Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 77
Текст из файла (страница 77)
Иной вид имеет спектр, если в качестве источника света использовать с в е т я щ и е с я г а з ы. Направим, например, на спектрограф свет газоразрядной лампы, в которой светится пар ртути. Наблюдаемый спектр имеет вид, изображенный на рис. 322. Он состоит из отдельных р е зк и х л и н и й, представляющих собой изображение щели спектрографа в отдельных длинах волн.
Каждая линия представляет по существу узкий спектральный интервал, охватывающий некоторын набор длин волн; но интервал этот так узок, что его можно практически считать соответст- 1 х Р о Р~ о Ф К 1 О. 4Р о ч «Ч С0 ж а вующпм одной определенной длине волны, Приведенный на рис. 322 в качестве примера спектр ртути характерен для свечения газов или паров. Такие спектры принято называть динейчатымш Разнообразные пары или газы могут давать спектры, отличающиеся положением спектральных линий (т. е. их длиной волны), а также числом их и распределением по спектру, Спектр пара ртути сравнительно беден линиями; наоборот, в спектре пара железа, например, насчитывается несколько тысяч отдельных спектральных линий (рис.
323), распределенных по видимой и ультрафиолетовой областям спектра, Рис. 324. Спектр пара иода При изучении спектров паров илн газов наблюдаются также спектры, состоящие из отдельных п о л о с, разделенных темными промежутками. Некоторые из этих полос при более тщательном исследовании оказываются состоящими из очень большого числа отдельных линий, другие же представляют сооой действительно сплошные полоски. Такого типа спектры принято называть полосатыми. Рис.
324 дает пример такого спектра, наблюдаемого при свечении пара иода. й 174. Происхождение спектров различных типов. Исследование показало, что тип спектра определяется х а р а кт е р о м светящегося объекта. Сплошные спектры получаются в результате свечения твердых или жидких тел, В пламени свечи светятся раскаленные частицы угля, в электрической лампочке — накаленная металлическая нить. Такие же спектры дают и расплавленные металлы, а также светящиеся газы или пары, если они обладают значительной плотностью, т. е.
находятся под очень высоким давлением, В частности, сплошной спектр Солнца представляет собой, по-видимому, свепенне паров высокой плотности. Линейчатые и пологадчые с и е к т р ы характерны для свечения газов или паров малой плотности. Линейчатые спектры испускаются светящимися а т о и а м и. Многие газы состоят из отдельных атомов, например пары металлов и так называемые инертные газы — гелий, неон, аргон и др.
Газы, состоящие из молекул, например водород, кислород, пар иода и др., м о г у т при возбуждении распадаться на атомы (диссоциировать). Такие атомарные газы дают линейчатые спектры. Но можно вызвать свечение и целы х моле к у л, не разбивая их на атомы. В таком случае испускаются п о л о с а т ы е с п е к т р ы.
При возбуждении таких многоатомных газов или паров нередко происходит частичная диссоциация н наблюдается одновременно и лннейчатый и полосатый спектры. Свечение атомов и молекул в парах и газах можно вызвать н а г р е в а н и е м. Например, в пламени газовой горелки можно наблюдать полосы, соответствующие свечению молекул циана, представляющих соединение углерода и азота (СХ). Ес.ти в пламя внести крупинку поваренной соли К (хлористого натрия, МаС!), то пламя окрашивается в интенсивный желтый цвет, и спектральный аппарат обнаруживает в желтой части спектра две близко расположенные линии, характерныс для спектра пазов трус ров натрия.
Это означает, что в пламени ка тлевшего горелки молекулы хлористого натрия расразряда пались на а т о м ы натрия н хлора, све- чение атомов натрия легко наблюдается, свечение же атомов хлора возбудить не легко, н оно обычно слишком слабо. Гораздо чаще для возбуждения спектров атомов и молекул пользуются явлениями электр ич е с к о г о р а з р я д а в газах. В этом случае трубка с электродами, через которую пропускают электрический ток, наполняется газом прп низком давлении. В этих условиях разряд имеет характер тлеющего (см.
