Номер 7, страница 242 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

7*. Расскажите о применении спектрального анализа.

Спектральный анализ — это совокупность методов качественного и количественного определения состава вещества, основанных на изучении его спектров. Спектр представляет собой зависимость интенсивности излучения или поглощения от длины волны (или частоты). Поскольку каждый химический элемент, его ионы и соединения имеют уникальный, характерный только для них спектр (подобно отпечаткам пальцев), спектральный анализ является чрезвычайно мощным, точным и чувствительным инструментом исследования. Его применение охватывает множество областей науки и техники.

Астрономия и астрофизика

Это одна из ключевых областей применения спектрального анализа. Анализируя свет, приходящий от далеких звезд, галактик и других космических объектов, ученые могут получить огромное количество информации, не покидая Земли:

• Химический состав: по характерным линиям поглощения или испускания в спектре определяют, из каких химических элементов состоит атмосфера звезды, планеты или газопылевая туманность. Именно так на Солнце был открыт гелий, еще до того, как его обнаружили на Земле.
• Физические условия: по ширине и интенсивности спектральных линий можно судить о температуре, давлении и плотности вещества в наблюдаемом объекте.
• Скорость движения: благодаря эффекту Доплера, спектральные линии в спектре движущегося объекта смещаются. Если объект удаляется, линии смещаются в красную сторону (красное смещение), если приближается — в синюю. Величина этого смещения $z = \frac{\Delta \lambda}{\lambda_0}$ прямо связана со скоростью движения объекта $v$ относительно наблюдателя. Это основной метод измерения скоростей галактик, подтвердивший расширение Вселенной.
• Магнитные поля: эффект Зеемана (расщепление спектральных линий в магнитном поле) позволяет измерять напряженность магнитных полей на звездах и других объектах.

Химия и материаловедение

В химии спектральный анализ является стандартным методом для исследования веществ. Он позволяет проводить:

• Качественный анализ: быструю и точную идентификацию неизвестных веществ и определение примесей в образцах путем сравнения их спектров с эталонными базами данных.
• Количественный анализ: определение концентрации различных компонентов в смеси, так как интенсивность спектральных линий пропорциональна количеству вещества. Этот метод незаменим в металлургии для экспресс-анализа состава сплавов (стали, чугуна, цветных металлов), что критически важно для контроля качества продукции.

Экология и мониторинг окружающей среды

Высокая чувствительность метода позволяет обнаруживать даже следовые количества загрязняющих веществ в окружающей среде:

• Анализ состава промышленных выбросов в атмосферу и выхлопных газов автомобилей для контроля за соблюдением экологических норм.
• Контроль качества питьевой и сточной воды: определение содержания тяжелых металлов (свинца, ртути, кадмия), пестицидов и других токсичных примесей.
• Дистанционное зондирование атмосферы со спутников для мониторинга концентрации парниковых газов (например, $CO_2$) и состояния озонового слоя.

Криминалистика

Спектральный анализ помогает исследовать микроскопические улики, найденные на месте преступления, часто без их разрушения. С его помощью можно определить состав:

• Микрочастиц краски, например, с автомобиля, скрывшегося с места ДТП.
• Следов пороха, ядов, наркотических веществ.
• Состава чернил, тонера или бумаги при проведении почерковедческой экспертизы и проверке подлинности документов.

Медицина и биология

Метод используется для анализа биологических жидкостей и тканей, помогая в диагностике заболеваний и научных исследованиях:

• Определение элементного состава крови, мочи, волос для выявления дефицита или избытка жизненно важных микроэлементов (железа, цинка, селена и др.).
• Разработка неинвазивных методов диагностики, например, анализ выдыхаемого воздуха для выявления маркеров определенных заболеваний (диабета, болезней печени).
• Контроль качества, чистоты и подлинности лекарственных препаратов в фармацевтической промышленности.

Промышленность и геология

• В пищевой промышленности — для определения состава продуктов (содержание белка, жиров, влаги), выявления фальсификатов и контроля безопасности.
• В геологии и горнодобывающей промышленности — для экспресс-анализа элементного состава руд, минералов и почв, что ускоряет разведку полезных ископаемых.

Ответ: Спектральный анализ — это мощный и универсальный метод исследования вещества, основанный на изучении его уникальных спектров. Он находит широчайшее применение в таких областях, как астрофизика (определение состава, температуры и скорости звезд), химия и металлургия (контроль состава сплавов и веществ), экология (обнаружение загрязнителей), криминалистика (анализ вещественных доказательств), медицина (диагностика заболеваний), а также в различных отраслях промышленности (пищевой, фармацевтической, горнодобывающей) для контроля качества продукции и сырья.