线谱。光学，物理（8级）。线吸收和发射光谱

线谱--这可能是八年级物理课程中光学部分考虑的重要主题之一。这很重要，因为它使我们能够了解原子结构，并利用这些知识来研究我们的宇宙。让我们在文章中考虑这个问题。

电磁波谱的概念

首先，让我们解释一下这篇文章的内容。大家都知道，我们看到的阳光是电磁波。任何波都由两个重要参数来表征--它的长度和频率（它的第三个同样重要的属性是幅度，它反映了辐射的强度）。

在电磁辐射的情况下，两个参数在以下等式中相关：λν=c，其中希腊字母 λ (lambda) 和 ν (nu) 通常分别表示波长及其频率，而 c 是光速。由于后者是真空的常数值，所以电磁波的长度和频率成反比。

物理学中的电磁波谱接受命名由相应辐射源发射的不同波长（频率）的集合。如果物质吸收，但不发射波，那么我们说的是吸附或吸收光谱。

什么是电磁波谱？

一般来说，他们的分类标准有两个：

按辐射频率。
按照频次分布方式

本文不再赘述第一种分类的考虑。这里我们只简单说一下高频电磁波，称为伽马辐射（>10²⁰赫兹）和X射线（10^{18 -10} 19 ^{赫兹）。紫外光谱已经是较低的频率（10}15^-1017^{Hz）。可见光谱或光谱位于 10}14 ^{Hz 的频率范围内，对应于一组从 400 µm 到 700 µm 的长度（有些人能够看到一点“更宽”：从 380 µm 到 780 µm）。较低的频率对应于红外线或热光谱，以及已经有几公里长的无线电波。}

在文章的后面，我们将仔细研究第2类分类，在上面的列表中注明。

线和连续发射光谱

绝对任何物质，如果加热，都会发射电磁波。它们将是什么频率和波长？这个问题的答案取决于所研究物质的聚集状态。

液体和固体通常会发射一组连续的频率，也就是说，它们之间的差异非常小，我们可以谈论连续的辐射光谱。反过来，如果一种具有低压的原子气体被加热，它将开始“发光”，发出严格定义的波长。如果后者是在照相胶片上显影的，那么它们将是窄线，每条线都负责特定的频率（波长）。因此，这种类型的辐射被称为线发射光谱。

在线和连续之间有一种中间类型的光谱，它通常发出分子而不是原子气体。这种类型是孤立的条带，每个条带在详细检查时都由单独的细线组成。

线吸收光谱

前面所说的都是物质对波的辐射。但它也有吸水性。让我们进行通常的实验：让我们取出冷放电的原子气体（例如，氩气或氖气），让白炽灯发出的白光穿过它。之后，我们分析通过气体的光通量。事实证明，如果这个通量被分解成单独的频率（这可以使用棱镜来完成），那么观察到的连续光谱中就会出现黑带，这表明这些频率被气体吸收了。在这种情况下，人们说的是线吸收光谱。

十九世纪中叶。德国科学家古斯塔夫基尔霍夫发现了一个非常有趣的特性：他注意到黑线出现在连续光谱上的位置与给定物质的辐射频率完全对应。目前，这个特性被称为基尔霍夫定律。

Balmer、Liman、Pashen系列

自19世纪末以来，世界各地的物理学家都在寻求了解辐射的线谱是什么。发现给定化学元素的每个原子在任何条件下都表现出相同的发射率，即只发射特定频率的电磁波。

这个问题的第一个详细研究是由瑞士物理学家巴尔默进行的。在他的实验中，他使用了加热到高温的氢气。由于氢原子是所有已知化学元素中最简单的，因此最容易研究其上的辐射光谱特征。 Balmer 得到了一个惊人的结果，他将其写成以下公式：

1/λ=R_H(1/4-1/n²).

这里λ是发射波的长度，R_H -某个常数值，对于氢来说等于1，09710⁷ m ^-1，n为从3开始的整数，即3、4、5等

从这个公式得到的所有长度λ都在人类可见的光谱范围内。氢的这一系列 λ 值称为光谱巴尔默.

随后，美国科学家西奥多·李曼（Theodore Liman）利用适当的设备，发现了紫外氢光谱，他用类似于巴尔默的公式来描述：

1/λ=R_H(1/1-1/n²).

最后，另一位德国物理学家弗里德里希·帕申（Friedrich Paschen）得到了红外区氢发射的公式：

1/λ=R_H(1/9-1/n²).

不过，只有1920年代量子力学的发展才能解释这些公式。

卢瑟福、玻尔和原子模型

20世纪头十年，欧内斯特·卢瑟福（新西兰裔英国物理学家）进行了多次实验，研究各种化学元素的放射性。由于这些研究，原子的第一个模型诞生了。卢瑟福认为，这种物质的“颗粒”由一个带正电的原子核和在其轨道上旋转的负电子组成。库仑力解释了为什么原子“不分崩离析”，作用在电子上的离心力是后者不落入原子核的原因。

在这个模型中一切似乎都是合乎逻辑的，除了一个但是。事实是，当沿曲线轨迹移动时，任何带电粒子都必须辐射电磁波。但在稳定原子的情况下，没有观察到这种效应。那么原来是模型本身错了？

做了必要的修改另一位物理学家是丹麦人尼尔斯·玻尔。这些修正现在被称为他的公设。玻尔在卢瑟福模型中引入了两个命题：