Ландсберг Г.С. - Оптика (1070727), страница 158
Текст из файла (страница 158)
Применение газосветных ламп достигло большого развития благодаря важному техническому нововведению. Внутренняя поверхность баллона в таких лампах, обычно ртутных, покрывается слоем вещества, способного флуоресцировать под действием коротковолнового излучения разряда. Предложение использовать ультрафиолетовое свечение в газосветных лампах с помощью люминесцентной трансформации было высказано С.И. Вавиловым еще в двадцатых годах.
В настоящее время лампы подобного типа нашли широкое техническое применение. Люминофор подбирают таким образом, чтобы его свечение восполняло недостаток спектрального состава газового свечения. В результате получается источник, цвет излучения которого приближается к солнечному («лампы дневного света»). Так как в таких лампах часть ультрафиолетового излучения трансформируется в видимое, то этим достигается дополните'1ьпое повышение их светотехнической экономичности. Хорошие лампы подобного типа имеют световую отдачу до 40— 50 лм1'Вт при спектральном составе излучения, близком к солнечному свету.
Лампы этого типа еще обладают некоторыми техническими недостатками, однако они уже успешно конкурируют с лампами накаливания и, несомненно, вытеснят их в дальнейшем. ЛК) МИНЕСЦЕНЦИЯ Г л а в а ХХХУ1П ИЗЛУЧЕНИК АТОМОВ И МОЛККЪЛ. СПЕКТРАЛЬНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ я 204. Линейчатые спектры Излучение изолированных атомов, например атомов разреженного одноатомного газа или пара металла (Ха, Ня), отличается наибольшей простотой. Электроны, входящие в состав таких атомов, находятся под действием внутриатомных сил и не испытывают возмущающего действия со стороны окружаклпих удаленных атомов.
Спектры подобных газов состоят из ряда дискретных спектральных линий разной интенсивности, соответствующих различным длинам волн. При исследовании газов, состояптих тлз многоатомных молекул, спектр получается более сложным. Так, например, в спектре водорода (Н2) наряду с отдельными, довольно удаленными друг от друга линиями наблюдается большое число тесно расположенных линий (так называемый многолинейнатый или полоеаптый спектр водорода). Исследование показывает, что последний характертизует молекулы водорода, тогда как первый, состоящий из дискретных линий, относится к атпомам водорода, образовавшимся в разрядной трубке вследствтле диссоциации молекулы под действием разряда. Спектры различных атомов отлттчакттся чрезвычайным разнообразием, причем в некоторых из них, например в спектре железа, насчитывается ттесколько тысяч линий.
Тем пе менее, мы без особого труда отличаем эти богатые линиями спектры атомов от полосатых спектров молекул с определенной группировкой многочисленных линий. Правда, и линтли атомного линейчатого спектра не представляют собой беспорядочного скоттлентля. Внимательное изучение линейчатых спектров уже давно привело к установлению определенных закономерностей в их расположении. Лишь в начале ХХ века удалось установить физический смысл, заложенный в этих закономерностях, и вслед затем найти им объяснение в особенностях строения атома (Бор, 1913 г.). Таким образом, создание теории атома шло рука об руку с объяснением спектральных закономерностей.
Многообразные и точные сведения., получаемые в результате спектроскопических исследований, явились важнейшими данными, направлявшими теоретические исследования и позволившими проверить выводы теории. Вместе с тем теоретические заключения дали возможность предусмотреть многие новые стороны явлений и соответствующим образом ориеттттлровать экспериментальные исследования.
.1тюминеоцеиция Линейчатый спектр газов можно возбудить весьма различными способами. Он появляется при различных видах электрического разряда через газ (гейслерова трубка, искра, дуговой разряд), при бомбардировке атомов газа электронами, испускаемыми накаленным катодом (что также можно рассматривать как одну из форм электрического разряда), при нагревании паров и газов (в пламени горелки, например), при освещении паров светом подходящей длллны волны и т.д. Во всех этих случаях получаются спектральные линии, длины волн которых характерны для изучаемого газа.
Однако в зависимости от условий возбуждения относительная интенсивность различных линий может сильно различаться, так что некоторые линии могут отсутствовать при тех или иных способах возбуждения. Можно даже иногда возбудить одну-единственную линию из всего линейчатого спектра. Таким образом, внешний вид спектра данного газа сильно зависит от условий возбуждения; однако следует помнить, что, меняя условия возбуждения, мы можем заставить исчезнуть или появиться только определенные для казсдого данного вещесл~ва линии, совокупность которых и составляет характерный для него линейчатый спектр.
Каждая такая спектральная лллния не представляет собой, однако, излучения строго определенной длины волны, а является, как уже не раз упоминалось, излучением в очень узком спектральном участке, в котором энергия распределена так. что ллнтенсивность быстро падает от центра к краям. Измеренлле ширины спектральной линии (см. ~ 158) показывает, что в излучении разреженного газа величина этого участка нередко ограничена сотыми и даже тысячными долями ангстрема.
