Имангалиева Балия Санаковна аға оқытушы (ТАӘ, лауазымы, ғылыми дәрежесі) Орал, 2021 ж. Syllabus мемлекеттік білім беру стандарты /типтік оқу жоспары/ білім беру бағдарламасы
Спектрдің түрлері. Спектрлік анализ
жүктеу/скачать 6,56 Mb.
|
оптика УМКД -1
| Спектрдің түрлері. Спектрлік анализ
Әр түрлі жарық көздерінің спектрлерін бақылап зерттей келгенде спектрдің бірнеше түрлері болатындығы тағайындалды. Қызған қатты денелер мен сұйықтардың шығаратын жарықтарының спектрлері тұтас спектр болады. Мысалы, мұндай спектрлерде бір түс пен екінші түстің жігі білінбейді, біріне бірі үздіксіз жалғасып жатады.Дәлірек айтсақ, электр лампасының қызған сымының, шамның жалынындағы қызған көмір бөлшектерінің жарықтарының спектрлері мысал бола алады. Сиретілген газдар мен булардың шығаратын жарықтарының спектрінің түрі сызықтық спектр.Мысалы, гелий, неон, аргон сияқты инертті газдардың: сутегі, оттегі атомдарының , сондай ақ металл буларының жарығының спектрлері дискрет жеке сызықтардын құралады. Спектрлік сызықтардың әрқайсысы белгілі бір толқын ұзындығына сәйкес келеді, өйткені олардың енділігі өте болымсыз болады.Инертті газдар мен металдың булары дара атомдардан құралады.Олай болса, сызықтық спектрді дара атомдар береді, сондықтан ол әдетте атомдық спектрлер деп аталады.Атомның спектрлік сызықтары спектрдің көрінетін бөлігінде, көрінбейтін ультракүлгін және инфрақызыл бөліктерінде де болуы мүмкін. Тұтас спектр мен сызықтық спектр жарық шығарып тұрған қатты және сұйық денелердің, атомдық газдардың спектрлері болады.Сондықтан спектрдің бұл түрі сәуле шығару спектрлері деп аталады. Егер тұтас спектр беретін жарық көзінен таралған жарық жолында тұрған заттан өтіп спектрографтың саңылауына түскен болса, онда тұтас спектрдің әр жерінде бірнеше қара қоңыр сызықтар немесе қара қоңыр жолақтар пайда болады.Егер осы спектрді фотографияға түсірсек,онда фотопластинканың бетіне бірнеше ақшыл сызық немесе бірнеше ақшыл жолақ кескіндері түседі.Осындай жұтылу сызықтарының немесе жұтылу жолақтарының жинағы жұтылу спектрі деп аталады. Электромагниттік толқындар спектріЖарық сәулесі мен электромагниттік сәуленің басқа түрлері арасындағы байланыстың тағайындалуы оптиканы, бұрын акустиканың механикаға қосылғаны сияқты электродинамикаға (электромагниттік өріс жайындағы жалпы ілімге) қосуға мүмкіндік берді. Сонымен, “жарық” деп аталатын толқын ұзындықтарының адам көзі қабылдай алатын аймағы электромагниттік сәулелердің жалпы спектрінде өз орнын алды (1.11-сурет). Электромагниттік толқындардың толық спектрі бірнеше аймақтарға бөлінеді. Бұлар толқын ұзындықтарының ауқымымен (диапазонымен) ғана емес, шығарып алу және тіркеу амалдары бойынша да бұлардың бір-бірінен айырмашылығы болады. Электромагниттік сәуленің жеке аймақтарының қысқаша сипаттамаларына тоқталайық. Радиотолқындар. Осы аймақтың электромагниттік сәулесі-толқын ұзындықтары әртүрлі радиотолқындар. Толқын ұзындығы әртүрлі радиотолқындар таралу ерекшеліктеріне және де шығарып алу, күшейту әдістерінің өзгешеліктеріне байланысты мына топтарға бөлінеді: аса ұзын радиотолқындар- ; ұзын- ; орташа- ; қысқа- ; ультрақысқа- . Ультрақысқа (аса жоғары жиіліктер АЖЖ (СВЧ) деп те аталатын радиотолқындар УҚТ (УКВ)-метрлік (10-1 м), дециметрлік (1м—10 см), сантиметрлік (10-1 см) және миллиметрлік (10-1 мм) болып бөлінеді. Осы топтардың