የመስመር እይታ። ኦፕቲክስ፣ ፊዚክስ (8ኛ ክፍል)። የመስመር ለመምጥ እና ልቀት spectra

2024 ደራሲ ደራሲ: Angel Austin | [email protected]. ለመጨረሻ ጊዜ የተሻሻለው: 2023-12-17 05:15

የመስመር ስፔክትራ - ይህ ምናልባት በ8ኛ ክፍል የፊዚክስ ኮርስ በኦፕቲክስ ክፍል ከሚታዩ ጠቃሚ ርእሶች አንዱ ነው። የአቶሚክ አወቃቀሩን እንድንገነዘብ ስለሚያስችለን እና ይህን እውቀት ተጠቅመን አጽናፈ ዓለማችንን ለማጥናት ስለሚያስችል አስፈላጊ ነው። ይህንን ጉዳይ በጽሁፉ ውስጥ እንመልከተው።

የኤሌክትሮማግኔቲክ ስፔክትራ ጽንሰ-ሀሳብ

በመጀመሪያ ፅሁፉ ስለምን እንደሆነ እናብራራ። የምናየው የፀሐይ ብርሃን ኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገድ መሆኑን ሁሉም ሰው ያውቃል. ማንኛውም ማዕበል በሁለት አስፈላጊ መለኪያዎች ይገለጻል - ርዝመቱ እና ድግግሞሹ (ሦስተኛው ፣ ምንም ያልተናነሰ አስፈላጊ ንብረቱ የጨረራውን ጥንካሬ የሚያንፀባርቅ ስፋት ነው)።

የኤሌክትሮማግኔቲክ ጨረሮችን በተመለከተ ሁለቱም መለኪያዎች በሚከተለው ቀመር ይዛመዳሉ፡ λν=c፣ የግሪክ ፊደላት λ (lambda) እና ν (nu) ዘወትር የሞገድ ርዝመቱን እና ድግግሞሹን በቅደም ተከተል ያሳያሉ። እና ሐ የብርሃን ፍጥነት ነው. የኋለኛው ለቫኩም የሚሆን ቋሚ እሴት ስለሆነ የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች ርዝማኔ እና ድግግሞሽ እርስ በእርሳቸው የተገላቢጦሽ ናቸው.

በፊዚክስ ውስጥ ያለው ኤሌክትሮማግኔቲክ ስፔክትረም ተቀባይነት አለው።በተዛማጅ የጨረር ምንጭ የሚለቀቁትን የተለያዩ የሞገድ ርዝመቶች (ድግግሞሾች) ስብስብ ይሰይሙ። ንጥረ ነገሩ ከጠጣ ነገር ግን ሞገዶችን ካላስለቀቀ አንድ ሰው ስለ ማስታወቂያ ወይም ስለ መምጠጥ ስፔክትረም ይናገራል።

የኤሌክትሮማግኔቲክ እይታ ምንድናቸው?

በአጠቃላይ ለምድብ ሁለት መመዘኛዎች አሉ፡

በጨረር ድግግሞሽ።
በድግግሞሽ ማከፋፈያ ዘዴው መሰረት።

በዚህ መጣጥፍ 1ኛ የምደባ አይነት ግምት ውስጥ አንገባም። እዚህ ላይ ባጭሩ የምንናገረው ከፍተኛ ድግግሞሽ ያላቸው ኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች አሉ እነሱም ጋማ ጨረሮች (>10²⁰ Hz) እና X-ray (10¹⁸ ^-10 19 ^{Hz)። የአልትራቫዮሌት ስፔክትረም ቀድሞውኑ ዝቅተኛ ድግግሞሽ ነው (10}15

-1017 Hz)። የሚታየው ወይም የጨረር ስፔክትረም በድግግሞሽ ክልል 1014 Hz ነው፣ይህም ከ400µm እስከ 700µm የርዝመቶች ስብስብ ጋር ይዛመዳል (አንዳንድ ሰዎች ትንሽ "ሰፊ" ማየት ይችላሉ፡- ከ 380 µm እስከ 780 µm)። ዝቅተኛ ድግግሞሾች ከኢንፍራሬድ ወይም ከሙቀት ስፔክትረም ጋር ይዛመዳሉ እንዲሁም የሬዲዮ ሞገዶች ቀድሞውንም ብዙ ኪሎ ሜትሮች ሊረዝሙ ይችላሉ።

