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Inhalt Strahlungsarten Lichtquellen Spektren Spektralapparat Spektrenarten Spektralanalyse

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Strahlungsarten Wärmestrahlung Elektrolumineszenz Chemilumineszenz Photolumineszenz Inhalt

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Wärmestrahlung Die einfachste und häufigste Strahlungsart ist die Wärmestrahlung, bei der die Energie, die Atome zum Aussenden von Licht verlieren, durch die Energie der thermischen Bewegung von Atomen (oder Molekülen) des emittierenden Körpers ausgeglichen wird. Je höher die Körpertemperatur, desto schneller bewegen sich die Atome. Wenn schnelle Atome (oder Moleküle) miteinander kollidieren, wird ein Teil ihrer kinetischen Energie in Anregungsenergie der Atome umgewandelt, die dann Licht aussenden. Die thermische Strahlungsquelle ist die Sonne sowie eine gewöhnliche Glühlampe. Die Lampe ist eine sehr praktische, aber kostengünstige Quelle. Nur etwa 12 % der gesamten durch elektrischen Strom in den Lampenfaden abgegebenen Energie werden in Lichtenergie umgewandelt. Schließlich ist die thermische Lichtquelle eine Flamme. Rußkörner (Kraftstoffpartikel, die keine Zeit zum Verbrennen hatten) werden durch die bei der Kraftstoffverbrennung freigesetzte Energie erhitzt und emittieren Licht. Strahlungsarten

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Elektrolumineszenz Die Energie, die Atome zur Emission von Licht benötigen, kann auch aus nichtthermischen Quellen gewonnen werden. Bei einer Entladung in Gasen verleiht das elektrische Feld den Elektronen eine größere kinetische Energie. Schnelle Elektronen stoßen inelastisch mit Atomen zusammen. Ein Teil der kinetischen Energie der Elektronen dient der Anregung von Atomen. Angeregte Atome geben Energie in Form von Lichtwellen ab. Dadurch wird die Entladung im Gas von einem Leuchten begleitet. Das ist Elektrolumineszenz. Das Nordlicht ist eine Manifestation der Elektrolumineszenz. Von der Sonne emittierte Ströme geladener Teilchen werden vom Erdmagnetfeld eingefangen. Sie regen Atome in den oberen Schichten der Atmosphäre an den Magnetpolen der Erde an und bringen diese Schichten zum Leuchten. Elektrolumineszenz wird in Werberöhren eingesetzt. Strahlungsarten

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Chemilumineszenz Bei einigen chemischen Reaktionen, die Energie freisetzen, wird ein Teil dieser Energie direkt für die Emission von Licht aufgewendet. Die Lichtquelle bleibt kühl (sie hat Umgebungstemperatur). Dieses Phänomen wird Chemilumineszenz genannt. Im Sommer kann man im Wald nachts das Glühwürmchen beobachten. Auf seinem Körper „brennt“ eine kleine grüne „Taschenlampe“. Sie werden sich nicht die Finger verbrennen, wenn Sie ein Glühwürmchen fangen. Der leuchtende Fleck auf seinem Rücken hat fast die gleiche Temperatur wie die Umgebungsluft. Auch andere Lebewesen haben die Eigenschaft zu leuchten: Bakterien, Insekten und viele Fische, die in großen Tiefen leben. Verrottende Holzstücke leuchten oft im Dunkeln. Strahlungsarten Inhalt

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Photolumineszenz Auf einen Stoff einfallendes Licht wird teilweise reflektiert und teilweise absorbiert. Die Energie des absorbierten Lichts führt in den meisten Fällen lediglich zu einer Erwärmung des Körpers. Allerdings beginnen manche Körper selbst direkt unter dem Einfluss der auf sie einfallenden Strahlung zu leuchten. Das ist Photolumineszenz. Licht regt die Atome einer Substanz an (erhöht ihre innere Energie) und erleuchtet sie anschließend selbst. Beispielsweise strahlen die Leuchtfarben, die viele Christbaumschmuckstücke bedecken, nach der Bestrahlung Licht aus. Das bei der Photolumineszenz emittierte Licht hat in der Regel eine längere Wellenlänge als das Licht, das das Leuchten anregt. Dies kann experimentell beobachtet werden. Richtet man einen durch einen violetten Filter geleiteten Lichtstrahl auf ein Gefäß mit Fluorescein (einem organischen Farbstoff), beginnt die Flüssigkeit mit grün-gelbem Licht zu leuchten, also Licht mit einer längeren Wellenlänge als violettes Licht. Das Phänomen der Photolumineszenz wird häufig bei Leuchtstofflampen genutzt. Der sowjetische Physiker S. I. Vavilov schlug vor, die Innenfläche der Entladungsröhre mit Substanzen zu bedecken, die unter der Einwirkung kurzwelliger Strahlung einer Gasentladung hell leuchten können. Leuchtstofflampen sind etwa drei- bis viermal sparsamer als herkömmliche Glühlampen. Inhalt

