Номер 2, страница 100 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

2. Как получают и наблюдают линейчатые спектры излучения?

2. Как получают и наблюдают линейчатые спектры излучения?

Линейчатые спектры излучения являются характеристикой отдельных атомов и возникают, когда вещество находится в газообразном атомарном состоянии. Процесс их получения и наблюдения можно разделить на два основных этапа.

Получение линейчатого спектра

Для того чтобы получить линейчатый спектр, необходимо выполнить два условия: привести вещество в атомарное газообразное состояние и сообщить его атомам дополнительную энергию, то есть возбудить их.

1. Приведение вещества в атомарное состояние. Вещество должно быть разреженным газом или паром, чтобы атомы были изолированы друг от друга и не оказывали сильного влияния на энергетические уровни соседних атомов. Если вещество — твердое тело или жидкость, его необходимо испарить.

2. Возбуждение атомов. Атомы поглощают энергию, и их электроны переходят на более высокие энергетические уровни. Существует несколько способов возбуждения атомов:

• Нагревание: Газ или пар нагревают до высокой температуры. Например, если внести в пламя горелки крупинку поваренной соли ($NaCl$), пламя окрасится в ярко-желтый цвет. Это свечение создают возбужденные атомы натрия.

• Электрический разряд: Через газ пропускают электрический ток. В газоразрядной трубке под действием электрического поля электроны и ионы ускоряются и, сталкиваясь с нейтральными атомами, передают им свою энергию, переводя их в возбужденное состояние. На этом принципе работают неоновые вывески и люминесцентные лампы.

После возбуждения атомы находятся в неустойчивом состоянии и почти мгновенно (за время порядка $10^{-8}$ с) возвращаются в основное состояние. При этом они излучают избыточную энергию в виде фотонов строго определенных частот (или длин волн), которые соответствуют разности энергий между уровнями. Поскольку для каждого типа атомов набор энергетических уровней уникален, то и набор излучаемых частот (спектр) также является уникальным.

Наблюдение линейчатого спектра

Для наблюдения и анализа полученного излучения используют специальные оптические приборы — спектроскопы (для визуального наблюдения) или спектрографы (для регистрации спектра на фотопластинке или цифровом датчике).

Процесс наблюдения включает следующие шаги:

1. Коллимация: Свет от источника (например, от газоразрядной трубки) направляют через узкую щель, а затем с помощью линзы получают параллельный пучок света.

2. Дисперсия: Параллельный пучок света направляется на диспергирующий элемент, который разлагает свет в спектр. В качестве такого элемента используют:

• Стеклянную призму: Она разлагает свет в спектр благодаря явлению дисперсии — зависимости показателя преломления вещества от длины волны света. Фиолетовые лучи отклоняются сильнее, чем красные.

• Дифракционную решетку: Она представляет собой систему из большого числа параллельных штрихов или щелей и разлагает свет в спектр за счет явлений дифракции и интерференции. Дифракционная решетка обеспечивает более четкое разделение спектральных линий, чем призма.

3. Регистрация: Разложенный в спектр свет фокусируется с помощью второй линзы на экране, фотопластинке или матрице цифрового детектора (например, ПЗС-матрице). В результате на темном фоне наблюдается набор отдельных ярких цветных линий — это и есть линейчатый спектр излучения.

Ответ: Линейчатые спектры излучения получают, приводя вещество в разреженное атомарное состояние (газ или пар) и возбуждая его атомы путем нагревания или с помощью электрического разряда. Возбужденные атомы излучают свет, который затем наблюдают с помощью спектрального прибора (спектроскопа). В приборе свет разлагается в спектр призмой или дифракционной решеткой, в результате чего на экране или детекторе появляется набор отдельных ярких линий, уникальный для каждого химического элемента.