит как минимум еще один элемент.

Из всех перечисленных утверждений верным является только одно — образец не содержит кальция.

Типы оптических спектров. Спектральный анализ

Посмотрев данный видеоурок, вы узнаете, какие тела дают сплошной спектр и от каких источников получают линейчатые спектры. Так же мы выясним, чем различаются линейчатые спектры испускания и поглощения. Познакомимся с методом спектрального анализа и узнаем, какие открытия были сделаны с помощью этого метода.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет.

Получите невероятные возможности

1. Откройте доступ ко всем видеоурокам комплекта.

2. Раздавайте видеоуроки в личные кабинеты ученикам.

3. Смотрите статистику просмотра видеоуроков учениками.
Получить доступ

Конспект урока «Типы оптических спектров. Спектральный анализ»

На прошлом уроке мы с вами говорили о дисперсии света. Напомним, что дисперсией называется зависимость показателя преломления вещества и скорости света в нём от частоты падающего света.

Как показали опыты Ньютона, белый свет является сложным: пройдя через призму он разлагается на пучки различных цветов, которые образуют на экране разноцветную полоску, называемую спектром. И хотя, перечисляя цвета спектра, обычно называют семь цветов, начиная с красного и заканчивая фиолетовым, на самом деле один цвет переходит в другой постепенно.

Исследования, проведённые при помощи специального чувствительного термометра, показали, что спектр излучения нагретых тел, кроме видимых лучей, содержит ещё и невидимые лучи. Открыты они были в тысяча восьмисотом году английским астрономом Уильямом Гершелем. Одновременно с изучением Солнца, он искал способы уменьшения нагревания инструментов для наблюдения. Для этого Гершель помещал края термометров, у которых резервуар с ртутью был затемнён сажей, в различные участки спектра.

Какого же было его удивление, когда он обнаружил, что максимум тепла находится за насыщенным красным цветом. Из-за повышенной способности лучей нагревать тела, они были названы тепловыми, а затем (уже учитывая их расположение в спектре) — инфракрасными. Сейчас достоверно известно, что в инфракрасном диапазоне светится вся наша планета и все предметы на ней, даже лёд.

В 1801 году немецким физиком Иоганном Вильгельмом Риттером был обнаружен ещё один вид невидимого излучения, располагавшийся перед фиолетовой областью видимого спектра. Это — известное вам ультрафиолетовое излучение, обладающее сильным физиологическим воздействием.

Поскольку в спектрах нагретых тел нет пустых промежутков, то такие спектры являются непрерывными или, как их ещё называют, сплошными. Их дают раскалённые твёрдые тела и жидкости, а также пары́ и газы, находящиеся под очень большим давлением.

Например, сплошной спектр можно увидеть, направив спектроскоп на свет раскалённой спирали электрической лампочки или пламя свечи.

В середине девятнадцатого века немецкий физик Роберт Вильгельм Бунзен изобрёл специальную газовую горелку, называемую нами горелкой Бунзена. Вы спросите, а причём тут спектр?

Дело в том, что вещества, внесённые в пламя горелки, превращались в пар и окрашивали пламя в различные цвета. Например, медь окрашивала пламя в зелёный цвет, поваренная соль — в жёлтый, а литий — в малиново-красный.

Так вот, немецкий физик Густав Роберт Кирхгоф предложил пропускать такой свет пламени через призму. Например, если в пламя горелки внести кусочек поваренной соли, то на бледном фоне сплошного спектра горелки возникнет яркая жёлтая линия, которую дают пары натрия.

Если же в пламя горелки внести литий или стронций, то пламя окрасится в малиново-красный цвет. Однако спектры паров лития и стронция будут существенно различаться. После прохождения через призму свет литиевого пламени даёт две линии — яркую малиновую и слабую оранжевую. А вот стронций — голубую, две красные и оранжевую линии.

Характерный спектр, также состоящий из набора отдельных цветных линий, даёт свечение газового разряда в трубке, содержащей исследуемый газ. Например, спектр испускания атомарного водорода содержит четыре цветные линии различной яркости, которые разделены широкими тёмными промежутками.

Спектр испускания гелия включает уже семь цветных линий.

Таким образом, спектры испускания различных веществ, находящихся в атомарном состоянии, представляют собой набор отдельных цветных линий на чёрном фоне. Такие спектры получили название линейчатых спектров испускания.