әрқайсысы өздерінің шешетін техникалық міндеттеріне қарай қолданылады. Мысалы, телевизия мен радиолокацияда ультрақысқа толқындар, су асты және жер асты радиобайланыста аса ұзын радитолқындар қолданылады. Оптикалық аймақ. Бұл аймаққа инфрақызыл (ИҚ), көрінетін және ультаркүлгін (УК) сәулелер кіреді. Осы аймақтың ең ұзын толқынды бөлігі-инфрақызыл (ИҚ) сәулелер-электромагниттік сәуленің УҚТ-аумағынан кейін орналасқан. ИҚ-сәуле мен УҚТ арасындағы айқын шекараны анықтау қиын, өйткені, мысалы миллиметрлік толқындарды оптикалық әдістермен де, УҚТ аумағына тән амалдармен де тіркеп және зерттеу жүргізуге болады. ИҚ сәуле қысқарақ толқын ұзындықтар жаққа қарай шамамен 1-2 мм-ден бастап 760 нм-ге дейін созылады. ИҚ аймақ шартты түрде үш бөлікке бөлінеді: жақын ИҚ (0,76-2,5 мкм), орта ИҚ (2,5-50 мкм), алыс ИҚ (50-2000 мкм) болып бөлінеді. ИҚ-сәулені кез-келген қыздырылған дене шығарады. ИҚ-сәуле көздерінің ішінен ең көп тарағаны қуатты (250-1000 Вт) қыздыру (вольфрам қыл) лампа. Лампа қылының (вольфрам) температурасы ~2200 К, сәуле энергиясының максимумы толқын ұзындығына келеді. Мұндай лампалар, мысалы, кептіру және сәулемен қыздыру үшін қолданылады. ИҚ сәулелерді ағылшын астрономы В.Гершель 1800 ж. күн жарығы спектрінің түрлі бөліктерінің жылулық әсерін зерттеу нәтижесінде ашқан. ИҚ сәулені анықтау және өлшеу үшін жылулық (радиометр, термоэлемент, болометр, фотоэлектрлік көбейткіштер, фоторезистор) әдістер қолданылады. ИҚ-сәуле ғылым мен техниканың әртүрлі салаларында маңызды роль атқарады (байланыс, ИҚ-фотография, “түнгі көру” және т.б.). Электромагниттік сәуле спектрінің ИҚ аймағынан кейін толқын ұзындығы 760 нм-ден 400 нм-ге дейінгі толқындар аралыққа көрінетін сәуле аймағы келеді. Осы толқын ұзындықтар аралығындағы электромагниттік сәулелерді адам көзі қабылдай алады. Бірақ толқын ұзындықтардың осы аралығына келетін әртүрлі сәулелерді көздің сезу дәрежесі бірдей емес. Көз толқын ұзындығы 555 нм-ге тең жасыл сәулені өте жақсы сезеді, ал оған жапсарлас қысқа және ұзын толқынды түсті сәулелерді көз одан нашарлау сезеді. Кез-келген қыздырылған дене, әртүрлі сыртқы қоздыру көздері әсерінен жарық шығаратын заттар, лазерлер және т.т. көрінетін сәуле көздері бола алады. Көрінетін сәуленің ең қуатты табиғи көзі-Күн; шамамен оның энергиясының жартысы көрінетін бөлікке келеді. Спектрдің көрінетін бөлігін тікелей көзбен көріп бақылауға, фотографиялық немесе фотоэлектрлік тіркеуге болады. Спектрдің оптикалық аумағын толқын ұзындықтары 400 нм-ден 1 нм-ге дейінгі ультракүлгін (УК) сәулелер тұйықтайды. УК сәулелерді неміс физигі Риттер 1801 ж. бұлардың -ға химиялық әсерін зерттеу арқылы ашқан болатын. УК спектр аймағының өзі де бірнеше бөлікке бөлінеді. Толқын ұзындықтары шамамен ~200 нм-ден басталатын және бұдан кіші УК сәулелер барлық заттарда дерлік, соның ішінде ауада да, күшті жұтылады. Сәулелердің осы аумағывакуумдық ультракүлгін деп аталады. УК сәулелердің қалған бөлігін шартты түрде мына аймақтарға бөлінеді: А-400-315 нм, В-315-280 нм; С-280-200 нм. Қатты қыздырылған қатты денелер УК сәулелердің көзі бола алады. Температура ~3000 К-ге жеткенде бұлар жеткілікті дәрежеде УК сәулелерді тұтас спектр түрінде шығара бастайды. Жасанды температуралық жарық көздерінің УК-сәулелерінің қуаты үлкен болмайды. Электр разрядтары арқылы қоздырылатын газдар немесе