Страница 21 из 161
Р РёСЃ. 7. Рлектромагнитный спектр. Слева обозначены частоты, Р° справа соответствующие длины волны
ГЛАВА 2
СПЕКТРОСКОП�Я: АКТ I
Если свет, испускаемый Солнцем или лампой накаливания, направляется РЅР° стеклянную РїСЂРёР·РјСѓ, то РјС‹ СѓРІРёРґРёРј (так же как Рё Ньютон) цвета, расположенные РІ последовательности РѕС‚ фиолетового РґРѕ красного. Ньютон назвал это спектром. Рто слово остается для обозначения изображения, которое получается РІ результате разложения любого света СЃ помощью РїСЂРёР·РјС‹ или РґСЂСѓРіРѕР№ более сложной аппаратуры. РљРѕРіРґР° интенсивность постепенно изменяется РѕС‚ РѕРґРЅРѕРіРѕ цвета РґРѕ РґСЂСѓРіРѕРіРѕ, РјС‹ РіРѕРІРѕСЂРёРј Рѕ непрерывном спектре. Р’ общем случае свет, получающийся путем электрического разряда РІ газе (неоновая реклама), состоит РёР· очень СЏСЂРєРёС… линий РЅР° темном фоне; РІ этом случае спектр обозначается как линейчатый спектр.
Р’ спектроскопах, инструментах, используемых РІ настоящее время для изучения таких спектров, свет РїСЂРѕС…РѕРґРёС‚ через тонкую щель, установленную РЅР° РІС…РѕРґРµ РІ инструмент, Р° РІ плоскости наблюдения каждая линия является изображением РІС…РѕРґРЅРѕР№ щели РІ соответствии СЃ той монохроматической (С‚.Рµ. РѕРґРЅРѕРіРѕ цвета) компонентой исследуемого излучения. Каждая РёР· этих линий имеет хорошо определенное положение Рё интенсивность, что Рё является характеристикой спектра. Рто положение определяется длиной волны Рё соответственно, частотой монохроматического излучения, которое Рё составляет линию.
Если мы рассматриваем субстанцию свободных атомов одного и того же сорта, т.е. элементы в газовой фазе обнаруживаем, что их спектры являются, в значительной степени, линейными. Точнее говоря, эти спектры содержат линии с последовательно уменьшающимися длинами волн, причем интервал между линиями становится все меньше и меньше, и, начиная с некоторой длины волны, они сливаются в непрерывный спектр.
�стоки спектроскопии
Р�зучение состава света, испускаемого раскаленными телами, является предметом спектроскопии. Рта дисциплина родилась РІ XIX РІ. Рё сыграла фундаментальную роль РІ изучении света Рё строения атомов, являясь совершенной необходимостью для понимания принципов работы мазеров Рё лазеров. РњС‹ можем сказать, что РѕРЅР° возникла РІ 1802 Рі. СЃ открытием английским физиком Вильямом Волластоном (17661828) присутствия темных линий РІ спектре солнечного света.
Волластон стал богатым человеком, когда в 1804 г. изобрел процесс получения чистой ковкой платины, пригодной для изготовления сосудов. Он также выделил два новых элемента, палладиума (в 1804 г.) и родия (в 1805 г.). Первый был назван в честь астероида Паллас, который был открыт в 1804 г., а второй за розовый цвет его соединений. В 1807 г. Волластон запатентовал особую камеру, в которой призма отражала свет от объекта, который хотели зарисовать, на бумагу и в глаз художника. Тем самым у художника создавалась иллюзия, что изображение уже на бумаге, и он мог просто зарисовать его, обводя контуры. Волластон был другом Томаса Юнга и был приверженцем волновой теории света. В 1802 г. он наблюдал темные линии в спектре Солнца, он не понял их важности и полагал, что они просто естественные контуры цветных линий.
Рис. 8. Солнечный спектр с темными линиями Фраунгофера. Некоторые из них снабжены буквами, использованными Фраунгофером.
Двенадцатью годами позже Джозеф Фраунгофер (17871826), сотрудник Бенидиктинского оптомеханического института РІ Баварии, СЃРЅРѕРІР° открыл темные линии РІ солнечном спектре, РєРѕРіРґР° измерял дисперсионную силу разных стекол, Рё стал изучать эти линии. РћРЅ установил РёС… положение РІ спектре, для большого числа (576, если говорить точно), Рё обозначил наиболее заметные РёР· РЅРёС… буквами РѕС‚ Рђ РІ крайней красной области РґРѕ Рќ РІ фиолетовой (СЂРёСЃ. 8). Рти темные линии указывают, что определенные длины волн отсутствуют РІ солнечном свете, достигающем Землю. Р’ то же самое время Фраунгофер открыл, что яркая желтая линия (РЅР° самом деле РґРІРµ тесно расположенные линии), которая присутствует РІ свете всех пламен, наблюдаемых РІ спектроскоп, занимает то же положение, что Рё темная линия, которую РѕРЅ обозначил Р±СѓРєРІРѕР№ D, РІ солнечном спектре.
Фраунгофер был сыном бедного стекольщика. Сперва он работал подмастерьем в гранильной мастерской, а затем рабочим на фабрике зеркал. Случилось так, что здание фабрики рухнуло, и 15-летний мальчишка оказался под обломками. Он чудом выжил, и в честь его чудесного спасения и король дал ему 18 дукатов. Для мальчика это было настоящим сокровищем, на эти деньги он купил инструменты и книги. Позднее Фраунгофер станет знаменитым оптиком.