У цій, по крайней мере, особа
НЕ зовсім безглузде ...
Правда, розумом воно не блищить,
але що поробиш!
Зате колір у неї правильний,
а це вже дещо!
Л. Керрол
Як взаємодіють поле і речовина? Чим визначається колір речовин? Який величиною характеризується енергія хвилі? Що таке спектри речовин? Які бувають спектри? Що дає дослідження спектрів речовин? Що таке теплове випромінювання? Що таке абсолютно чорне тіло? Якими особливостями володіють спектри теплового випромінювання?
Урок-лекція
Дві складові матерії - поле і речовина - живуть в тісному взаємозв'язку один з одним. З одного боку, речовина є джерелом поля, з іншого - поле впливає на речовину з деякою силою. У цьому параграфі ми розглянемо такі специфічні особливості взаємодії поля і речовини, як колір і спектри.
КОЛІР ВЕЩЕСТВА. Одним з перших наукових дослідів, пов'язаних з дослідженням кольору і спектрів, був досвід Ісаака Ньютона, який пропустив сонячне світло через призму і отримав спектр сонячного випромінювання (рис. 14).
Мал. 14. Розкладання сонячного випромінювання в спектр за допомогою призми
Згодом з'ясувалося, що кожній вузькій смужці цього спектра відповідає хвиля певної довжини хвилі (значення довжин хвиль також зображені на малюнку). Таким чином, зорове відчуття кольору пов'язано з тим, що око по-різному реагує на електромагнітні хвилі різної довжини. Це пояснюється пристроєм рецепторів сітківки ока людини.
Але чому та чи інша речовина має певний колір?
Речовина і поле володіють таким загальним якістю, як енергія. В процесі взаімодеіствія поля хвилі з речовиною (точніше, з зарядженими частинками, складовими речовина) поле може віддати енергію речовини. В цьому випадку відбувається поглинання електромагнітної хвилі. Протилежний процес, коли речовина віддає енергію полю, називають випромінюванням. Нарешті, речовина може взаємодіяти з електромагнітної хвилею, змінюючи її, але не обмінюючись з нею енергією. До таких процесів відносять відображення і переломлення хвилі.
Колір речовини залежить від того, які процеси взаємодії речовини і поля мають місце. Розглянемо як приклад зелений колір листа рослини. У темряві колір листа не видно. Ми можемо спостерігати світло, відбите від листа рослини, або світло, що пройшло через лист (в обох випадках зелений). Колір в цих випадках залежить від того, що речовина листа поглинає світло всіх довжин хвиль, крім хвилі, відповідної зеленому кольору. Біле тіло абсолютно однаково добре відображає всі хвилі, нічого не поглинаючи. Навпаки, абсолютно чорне тіло абсолютно не відображає хвилі, поглинаючи все випромінювання. Деякі речовини, наприклад сажа, близькі за властивостями до абсолютно чорного тіла.
Ігор Грабарь. Зимовий день
Бути може, вся Природа - мозаїка квітів?
Бути може, вся Природа - відмінності голосів?
Бути може, вся Природа - лише числа і риси?
Бути може, вся Природа - желанье краси?
К. Бальмонт
Протилежний випадок має місце, коли речовина випромінює світло без впливу зовнішньої електромагнітної хвилі. Наприклад, газовий пальник випромінює синє світло. Цей колір обумовлений тим, що речовина в момент горіння переважно випромінює світло, відповідний довжині хвилі синього кольору.
Колір відбитого від речовини і пройшов через речовину світла визначається здатністю речовини по-різному поглинати світло різної довжини хвилі.