በኋላ በጽሁፉ ውስጥ፣ ከላይ ባለው ዝርዝር ውስጥ የተመለከተውን 2ኛውን የምድብ አይነት በዝርዝር እንመለከታለን።

መስመር እና ቀጣይነት ያለው ልቀት እይታ

በፍፁም ማንኛውም ንጥረ ነገር ቢሞቅ ኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶችን ያመነጫል። ምን ዓይነት ድግግሞሾች እና የሞገድ ርዝመቶች ይሆናሉ? የዚህ ጥያቄ መልስ በጥናት ላይ ባለው ንጥረ ነገር የመደመር ሁኔታ ይወሰናል።

ፈሳሽ እና ጠጣር ይለቃሉ፣ እንደ አንድ ደንብ፣ ተከታታይ ድግግሞሽ ስብስብ፣ ማለትም፣ በመካከላቸው ያለው ልዩነት በጣም ትንሽ ስለሆነ ስለ ተከታታይ የጨረር ጨረር መነጋገር እንችላለን። በምላሹ፣ አነስተኛ ግፊት ያለው አቶሚክ ጋዝ ከተሞቀ፣ “መብረቅ” ይጀምራል፣ በጥብቅ የተቀመጡ የሞገድ ርዝመቶችን ያስወጣል። የኋለኞቹ በፎቶግራፍ ፊልም ላይ ከተፈጠሩ, እነሱ ጠባብ መስመሮች ይሆናሉ, እያንዳንዳቸው ለተወሰነ ድግግሞሽ (ሞገድ ርዝመት) ተጠያቂ ናቸው. ስለዚህ ይህ ዓይነቱ ጨረር የመስመር ልቀት ስፔክትረም ተብሎ ይጠራ ነበር።

በመስመር መካከል እና ቀጣይነት ያለው መካከለኛ ዓይነት ስፔክትረም አለ፣ እሱም ብዙውን ጊዜ ከአቶሚክ ጋዝ ይልቅ ሞለኪውላር ነው። ይህ አይነት ገለልተኛ ባንዶች ነው፣ እያንዳንዱም በዝርዝር ሲፈተሽ የተለየ ጠባብ መስመሮችን ያቀፈ ነው።

የመስመር መምጠጥ ስፔክትረም

በቀደመው አንቀፅ የተነገረው ሁሉ የሞገድ ጨረርን በቁስ ነው። ነገር ግን የመምጠጥ ችሎታም አለው። የተለመደውን ሙከራ እናካሂድ፡ ቀዝቃዛ የሆነ የአቶሚክ ጋዝ እንውሰድ (ለምሳሌ፡ አርጎን ወይም ኒዮን) እና ከብርሃን የሚያበራ መብራት ነጭ ብርሃን እናልፍ። ከዚያ በኋላ በጋዝ ውስጥ የሚያልፈውን የብርሃን ፍሰት እንመረምራለን. ይህ ፍሰት ወደ ግለሰባዊ ድግግሞሽ ከተበላሸ (ይህ ፕሪዝም በመጠቀም ሊከናወን ይችላል) ፣ ከዚያ ጥቁር ባንዶች በሚታየው ቀጣይነት ባለው ስፔክትረም ውስጥ ይታያሉ ፣ ይህም እነዚህ ድግግሞሾች በጋዝ መያዛቸውን ያሳያል። በዚህ አጋጣሚ አንዱ ስለ መስመር መምጠጥ ስፔክትረም ይናገራል።

በXIX ክፍለ ዘመን አጋማሽ ላይ። ጉስታቭ የተባለ የጀርመን ሳይንቲስትኪርቾሆፍ በጣም የሚያስደስት ንብረት አግኝቷል-በቀጣይ ስፔክትረም ላይ ጥቁር መስመሮች የሚታዩባቸው ቦታዎች ከተሰጠው ንጥረ ነገር የጨረር ድግግሞሽ ጋር በትክክል እንደሚዛመዱ አስተውሏል. በአሁኑ ጊዜ ይህ ባህሪ የኪርቾፍ ህግ ይባላል።

ባልመር፣ ሊማን እና ፓሸን ተከታታይ

ከ19ኛው መቶ ክፍለ ዘመን መገባደጃ ጀምሮ በዓለም ዙሪያ ያሉ የፊዚክስ ሊቃውንት የጨረር መስመር ስፔክትራ ምን እንደሆነ ለመረዳት ጥረት አድርገዋል። እያንዳንዱ የአንድ የኬሚካል ንጥረ ነገር አቶም በማናቸውም ሁኔታዎች ተመሳሳይ የሆነ ልቀት እንደሚያሳይ ተደርሶበታል ማለትም ኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገድ የሚያመነጨው ልዩ ድግግሞሽ ብቻ ነው።

