Дисперсия света. Разложение белого света призмой. Цвета тел. Виды спектров. Спектральный анализ

С помощью стеклянной призмы в 1666 году Ньютон установил, что белый свет имеет сплошной спектр: в спектре белого света монохроматические лучи непрерывно следуют друг за другом. Такой спектр называют сплошным или непрерывным. В нем цвета (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый) расположены в порядке убывания длин волн (рисунок 15).

Рис. 4.2.13. Дисперсия света

Рисунок 15. Дисперсия света

Пропустив белый свет через трехгранную стеклянную призму, видим, что синий свет отклониться от первоначального направления сильнее, чем красный.

Абсолютный показатель преломления стекла для синего и красного света:

,

 , следовательно, _кр  _син, т.е. красные лучи распространяются в стекле быстрее, чем синие.

Скорость распространения световых лучей в стекле тем меньше, чем меньше их длина волны или чем больше частота их колебаний.

Зависимость скорости распространения волн в среде от их длины (частоты) называют дисперсией. В подавляющем большинстве случаев с увеличением длины волны показатель преломления уменьшается. Дисперсию такого рода называют нормальной. Дисперсией света в мельчайших капельках воды объясняется появление радуги. Для наблюдения спектров различных излучений пользуются спектроскопом.

Спектры, получаемые от самосветящихся тел, называются спектрами испускания. Они бывают сплошные, линейчатые и полосатые.

Сплошные спектры получаются от светящихся твердых или жидких тел в результате их нагревания.

Линейчатые спектры состоят из узких линий различных цветов, разделенных темными промежутками. Такие спектры получаются от светящихся газов или паров.

Полосатые спектры состоят из ряда светлых полос, разделенных темными промежутками. Они создаются излучением молекул.

Прозрачные вещества поглощают часть падающего на них излучения, и из сплошного спектра белого света часть цветов исчезает, т.е. в сплошном спектре появляются темные линии или полосы поглощения. Такой спектр называется спектром поглощения.

Каждый химический элемент имеет свой характерный линейчатый спектр излучения. Поэтому по линейчатому спектру вещества можно установить, какие именно элементы входят в это вещество. Такой метод называется спектральным анализом. При проведении спектрального анализа пользуются специальными таблицами или атласами спектральных линий, в которых приводится точное расположение линий спектра каждого химического элемента или соответствующие им длины волн. Спектральный анализ широко применяется в науке и технике. Его достоинства – очень высокая чувствительность (10^-9 г), простота и быстрота анализа. Спектральный анализ применяется в астрономии для определения химического состава Солнца и звезд. С помощью спектрального анализа были открыты новые элементы таблицы Менделеева: рубидий, цезий, индий, тантал, гелий.

Электромагнитное излучение в различных диапазонах длин волн. Понятие о парниковом эффекте

Шкала электромагнитных волн:

10000 м – 1 мм ( МГц – МГц) – радиоволны.

100 мкм – 1 мкм – инфракрасные лучи.

1 мкм – 0,4 мкм – видимый свет.

0,4 мкм – 10 нм – ультрафиолетовые лучи.

10 нм – 10^-10 м – рентгеновские лучи.

10^-10 м – 10^-40 м - γ-лучи.

Невидимые лучи, которые в спектре располагаются за красными лучами, называется инфракрасными (латинский “инфра”-под).

Инфракрасные лучи обладают ярко выраженным тепловым действием. Поэтому их часто называют еще тепловыми. Они преломляются слабее красных. Инфракрасные лучи испускают все тела в природе, т.к. их возникновение обусловлено хаотическим движением молекул и атомов любого вещества. С повышением температуры энергия инфракрасного излучения быстро растет. Инфракрасное излучение Земли уносит энергию в мировое пространство. Облака отражают инфракрасное излучение и поэтому ночью при густой облачности становиться теплее.

Инфракрасные лучи используются в технике для сушки, в приборах ночного видения, для наведения снарядов и ракет и т.д.

Электромагнитные волны, короче видимых, называют ультрафиолетовыми (латинский “ультра” - сверх). Они преломляются сильнее фиолетовых и вызывают почернение светочувствительной бумаги. Ультрафиолетовые лучи солнечного излучения сильно поглощаются атмосферой и поэтому у поверхности Земли их мало. Они убивают бактерии и дезинфицируют. Ультрафиолетовые лучи используются в фотографии и медицине.

Рентгеновские лучи (РЛ) были открыты немецким физиком В. Рентгеном. Они невидимы и вызывают свечение многих веществ. РЛ образуются при резком торможении быстро летящих электронов. При ударе меняется магнитное поле электрона и излучается электромагнитная волна. Длина этой волны тем меньше, чем больше скорость электрона в момент удара о препятствие. Т.к. электроны имеют различные скорости, то рентгеновское излучение имеет сплошной спектр. Важной особенностью РЛ является их проникающая способность. Чем короче волна РЛ, тем слабее они поглощаются и тем выше их проникающая способность. Говорят, что чем короче волна РЛ, тем они более жесткие. Показатель преломления РЛ мало отличается от 1. Поэтому они применяются в технике и медицине для диагностирования.

Исследование радиоактивных явлений позволило обнаружить электромагнитные излучения, длина волны которых меньше, чем у рентгеновских лучей. Это излучение было названо гамма-излучением. Оно возникает при распаде ядер атомов.

Парниковый эффект (оранжевый эффект) - это свойство атмосферы Земли пропускать солнечное излучение, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать накоплению тепла Землей.

Земная атмосфера сравнительно хорошо пропускает коротковолновое солнечное излучение, которое почти полностью поглощается земной поверхностью. Нагреваясь, Земля становится источником длинноволнового инфракрасного излучения. Прозрачность атмосферы для инфракрасного излучения мала и оно почти полностью поглощается атмосферой.

Благодаря парниковому эффекту при ясном небе только 10-20% земного излучения может уходить в космическое пространство.