Номер 5, страница 174 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

5. Какой спектр называют линейчатым?

5. Линейчатым спектром называют спектр, состоящий из отдельных, чётко разделённых узких спектральных линий различного цвета (в видимой области) или различной частоты/длины волны (в общем случае). Эти линии не сливаются друг с другом и расположены на тёмном фоне (в случае спектра испускания) или в виде тёмных линий на фоне сплошного спектра (в случае спектра поглощения).

Такие спектры характерны для веществ, находящихся в атомарном газообразном состоянии (например, разреженные газы, пары металлов). Молекулы также могут давать линейчатые спектры, но они обычно гораздо сложнее и часто выглядят как полосатые.

Возникновение линейчатых спектров объясняется квантовой природой атомов. Согласно постулатам Бора и выводам квантовой механики, атом может находиться только в определённых стационарных состояниях, каждому из которых соответствует свой дискретный уровень энергии $E_n$.

Когда атом переходит из возбуждённого состояния с более высокой энергией $E_k$ в состояние с более низкой энергией $E_n$, он излучает квант электромагнитной энергии — фотон. Энергия этого фотона в точности равна разности энергий начального и конечного состояний: $$ \Delta E = E_k - E_n $$ Частота $\nu$ излучаемого света связана с этой энергией соотношением Планка: $$ h\nu = E_k - E_n $$ где $\text{h}$ — постоянная Планка.

Поскольку набор энергетических уровней ($E_1, E_2, E_3, ...$) для атомов каждого химического элемента строго определён и уникален, то и набор частот (или длин волн $\lambda = c/\nu$), которые может излучать или поглощать атом, также является дискретным и уникальным. Именно этот набор дискретных частот и предстаёт в виде отдельных линий в спектре. Каждая линия соответствует определённому переходу электрона между двумя энергетическими уровнями.

Различают два вида линейчатых спектров:
1. Спектры испускания (эмиссионные): возникают при излучении света нагретым до высокой температуры разреженным газом. Атомы газа возбуждаются (например, из-за столкновений) и, возвращаясь в основное состояние, испускают фотоны. Спектр выглядит как набор ярких цветных линий на тёмном фоне.
2. Спектры поглощения (абсорбционные): образуются, когда сплошной спектр (например, свет от лампы накаливания) проходит через холодный, невозбуждённый газ. Атомы газа поглощают из проходящего света фотоны тех частот, которые соответствуют возможным переходам их электронов на более высокие энергетические уровни. В результате на фоне сплошного спектра появляются тёмные линии поглощения.

Линейчатые спектры являются "паспортом" химического элемента, так как они уникальны для каждого элемента. Это свойство лежит в основе спектрального анализа — мощного метода определения химического состава вещества.

Ответ: Линейчатый спектр — это спектр, состоящий из отдельных узких линий, которые соответствуют определённым частотам (или длинам волн) электромагнитного излучения. Такой спектр возникает при испускании или поглощении света атомами вещества, находящегося в газообразном состоянии, и обусловлен дискретностью энергетических уровней атомов.