የዚህ ጉዳይ የመጀመሪያ ዝርዝር ጥናቶች የተካሄዱት በስዊዘርላንድ የፊዚክስ ሊቅ ባልመር ነው። በሙከራዎቹ ውስጥ ከፍተኛ ሙቀት ያለው ሃይድሮጂን ጋዝ ተጠቅሟል. የሃይድሮጂን አቶም ከሚታወቁ የኬሚካል ንጥረ ነገሮች ውስጥ በጣም ቀላል ስለሆነ በላዩ ላይ ያለውን የጨረር ስፔክትረም ገፅታዎች ማጥናት በጣም ቀላል ነው. ባልመር አስደናቂ ውጤት አግኝቷል፣ እሱም የሚከተለውን ቀመር ብሎ ጻፈ፡-

1/λ=R_H(1/4-1/n²)።

።

እነሆ λ የሚፈነዳው ሞገድ ርዝመት ነው፣ R_H - የተወሰነ ቋሚ እሴት፣ ይህም ለሃይድሮጂን ከ 1,09710^{7 ጋር እኩል ነው።} m ^-1፣ n ከ 3 የሚጀምር ኢንቲጀር ነው፣ ማለትም 3፣ 4፣ 5 ወዘተ።

ከዚህ ቀመር የተገኙት ሁሉም ርዝመቶች λ ለሰዎች በሚታየው የእይታ ስፔክትረም ውስጥ ይተኛሉ። ይህ ተከታታይ λ እሴቶች ለሃይድሮጂን ስፔክትረም ይባላልባልመር።

በመቀጠልም ተገቢውን መሳሪያ በመጠቀም አሜሪካዊው ሳይንቲስት ቴዎዶር ሊማን የአልትራቫዮሌት ሃይድሮጂን ስፔክትረም አግኝቷል፣ይህም ከባልመር ጋር በሚመሳሰል ቀመር ገልጿል፡

1/λ=R_H(1/1-1/n²)።

።

በመጨረሻም ሌላው ጀርመናዊ የፊዚክስ ሊቅ ፍሪድሪክ ፓስቸን በኢንፍራሬድ ክልል ውስጥ የሃይድሮጅን ልቀት ፎርሙላ አገኘ፡

1/λ=R_H(1/9-1/n²)።

።

ነገር ግን፣ በ1920ዎቹ የኳንተም መካኒኮች እድገት ብቻ እነዚህን ቀመሮች ሊያብራራ ይችላል።

ራዘርፎርድ፣ ቦህር እና የአቶሚክ ሞዴል

በ20ኛው ክፍለ ዘመን የመጀመሪያዎቹ አስርት ዓመታት ውስጥ ኤርነስት ራዘርፎርድ (የኒውዚላንድ ተወላጅ ብሪቲሽ የፊዚክስ ሊቅ) የተለያዩ ኬሚካላዊ ንጥረ ነገሮችን ራዲዮአክቲቪቲ ለማጥናት ብዙ ሙከራዎችን አድርጓል። ለእነዚህ ጥናቶች ምስጋና ይግባውና የመጀመሪያው የአተም ሞዴል ተወለደ. ራዘርፎርድ ይህ የቁስ አካል በኤሌክትሪካዊ አወንታዊ አስኳል እና በመዞሪያዎቹ ውስጥ የሚሽከረከሩ አሉታዊ ኤሌክትሮኖች እንዳሉ ያምን ነበር። የኩሎምብ ሃይሎች አቶም ለምን "እንደማይፈርስ" ያብራራሉ፣ እና በኤሌክትሮኖች ላይ የሚሰሩ ሴንትሪፉጋል ሀይሎች የኋለኛው ወደ አስኳል የማይወድቅበት ምክንያት ናቸው።

በዚህ ሞዴል ሁሉም ነገር ምክንያታዊ ይመስላል፣ ከአንድ ግን በስተቀር። እውነታው ግን ከርቪላይንየር ትራጀክተር ጋር በሚንቀሳቀስበት ጊዜ ማንኛውም የተሞላ ቅንጣት የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶችን ማመንጨት አለበት። ነገር ግን በተረጋጋ አቶም ሁኔታ, ይህ ተፅዕኖ አይታይም. ከዚያ ሞዴሉ ራሱ ተሳስቷል?