Однако условия возбуждения могут заметно влиять и на эту величину, равно как и на положение центра (максимума) спектральной линии. Внешнее электрическое (или магнитное) поле вызывает расширение (или даже расщепле|лие) спектральной линии, а такие внешние поля (особенно электрические) могут в условиях газового разряда обусловлллваться высокой концентрацией ионов в разряде и достигать заметной величины; столкновение светящегося атома с соседними во время процесса излучения также ведет к уширению линии; к тому же ведет и самый факт теплового движения атома вследствие эффекта Доплера. В специальных условиях, например при мощных разрядах, сопровождающихся сильной ионизацией, или при большой плотности газа эти искажения могут достигать значительной величины.
Однако обычно действие всех перечисленных причин не особенно велико, и излучение газа обладает спектром, характерным для атомов, составляющих данный газ. ~ 205. Спектральные закономерности Линейчатые спектры, как уже упоминалось, представляют собой совокупность спектральных линий, составляющих известные системы, а не разбросанных в беспорядке по длинам волн. Установление связи между частотами отдельных линий впервые было сделано Бальмером (1885 г.).
Открытая им закономерность относится к четырем водородным линиям. Именно, оказалось, что длины волн, соответствующих этим 649 гл. ххх~ ш. излъ чинии Атомов и моликул линиям, можно выразить общей формулой 2 где Ъ = 364,57 нм и т ряд последовательных целых чисел 3, 4, 5, 6. Вводя вместо Л частоту и = с/Л, можно переписать формулу Баль- мера в виде где В постоянная. В практической спектроскопии и заменяют величиной Х = о/с = 1/Л.
Это так называемое волновое число показывает, сколько волн данной длины укладывается на протяжении 1 см. Таким образом, формула Бальмера приобретает вид Л= — = — ( —, — —,) =Я( —, — —,), (205Л) где т = 3, 4, 5, 6. Величина Л связана с введенной выше постоянной Ъ простым соотношением Л вЂ” 4/Ъ. Во времена Бальмера были известны лишь 4 линии водорода, удовлетворяюпцле его формуле.
В настоящее время известно около 30 линий Н в видимой части спектра, и частоты всех зтих линий с поразительной точностью могут быть вычислены по формуле Бальмера, если придавать т целые значения 3, 4, 5... Постоянная Л, получившая название постоянной Ридберга, согласно современным данным равняется 1,097677587. 10в см 1. Число знаков, с которыми определена постолинал Ридберги, с одной стороны, показывает, какой степени точности достигла современная спектроскопия, а с другой -- иллюстрирует, насколько формула Бальмера удачно передает результаты наблюдений.
Еще убедительнее демонстрирует точность формулы Бальмера табл. 38.1, сопоставляющая измеренные значения длин волн Таблица 381 Измеренные и вычисленные значения длин волн в спектре водорода Л (выч.), нм Л (набл.), нм Л (выч.), нм Л (набл.), нм 369,156 368,683 368,281 367,936 367,636 367,376 367,148 366,947 366,768 366,610 366,468 366,341 366,226 366,122 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 369,159 368,686 368,284 367,938 367,639 367,380 367,151 366,950 366,772 366,613 366,441 366,344 366,229 366,125 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 !4 16 17 656,280 486,138 434,051 410,178 397,011 388,909 383,543 379,793 377,067 375,018 373,440 372,197 371,201 370,389 369,719 656,280 486,133 434,047 410,174 397,007 388,905 383,539 379,790 377,063 375,015 373,437 372,194 371,197 370,386 369,715 650 ЛЮМИПЕСЦЕНЦИЯ бальмеровской серии в спектре водорода и значения, вычисленные по формуле Бальмера.
Эта таблица ясно показывает, что мы имеем дело не просто с удачно подобранной эмпирической формулой, а с выражением какой-то внутриатомной закономерности. Это убеждение еще более укрепилось, 3,СМ ' 109 678 972,54 972,54 1000 100 000 На5.83 1025,83 90 000 1200 1215,68 1215,68 80 000 70 000 1500 60 000 о Я ж 2000 50 000 0 й Эй Я ~) 3000 3970.075 4101,738 4340,466 4861,327 3970,075 4101,738 4340,466 4861,327 4000 5000 6000 8000 10 000 6562,793 6562,793 9546,2 10049,8 10938 ! 2818. ! 18751,1 2.63 мкм 4,05 мкм 20 000 Рис. 88.1. Схематическое изображение спектра атома водорода: полный спектр и отдельные спектральные серии ! к ! м сск к кк 45, 47 4 ~И !л ж сэ -! ск сэ Н ск ж сэ сс, о 8 40 000 ,,ссс к -!'Ъ 30 000 '8 ф 20 000 Р, !22 9546.2 и !0049,8,с3 10 000 10938 !28!83 18751,1 = = = 2.63 мкм 4.05 мкм 651 1'Л.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
