Что такое спектр излучения

Эмиссионный спектр, спектр излучения, спектр испускания — относительная^[1] интенсивность электромагнитного излучения объекта исследования по шкале частот.

Обычно изучается излучение в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазоне от сильно нагретого вещества. Спектр излучения вещества представляют либо в виде горизонтальной цветовой полосы — результат расщепления света от объекта призмой — либо в виде графика относительной интенсивности, либо в виде таблицы.

Спектр излучения железа.

Спектр излучения водорода.

Физика возникновения

Нагретое вещество излучает^[2] электромагнитные волны (фотоны). Спектр этого излучения на фоне спектра излучения абсолютно чёрного тела, при достаточной температуре, на определённых частотах имеет ярко выраженные увеличения интенсивности. Причина повышения интенсивности излучения — в электронах,^[3][4] находящихся в условиях квантования энергии. Такие условия возникают внутри атома, в молекулах и кристаллах. Возбуждённые^[5] электроны переходят из состояния бо́льшей энергии в состояние меньшей энергии с испусканием фотона. Разница энергий уровней определяет энергию испущенного фотона, и следовательно его частоту в соответствии с формулой:

$E_{photon} = h\nu\,$

здесь E — энергия, h — постоянная Планка и ν — частота.

Квантование на энергетические уровни зависит от магнитного поля, поэтому от него также зависит спектр излучения (см. Расщепление спектральных линий). Кроме того, сдвиг частоты благодаря эффекту Допплера также приводит к изменению положений линий в спектре движущихся объектов.

Применение

Особенности спектра эмиссии некоторых элементов видимы невооружённым глазом, когда эти вещества, содержащие данные элементы, нагреты. Например, платиновый провод, опущенный в раствор нитрата стронция и затем поднесенный к открытому огню, испускает красный цвет благодаря атомам стронция. Точно так же, благодаря меди пламя становится светло-голубым.

Спектр излучения используется:

• для определения состава материала, так как спектр излучения различен для каждого элемента периодической таблицы Менделеева. Например, идентификация состава звёзд по свету от них.
• для определения химического вещества, совместно с другими методами.
• при изучении астрономических объектов (звёзды, галактики, квазары, туманности):
  • для определения движения объектов и их частей
  • для получения информации о происходящих в них физических процессах
  • для получения информации о структуре объекта и расположении его частей.

Связанные эффекты

• Спектр поглощения является обратным к спектру испускания. Связано это с тем, что возбуждённый электрон в веществе переизлучает поглощённый фотон не в том же направлении, а энергии поглощённого и излучённого фотона одинаковы.

См. также

• Радуга
• Квантовая физика
• Спектральный анализ

Примечания

1. ↑ относительно излучения абсолютно чёрного тела при данной температуре
2. ↑ Без внешнего освещения
3. ↑ Обычное не радиоактивное вещество из протонов, электронов и возможно нейтронов.
4. ↑ Для температур не вызывающих ядерных реакций.
5. ↑ В данном случае, тепловыми процессами и переизлучением от других электронов объекта