Учебные презентаций. СПЕКТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ И ПОГЛОШЕНИЯ. СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

8-TEMA

СПЕКТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ И ПОГЛОШЕНИЯ. СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ

СПЕКТРЫ ИЗЛУЧЕНИЯ И ПОГЛОШЕНИЯ.
СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Источником оптического излучения называется физическое тело, преобра-
зующее любой вид энергии в энергию электромагнитных излучений оптического
диапазона. Любой источник света характеризуется полной энергией, которую он
излучает в единицу времени. Эта энергия распределяется неравномерно между
волнами различной длины. В общем случае произвольный электромагнитный сиг-
нал состоит из набора различных электромагнитных волн, длины (или частоты)
которых можно установить.

СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Подобную процедуру называют спектральным анализом сигнала, а сово-
купность полученных «простейших» электромагнитных волн — спектром.
Дисперсия света. Спектр. Спектральные приборы
ким образом, спектр — распределение энергии, излучаемой или поглощаемой
веществом, по частотам или длинам волн.
Если направить пучок белого света на призму, то мы обнаружим за призмой
на экране разноцветную полоску (рис. 97). Ньютон, впервые проделавший данный
эксперимент, назвал ее спектром.

Рис. 97. Разложение белого света призмой

СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Разложение пучка белого света в спектр призмой является следствием дис-
персии (от лат. dispersio — рассеяние) света — зависимости скорости волны в
среде от его частоты v(ν). Так как скорость света в веществе v c
n=c/n , то абсолютный показатель преломления вещества оказывается зависящим от частоты n(ν)
или длины волны n(λ) распространяющегося излучения. Вследствие явления дис-
персии призма различным образом преломляет световые волны разных цветов.

СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Цвет зависит от частоты световой волны, подобно тому, как различным вы-
сотам звука соответствуют различные частоты звуковых волн.
Дисперсия веществ может быть существенно различной. В таблице 6 приведе-
ны в качестве примера значения абсолютных показателей преломления некоторых
прозрачных веществ.
Дисперсия присуща всем средам, кроме вакуума. Если абсолютный показа-
тель преломления среды уменьшается с ростом длины волны, то такая дисперсия
называется нормальной, в противоположном случае — аномальной.

Порядок следования цветов в спектре легко запомнить с помощью известнойфразы:

СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Явления дисперсии и полного отражения
приводят к образованию радуги, вследствие
преломления солнечных лучей на мельчайших
водяных капельках во время дождя, к неже-
лательному «окрашиванию» изображений в
оптических системах (хроматическая аберра-
ция) и т. д.

СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Измерения и наблюдения оптических спект-
ров производятся с помощью специальных при-
боров. Приборы для визуального наблюдения
спектров называются спектроскопами, при-
боры с фотографической регистрацией спект-
ров — спектрографами (применяются в раз-
личных областях спектра с соответствующей
чувствительностью фотоматериалов), приборы с фото-
электрическими и тепловыми приемниками из-
лучения — спектрометрами или спектрофото-
метрами (рис. 98).

Первый спектроскоп сконструировал в 1815 г. немецкий физик Иозеф Фра-
унгофер.
Любой спектральный прибор имеет входной коллиматор, диспергирующий
элемент (призма, дифракционная решетка) и выходной коллиматор.
Входной коллиматор 1 (рис. 99) представляет собой трубу, на одном
конце которой имеется ширма с узкой щелью, а на другом — собирающая
линза 4. Входная щель, освещенная исследуемым излучением, устанавливается
в фокусе собирающей линзы 4, которая образует параллельный пучок света и направляет его на диспергирующий эле-
мент 2.

СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Диспергирующий элемент преобразует исходный пучок в систему параллель-
ных монохроматических пучков, выходящих из элемента под разными углами,
зависящими от длины волны излучения. Собирающая линза 5 выходного колли-
матора 3 (см. рис. 99) создает на экране (фотопластинке), расположенном в фо-
кальной плоскости линзы, совокупность монохроматических изображений входной
щели. В итоге на экране получается пространственное разложение излучения в
спектр.
Назначение спектральных приборов — регистрировать зависимость интен-
сивности спектральных линий от частоты (длины) волны излучения, т. е. фак-
тически определять, из каких монохроматических волн состоит данное излу-
чение.

СПЕКТРАЛНЫЙ АНАЛИЗ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ

Напомним, что в качестве диспергирующих элементов спектральных приборов используются призма или дифракционная решетка, причем в наиболее
совершенных спектральных приборах используются именно дифракционные
реIетки.

КОНТРОЛНЫУ ВОПРОСЫ

1. Что называют спектром?
2. Что такое дисперсия света?
3. Почему стеклянная призма разлагает пучок белого света в спектр?
4. Какие приборы применяются для наблюдения и регистрации спектров?
5. Каковы назначение, принцип устройства и работы спектральных приборов?
6. Чем будут различаться спектры, полученные от одного и того же источника излучения
при помощи дифракционной решетки и призмы?

ДОМАШНОЕ ЗАДАНИЕ

1. Определите оптическую силу D объектива проекционного аппарата, если
на диапозитиве высота предмета h = 4,0 см, а его изображение на экране, нахо-
дящемся от объектива на расстоянии f = 6,0 м, имеет высоту H = 1,6 м.

2. Объектив фотоаппарата имеет фокусное расстояние F = 12,5 см. На ка-
ком расстоянии d от объектива должен находиться предмет, чтобы на снимке его изображение получилось в n = 4,00 раза меньше предмета?

ДОМАШНОЕ ЗАДАНИЕ

3. Высота здания на фотоснимке H = 7,0 см. Определите истинную высоту h
здания, если известно, что фокусное расстояние объектива F = 20 см, а съемка
проводилась на расстоянии d = 8,0 м от здания.
4. Лупа с трехкратным увеличением для нормального глаза фокусируется на
изображение вблизи расстояния наилучшего зрения для нормального глаза. Оп-
ределите фокусное расстояние F лупы.

ДОМАШНОЕ ЗАДАНИЕ

15 см от глаз. Определите оптическую силу D контактных линз, необходимых
ему для чтения.
6. Определите оптическую силу D1 объектива микроскопа, дающего увели-
чение Γ = 400, если длина его тубуса l = 15 см, а фокусное расстояние окуляра
F2 = 5,0 см.

ДОМАШНОЕ ЗАДАНИЕ

7. Какую оптическую силу D должны иметь очки для чтения, чтобы их вла-
делец, расстояние наилучшего зрения которого d0 = 120 см, смог читать кни-
гу на расстоянии d = 25 см? Считать, что расстояние от линз очков до глаз
f = 2,0 см.
8. С какой выдержкой t надо фотографировать конькобежца, модуль ско-
рости которого v = 6,0 м ,
с
чтобы размытость изображения (смещение за время
съемки) не превышала Δx = 0,10 мм? Фокусное расстояние объектива F = 15 см,
расстояние от конькобежца до фотоаппарата d = 20 м.