Номер 5, страница 123 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

5. Какой спектр называют линейчатым?

5. Какой спектр называют линейчатым?

Решение:

Линейчатым спектром называют оптический спектр, который состоит из отдельных, изолированных друг от друга узких линий разной яркости и цвета. Эти линии могут быть либо яркими на тёмном фоне (в этом случае говорят о линейчатом спектре испускания), либо тёмными на фоне непрерывного (сплошного) спектра (это линейчатый спектр поглощения).

Такие спектры характерны для веществ, находящихся в газообразном атомарном состоянии, когда атомы практически не взаимодействуют друг с другом. Например, линейчатые спектры испускают разреженные газы в раскалённом состоянии или пары металлов.

Возникновение линейчатых спектров объясняется квантовой природой света и строением атома. Согласно теории Нильса Бора:
1. Атом может находиться только в особых стационарных состояниях, каждому из которых соответствует определённая энергия. В этих состояниях атом не излучает.
2. При переходе электрона в атоме с одного энергетического уровня ($E_m$) на другой, более низкий ($E_n$), испускается квант электромагнитного излучения — фотон. Энергия этого фотона в точности равна разности энергий уровней: $E_{фотона} = E_m - E_n$.
3. Частота излучения $\nu$ связана с энергией фотона формулой Планка: $E_{фотона} = h\nu$, где $\text{h}$ — постоянная Планка.

Так как для каждого вида атомов набор возможных энергетических уровней строго определён и дискретен, то и набор частот, которые атом может излучать, также является дискретным. Каждой такой частоте в видимой части спектра соответствует отдельная цветная линия. Совокупность всех этих линий и представляет собой линейчатый спектр испускания данного химического элемента.

Линейчатый спектр поглощения возникает, когда свет со сплошным спектром проходит через холодный, невозбуждённый газ. Атомы газа поглощают из проходящего света фотоны именно тех энергий (и частот), которые они сами могли бы испустить при возбуждении. В результате на фоне сплошного спектра появляются тёмные линии в тех же самых местах, где у этого же элемента находились бы яркие линии в спектре испускания.

Поскольку структура энергетических уровней уникальна для каждого химического элемента, их линейчатые спектры также уникальны. Это позволяет использовать их для однозначной идентификации веществ, что является основой спектрального анализа.

Ответ: Линейчатым называют спектр, состоящий из отдельных узких спектральных линий, который возникает при излучении или поглощении света атомами, находящимися в газообразном состоянии.