Как показали тщательные измерения, атомы каждого химического элемента испускают излучение, спектр которого не похож на спектры других элементов. Как не бывает людей с одинаковыми отпечатками пальцев, окраской радужной оболочки глаз, или китов с одинаковой окраской хвостового плавника, так и не существует двух химических элементов, атомы которых излучали бы одинаковый набор спектральных линий. Поэтому для каждого химического элемента составлена специальная таблица, в которой указаны характерные для него линии и их яркость.

Все описанные нами спектры получались при разложении излучаемого света самосветящимися телами. Такие спектры получили название спектров испускания. Но кроме них существуют ещё и так называемые спектры поглощения. Чтобы пронаблюдать такой спектр видоизменим предыдущий опыт. Поместим перед ненагретыми парами водорода источник света, дающий непрерывный спектр. При этом на экране, установленным за призмой, будем наблюдать сплошной спектр, перерезанный тёмными линиями. Эти линии получили название линий поглощения, а сам спектр — линейчатого спектра поглощения.

В 1859 году Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф установили, что линии поглощения находятся в тех же участках спектра, где должны быть расположены яркие линии в линейчатом спектре испускания, присущие данному газу. На основе этих наблюдений Кирхгоф сформулировал закон обратимости спектральных линий: атомы менее нагретых тел поглощают из сплошного спектра только те частоты, которые в других условиях они испускают.

Эта закономерность даёт возможность обнаружить те или иные элементы в данном веществе.

Кстати впервые линейчатый спектр поглощения наблюдал ещё в 1802 году английский врач и химик Уильям Хайд Волластон. Изучая непрерывный спектр Солнца, он обнаружил в нем несколько резких тёмных линий. Однако учёный не придал им особого значения, считая, что их появление зависит от внешних причин. Только через двенадцать лет немецкий физик Йозеф Фраунгофер, продолжая исследования тёмных линий в спектре Солнца (а их насчитывается около 20 тысяч), убедился, что их причина не оптический обман, а сама природа солнечного света. Впоследствии эти линии были названы фраунгоферовыми линиями солнечного спектра.

Также при изучении спектра Солнца в 1868 году был открыт неизвестный ранее химический элемент, названный гелием (от греческого слова «гелиос» — Солнце). А на Земле этот газ открыли только через 27 лет.

Таким образом, анализ линейчатых спектров излучения и поглощения позволяет расшифровать состав излучающего вещества.

Метод определения химического состава вещества по его спектру называют спектральным анализом. Данный метод был разработан в тысяча восемьсот пятьдесят девятом году уже известными нам Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгофом, что ознаменовало появление нового раздела физики — спектроскопии, изучающей спектры электромагнитного излучения.

Спектральный анализ при всей своей простоте, обладает рекордной чувствительностью: с его помощью можно обнаружить примесь нужного элемента в составе сложного вещества даже в том случае, когда его масса не превышает и тысячной доли микрограмма. Так, например, основатели спектрального анализа, исследуя спектры паров щелочных металлов лития, натрия и калия, обнаружили новые элементы — рубидий и цезий, названные так по цвету наиболее ярких линий в их спектрах: рубидий даёт темно-красные, рубиновые линии, а слово «цезий» означает «небесно-голубой».

При выполнении спектрального анализа вещества с неизвестным химическим составом его сначала приводят в атомарное состояние и сообщают атомам большую энергию. Для этого, чаще всего, используются высокотемпературные источники света. В них помещается исследуемое вещество в виде порошка или аэрозоля, а затем при помощи спектрографа получают фотографию спектров. Сравнивая полученный линейчатый спектр с известными спектрами химических элементов, можно определить, какие элементы имеются в составе исследуемого вещества.

Благодаря относительной простоте и достаточной универсальности спектральный анализ является основным методом для контроля состава вещества в машиностроении и металлургии, атомной индустрии. С его помощью определяется химический состав руд и минералов, определяется возраст археологических находок, используется и в криминалистике.

Спектральный анализ в астрофизике даёт возможность определять не только химический состав звёзд и газопылевых облаков, но и некоторые другие физические характеристики, например, температуру, давление, скорость движения небесного тела и индукцию его магнитного поля. Именно благодаря спектральному анализу было открыто смещение спектральных линий в спектрах галактик, что свидетельствовало о расширении нашей Вселенной.