አስፈላጊው ማሻሻያ ተደርጎበታል።ሌላው የፊዚክስ ሊቅ ዳኔ ኒልስ ቦህር ነው። እነዚህ ማሻሻያዎች አሁን የእሱ ፖስታዎች በመባል ይታወቃሉ። ቦህር በራዘርፎርድ ሞዴል ውስጥ ሁለት ሀሳቦችን አስተዋወቀ፡

ኤሌክትሮኖች በቋሚ ምህዋሮች በአቶም ውስጥ ይንቀሳቀሳሉ፣ፎቶኖችን አያመነጩም ወይም አይወስዱም፤
የጨረር (የመምጠጥ) ሂደት የሚከሰተው ኤሌክትሮን ከአንድ ምህዋር ወደ ሌላ ሲንቀሳቀስ ብቻ ነው።

የቦህር ምህዋሮች ምንድናቸው፣ በሚቀጥለው አንቀጽ ላይ እንመለከታለን።

የኃይል ደረጃዎችን መጠን

ቦህር በመጀመሪያ የተናገረው በአቶም ውስጥ ያለው የኤሌክትሮን ቋሚ ምህዋር፣ የተረጋጋ የዚህ ቅንጣት-ማዕበል ኳንተም ሁኔታዎች ናቸው። እነዚህ ግዛቶች በተወሰነ ጉልበት ተለይተው ይታወቃሉ. የኋለኛው ማለት በአቶም ውስጥ ያለው ኤሌክትሮን በተወሰነ ኃይል ውስጥ "በደንብ" ውስጥ ነው. ከውጪ በፎቶን መልክ ተጨማሪ ሃይል ከተቀበለ ወደ ሌላ "ጉድጓድ" ሊገባ ይችላል።

በመስመር መምጠጥ እና ልቀትን ለሃይድሮጂን በመምጠጥ፣ ቀመሮቹ ከላይ የተገለጹት፣ በቅንፍ ውስጥ ያለው የመጀመሪያው ቃል ቁጥር 1/m^{2 መሆኑን ማየት ይችላሉ። ፣ m=1፣ 2፣ 3… ኢንቲጀር ነው። ኤሌክትሮን ከከፍተኛ የኢነርጂ ደረጃ የሚያልፍበትን የማይንቀሳቀስ ምህዋር ቁጥር ያንፀባርቃል።}

እንዴት ስፔክትራን በሚታየው ክልል ያጠኑታል?

ከዚህ በላይ የመስታወት ፕሪዝም ለዚህ ጥቅም ላይ ይውላል ተብሎ ተነግሯል። ይህ ለመጀመሪያ ጊዜ የተደረገው በ 1666 አይዛክ ኒውተን ሲሆን የሚታይ ብርሃንን ወደ ቀስተ ደመና ቀለማት ስብስብ ባደረገ ጊዜ ነው። ምክንያቱይህ ተፅዕኖ የሚታይበት የማጣቀሻ ኢንዴክስ በሞገድ ርዝመት ላይ ባለው ጥገኛ ላይ ነው. ለምሳሌ፣ ሰማያዊ ብርሃን (አጭር ሞገዶች) ከቀይ ብርሃን (ረጅም ሞገዶች) የበለጠ በጠንካራ ሁኔታ ይገለላሉ።

በአጠቃላይ የኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች በማንኛውም የቁሳቁስ መሃከለኛ ውስጥ ሲንቀሳቀስ የዚህ ጨረር ከፍተኛ ድግግሞሽ ክፍሎች ሁል ጊዜ ከዝቅተኛ-ድግግሞሽዎቹ በበለጠ ተበታትነው ይበተናሉ። ዋናው ምሳሌ የሰማይ ሰማያዊ ቀለም ነው።

የሌንስ ኦፕቲክስ እና የሚታይ ስፔክትረም

ከሌንስ ጋር ሲሰራ የፀሀይ ብርሀን ብዙ ጊዜ ጥቅም ላይ ይውላል። ቀጣይነት ያለው ስፔክትረም ስለሆነ በሌንስ ውስጥ በሚያልፉበት ጊዜ ድግግሞሾቹ በተለየ መንገድ ይገለበጣሉ። በውጤቱም, የኦፕቲካል መሳሪያው ሁሉንም ብርሃን በአንድ ጊዜ መሰብሰብ አይችልም, እና አይሪዲ ጥላዎች ይታያሉ. ይህ ተፅዕኖ chromatic aberration በመባል ይታወቃል።

የተጠቆመው የሌንስ ኦፕቲክስ ችግር በከፊል የሚፈታው በተመጣጣኝ መሳሪያዎች (ማይክሮስኮፖች፣ ቴሌስኮፖች) የመነጽር ጥምረት በመጠቀም ነው።