металл буларының УК-сәулелерінің қуаты үлкендеу болады. УК сәуленің газ разрядты көздері ішінен ең көп тарағаны-сынап лампасы. Табиғи көздерден Күн УК сәулені көп береді. Атмосферадан тыс Күн сәулелеріне перпендикуляр жазықтықтың УК сәулемен жарықталуы 125 Вт/м2, бұл Күн тұрақтысының (1,39 кВт/м2, барлық сәулелермен жарықталу) 9%-ін құрайды. Жерге Күннің УК сәулесі тікелей сәуле түрінде де, атмосфера шашыратқан сәуле түрінде де жетеді; ал толқын ұзындықтары 295 нм-ден кіші сәуле бірнеше ондаған км биіктіктегі озон қабатында жұтылады. Ультракүлгін сәулені тіркеп және өлшеу үшін негізінен фотографиялық әдіс және фотоэлектрлік сәуле қабылдағыштар: фотоэлементтер, фотондарды санағыштар және фотоэлектрлік көбейткіштер пайдаланылады. Рентгендік аймақ. Оптикалық спектрдің УК аймағының қысқа толқындық шетінен рентген спектрі деп аталатын спектрдің бір ерекше аймағы басталады. Бұл спектрлік алқапқа жататын сәулелердің толқыны, жалпы шеткі УК сәулелердің толқынынан қысқа болады. Осындай толқын ұзындығы өте қысқа ерекше сәулелер рентген сәулелері деп аталады. Бұл сәулелерді неміс физигі В.Рентген 1895 ж. тапқан. Рентген сәулелері арнайы түтікшелерде (рентген түтікшесі) катодтан шығатын жылдам электрондар антикатодты атқылауы нәтижесінде шығарылады. Рентген сәулелеріне толқын ұзындықтары 10 нм-ден 0,01 нм-ге дейінгі өте қысқа толқынды электромагниттік сәуле жатады. Қоздырылу жағдайларына қарай рентген сәулелері тежеуіш рентген сәулелері және сипаттауыш рентген сәулелері деп екіге бөлінеді. Тежеуіш рентген сәулелері (“ақ” сәуле) тұтас спектр, сипаттауыш рентген сәулелері сызықтық спектр береді. Көптеген аспан денелері рентген сәулесінің көзі болып табылады. Мәселен, Күн тәжі толқын ұзындығы 1 нм-ден 10 нм-ге дейінгі аралықта жататын қуатты рентген сәулесін береді. Рентген сәулесін тіркеу үшін УК сәулелерді зерттегенде қолданылған физикалық құбылыстар қолданылады: фотоэлектрлік, люминесценциялық және фотографиялық әдістер. Гамма-сәулесі аймағы. Рентгендік аймақтан кейін толқын ұзындығы 0,01 нм және бұдан да кіші (яғни бұдан да қысқа толқындар жағынан әзірге шектеу жоқ) электромагниттік сәуле болып табылатын -сәулелерінің аймағы басталады. -сәулені қоздырылған атом ядролары шығарады және ол радиоактивтік өзгерістер және ядролық реакциялар кезінде шығарылады. Бұл сәуленің аты ядролық физика дамуының бастапқы кезінде - және -сәулелеріне ұқсастырылып қойылған, -сәуле электр және магнит өрістерінде ауытқымаған және заттан өткізгіштік қабылеті аса үлкен болған. Кейіннен -сәуле бір ядроның заряды, атомдық нөмірі және массалық саны өзгермеген жағдайда әртүрлі энергетикалық күйлері арасында ауысуы нәтижесінде пайда болатындығы тағайындалды. Ядролардың -сәулесі сызықтық спектр береді. Сонымен, қазіргі заманғы физика өте кең алқапты алып жататын электромагниттік толқындардың спектрімен істес болады. Бұл толқындарды әртүрлі жүйелер шығарады, бұлар әртүрлі әдістермен тіркеледі, бірақ бұлардың бәрінің электромагниттік табиғаты бір, бостықта (вакуумда) бірдей жылдамдықпен таралады және толқындық қасиеттер байқатады. Бірақта атап өтетін нәрсе, электромагниттік сәуленің толқын ұзындығы кішірейген сайын оның толқындық қасиеттерімен қоса кванттық (корпускулалық) қасиеттері айқынырақ біліне басталады. жүктеу/скачать 6,56 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|