Номер 6, страница 315 - гдз по физике 9 класс учебник Грачев, Погожев

Глава 9. Физика атома и атомного ядра. Параграф 52. Поглощение и испускание света атомами. Оптические спектры - номер 6, страница 315.

Условие.

6. Что можно определить, зная спектр излучения (поглощения) вещества?

Решение.

Спектр излучения или поглощения вещества — это его уникальная характеристика, подобная отпечатку пальца. Анализ этого спектра, называемый спектральным анализом, позволяет получить большое количество информации о веществе. Вот что можно определить:

1. Химический (атомный и молекулярный) состав.

Это основное применение спектрального анализа. Каждый химический элемент (в атомарном состоянии) имеет свой неповторимый линейчатый спектр. Положения (длины волн или частоты) спектральных линий в спектре исследуемого вещества однозначно указывают на то, какие химические элементы входят в его состав. Сравнивая полученный спектр с эталонными спектрами известных элементов, можно провести качественный анализ, то есть определить, из чего состоит вещество. Это относится и к молекулам, которые имеют более сложные, полосатые спектры.

2. Количественный состав.

Интенсивность спектральных линий (их яркость в спектре излучения или глубина в спектре поглощения) зависит от количества атомов или молекул данного вещества в источнике света или на пути его распространения. Чем больше концентрация элемента, тем интенсивнее его спектральные линии. Это позволяет проводить количественный анализ, определяя массовую долю или концентрацию каждого компонента в смеси.

3. Физические условия и параметры объекта.

Спектр несет информацию не только о составе, но и о состоянии вещества и окружающей его среде:

• Температура. По распределению энергии в сплошном спектре (для нагретых твердых тел или плотных газов) можно определить температуру источника (согласно закону Вина и закону Стефана-Больцмана). Также о высокой температуре свидетельствует наличие в спектре линий ионизированных атомов. Относительная интенсивность различных линий одного и того же элемента также зависит от температуры.
• Давление и плотность. Спектральные линии имеют конечную ширину. Увеличение давления и плотности газа приводит к уширению спектральных линий из-за более частых столкновений между атомами. По ширине линий можно судить о давлении в веществе.
• Скорость движения объекта. На основе эффекта Доплера можно определить лучевую скорость объекта (скорость вдоль луча зрения). Если источник излучения движется к наблюдателю, длины волн его спектральных линий смещаются в синюю (коротковолновую) сторону спектра. Если удаляется — в красную (длинноволновую). Величина смещения $ \Delta\lambda $ связана со скоростью $ v $ соотношением $ \frac{\Delta\lambda}{\lambda_0} \approx \frac{v}{c} $, где $ \lambda_0 $ — длина волны в покое, а $ c $ — скорость света. Этот метод широко используется в астрономии для определения скоростей звезд и галактик.
• Скорость вращения. Если наблюдаемый объект (например, звезда) вращается, то один его край приближается к нам, а другой удаляется. Из-за эффекта Доплера это приводит к уширению спектральных линий. По величине этого уширения можно рассчитать скорость вращения объекта.
• Магнитные поля. В сильных магнитных полях происходит расщепление спектральных линий на несколько компонент (эффект Зеемана). Измеряя это расщепление, можно определить напряженность и конфигурацию магнитного поля источника излучения.

Ответ: Зная спектр излучения (поглощения) вещества, можно определить его качественный и количественный химический состав, а также множество физических параметров и условий, в которых оно находится: температуру, давление, плотность, скорость движения, скорость вращения и наличие магнитных полей.