т. 11, ~ 100). Нередко трубке тлеющего разряда придают форму, указанную на рис. 325, с тем чтобы сконцентрировать свечение в узкой части, что удобно для освещения щели спектрографа. На этом рисунке 1 — электроды, 2 — узкая часть, где плотность тока (т. е. ток, рассчитанный на единицу площади) и яркость свечения имеют наибольшее значение. Для той же цели может служить электрическая искра или дуга между исследуемыми электродами. Если повышать давление светящегося пара или газа, то спектральные линии начинают расширяться, захватывая ббльший спектральный интервал. При очень больших давлениях (сотни и больше атмосфер) линейчатый спектр постепенно переходит в сплошной, характерный для сжатых газов.
й 175. Спектральные закономерности, Линейчатый спектр атома представляет собой совокупность большого числа линий, разбросанных по всему спектру без всякого в и д и м ог о порядка. Однако внимательное изучение спектров показало, что расположение линий следует о п р е д е л е иным закономерностям. Яснее всего, конечно, со ч чо,ж ~ч' ч зю Ч' Ьо хэ зыщгпэ Рнс. 326. Лнпейчатый спектр нодорода (серии Бальхчера, длины волн в ианоиетрах).
Н„, Нр, Нт и На — обозначении первых четырек ли- ний серии, лежащих в видимой области спектра эти закономерности выступают на сравнительно простых спектрах, характерных для простых атомов. Впервые такая закономерность бьша установлена для спектра водорода, изображенного на рис. 325. В !885 г. швейцарскни физик и математик Иоганн Якоб Бальмер (1825 — 1898) установил, что частоты отдельных линий водорода выражаются простой формулой: ~, 2х и Рхп7 ' где и означает частоту света, т. е. число волн, испускаемых в единицу времени, 1х — — называемая постоянной Ридбгрга величина, равная 3,28984 10тх с ', и и — целое число. Если задавать для и значения 3, 4, 5 и т.
д., то получаются значения, очень хорошо совпадающие с частотами последовательных линий спектра водорода. Совокупность этих линий составляет серою Баль.нера. В дальнейшем было оонаружено, что в спектре водорода еще имеются многочисленные спектральные линии, которые также составляют серии, подобные серии Бальмера. 411 Частоты этих линий могут быть представлены формулами /1 1Х т=)7 ~ —,— —,), где т=2, 3, 4, ... (серия Лаймана), Д! !Х т=)7 ! —,— — а~, где в=4, 5, 6, ...
(серия Пашегю), причем й имеет то же самое числовое значение, что и в фор- муле Бальмера. Таким образом, все водородные серии мож- но объединить одной формулой: .=л( ' — ',), где п и лт — целые числа, причем т)п+1 а). Спектры других атомов значительно сложнее, и распре- деление их линий в серии не так просто. Оказалось, однако, что спектральные линии всех атомов могут быть распреде- лены в серии. Крайне важно, что сериальные закономерно- сти для всех атомов могут быть представлены в форме, подоб- ной формуле Бальмера, причем постоянная Я имеет почти одно и то же значение для всех атомов. Существование спектральных закономерностей, общих для всех атомов, указывало несомненно на глубокую связь этих закономерностей с основными чертами атомной струк- туры.
Действительно, датский физик, создатель квантовой теории атома Нильс Бор (1885 — 1962) в 1913 г. нашел ключ к пониманию этих закономерностей, установив в то же время основы современной теории атома (см. гл. ХХП). $ 176. Спектральный аналяз по спектрам испускания. Каждый атом испускает свои определенные спектральные лип ни, составляющие его спектр. Различные атомы имеют иногда отдельные с л у ч а й н о совпадающие линии, но спектр атома в целом вполне характерен для этого атома. Поэтому появление совокупности спектральныхлнний, принадлежащих какому-нибудь атому, является верным признаком того, что данный элемент находится среди светящихся паров источника. Это важное правило было установлено немецкими физиком Густавом Кнрхгофом (1824 — 1887) и химиком Робертом Бунзеном (18!1 — 1899) в 1859 г.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
