Спектр. Условия образования спектров излучения (эмиссии). Характер распределения энергии в спектре. Непрерывные, линейчатые и полосатые спектры

Спектр в физике — распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы). Графическое представление такого распределения называется спектральной диаграммой. Обычно под спектром подразумевается электромагнитный спектр — спектр частот (или, что то же самое, энергий квантов) электромагнитного излучения.

В научный обиход термин спектр ввёл Ньютон в 1671—1672 годах для обозначения многоцветной полосы, похожей на радугу, которая получается при прохождении солнечного луча через треугольную стеклянную призму

.

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.

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. 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). Каждая линия имеет конечную

ширину. 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.

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.

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.

Распределение энергии в спектре.Энергия теплового

излучения с непрерывным спектром распределяется неравномерно

по разным частям спектра. Характер этого распределения зависит

как от температуры, так и от природы излучающего тела.