Колір речовини, що випромінює електромагнітну хвилю без впливу зовнішнього поля, визначається різною здатністю цієї речовини випромінювати електромагнітну хвилю того чи іншого діапазону. Таким чином, колір є характеристикою речовини і процесу взаємодії поля з речовиною
СПЕКТРИ ВЕЩЕСТВА. Більш детальну інформацію про взаємодію випромінювання і речовини дають спектри речовин. У найпростішому досвіді спектр речовини можна отримати, пропускаючи світло через призму, як це зробив Ньютон. При цьому випромінюванню одного кольору можуть відповідати різні спектри. Наприклад, спектр жовтого випромінювання парів натрію, наведений на малюнку 15, являє собою дві вузькі лінії і зовсім не схожий на спектр випромінювання Сонця (див. Рис. 14). Подібні спектри, що складаються з окремих ліній, називають лінійчатими на відміну від спектрів типу спектра Сонця, які називають суцільними.
Мал. 15. Спектр натрію
Але якщо Сонце випромінює світло хвиль різної довжини, то чому воно жовте? Щоб відповісти на це питання, необхідно зробити певні вимірювання. З того, що було сказано на початку параграфа, слід, що вимірювати потрібно деяку енергетичну характеристику хвилі. Такий характеристикою є інтенсивність.
На малюнку 16 наведена залежність інтенсивності сонячного випромінювання від довжини хвилі. Саме таку залежність науковою мовою і називають спектром. Іноді на графіках наводиться залежність інтенсивності від частоти хвилі. Таку залежність також називають спектром.
Згадайте, що довжина хвилі і частота хвилі пов'язані простим співвідношенням.
З наведеного на малюнку 16 спектра Сонця зрозуміло, чому Сонце жовтого кольору. Максимум інтенсивності сонячного випромінювання доводиться на хвилю, відповідну жовтого кольору. Ну а що ж являє собою спектр натрію, зображений у вигляді графіка? Це одинокий вузький пік. який при застосуванні хорошого приладу видно як роздвоєний.
Мал. 16. Спектри випромінювання абсолютно чорного тіла і Сонця
Спектри різних речовин різняться між собою і дозволяють настільки ж точно ідентифікувати речовину (суміш речовин), як відбитки пальців дозволяють ідентифікувати особу.
СПЕКТРИ ТЕПЛОВОГО ВИПРОМІНЮВАННЯ. Щоб самостійно випромінювати електромагнітну хвилю, заряджені частинки повинні мати певну енергією. Ця енергія може набуватися частками в результаті різних процесів. У тому випадку, коли речовина знаходиться поблизу стану термодинамічної рівноваги, енергія частинок - це енергія теплового (хаотичного) руху. Випромінювання такого речовини називають тепловим випромінюванням.
Теплове випромінювання характерно для будь-якого нагрітого тіла. Найбільш просто виглядає спектр випромінювання абсолютно чорного тіла (див. Рис. 16).
Його інтенсивність збільшується з температурою. Довжина хвилі в максимумі випромінювання при збільшенні температури зсувається в бік більш коротких довжин хвиль. Спектр випромінювання зірок схожий на спектр випромінювання абсолютно чорного тіла. Звідси, зокрема, випливає, що блакитні зірки мають більш високу температуру, ніж жовті.
Інтенсивністю називають енергію, що переноситься електромагнітною хвилею через одиницю площі в одиницю часу.
Спектром називають залежність інтенсивності світла від довжини хвилі або частоти світла.
Теплове випромінювання речовин залежить від їх температур. Спектр випромінювання щільних тел близький до спектру ізлученіяабсолютно чорного тіла. Довжина хвилі, відповідної максиму інтенсивності випромінювання, дозволяє визначити температуру випромінюючого тіла.
- Чим визначається колір тіла?
- Що таке спектри?
- Які види спектрів ви знаєте?
- У чому практичне значення дослідження спектрів речовин?
Який величиною характеризується енергія хвилі?
Що таке спектри речовин?
Які бувають спектри?
Що дає дослідження спектрів речовин?
Що таке теплове випромінювання?
Що таке абсолютно чорне тіло?
Якими особливостями володіють спектри теплового випромінювання?
Але чому та чи інша речовина має певний колір?
Бути може, вся Природа - відмінності голосів?