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Lichtquellen Die Lichtquelle muss Energie verbrauchen. Licht sind elektromagnetische Wellen mit einer Wellenlänge von 4×10-7-8×10-7 m. Elektromagnetische Wellen werden durch die beschleunigte Bewegung geladener Teilchen emittiert. Diese geladenen Teilchen sind Teil der Atome, aus denen die Materie besteht. Doch ohne zu wissen, wie das Atom aufgebaut ist, lässt sich nichts Verlässliches über den Strahlungsmechanismus sagen. Es ist nur klar, dass es im Inneren eines Atoms kein Licht gibt, genauso wie es in einer Klaviersaite keinen Ton gibt. Wie eine Saite, die erst dann zu klingen beginnt, wenn man sie mit einem Hammer anschlägt, so erzeugen Atome erst dann Licht, wenn sie angeregt werden. Damit ein Atom zu strahlen beginnt, muss es eine bestimmte Energiemenge übertragen. Beim Emittieren verliert ein Atom die Energie, die es erhält, und für das kontinuierliche Leuchten eines Stoffes ist ein Energiezufluss von außen zu seinen Atomen notwendig. Inhalt

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Spektralapparat Zur genauen Untersuchung von Spektren reichen einfache Geräte wie ein schmaler Spalt zur Begrenzung des Lichtstrahls und ein Prisma nicht mehr aus. Benötigt werden Geräte, die ein klares Spektrum liefern, also Geräte, die Wellen unterschiedlicher Länge gut trennen und keine (oder fast keine) Überlappung einzelner Teile des Spektrums zulassen. Solche Geräte werden Spektralgeräte genannt. Meistens ist der Hauptteil des Spektralapparats ein Prisma oder Beugungsgitter. Betrachten wir das Konstruktionsdiagramm eines Prismenspektralapparats (Abb. 46). Die untersuchte Strahlung gelangt zunächst in einen Teil des Geräts, den sogenannten Kollimator. Der Kollimator ist eine Röhre, an deren einem Ende sich ein Schirm mit schmalem Schlitz und am anderen Ende eine Sammellinse L1 befindet. Inhalt

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Der Spalt liegt in der Brennweite des Objektivs. Daher tritt ein divergierender Lichtstrahl, der vom Spalt auf die Linse trifft, als paralleler Strahl aus dieser aus und fällt auf das Prisma P. Da unterschiedliche Frequenzen unterschiedlichen Brechungsindizes entsprechen, treten aus dem Prisma parallele Strahlen aus, deren Richtung nicht übereinstimmt. Sie fallen auf die Linse L2. An der Brennweite dieses Objektivs befindet sich ein Bildschirm – Milchglas oder eine Fotoplatte. Die Linse L2 fokussiert parallele Strahlenbündel auf den Bildschirm, und anstelle eines einzelnen Bildes des Spalts erhält man eine ganze Reihe von Bildern. Jede Frequenz (genauer gesagt ein schmales Spektralintervall) hat ihr eigenes Bild. Alle diese Bilder zusammen bilden ein Spektrum. Das beschriebene Gerät wird Spektrograph genannt. Wenn anstelle einer zweiten Linse und eines zweiten Bildschirms ein Teleskop zur visuellen Beobachtung von Spektren verwendet wird, spricht man von einem Spektroskop. Prismen und andere Teile von Spektralgeräten bestehen nicht unbedingt aus Glas. Anstelle von Glas werden auch transparente Materialien wie Quarz, Steinsalz usw. verwendet

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Spektren Je nach Art der Verteilung physikalischer Größenwerte können Spektren diskret (Linie), kontinuierlich (durchgezogen) sein und auch eine Kombination (Überlagerung) diskreter und kontinuierlicher Spektren darstellen. Beispiele für Linienspektren sind Massenspektren und Spektren von Bindungs-Bindungs-Elektronenübergängen eines Atoms; Beispiele für kontinuierliche Spektren sind das Spektrum elektromagnetischer Strahlung eines erhitzten Festkörpers und das Spektrum freier elektronischer Übergänge eines Atoms; Beispiele für kombinierte Spektren sind die Emissionsspektren von Sternen, bei denen chromosphärische Absorptionslinien oder die meisten Schallspektren dem kontinuierlichen Spektrum der Photosphäre überlagert sind. Ein weiteres Kriterium für die Typisierung von Spektren sind die physikalischen Prozesse, die ihrer Entstehung zugrunde liegen. So werden Spektren je nach Art der Wechselwirkung von Strahlung mit Materie in Emissions- (Emissionsspektren), Adsorptions- (Absorptionsspektren) und Streuspektren unterteilt. Inhalt

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Kontinuierliche Spektren Das Sonnenspektrum oder Bogenlampenspektrum ist kontinuierlich. Das bedeutet, dass das Spektrum Wellen aller Wellenlängen enthält. Es gibt keine Unterbrechungen im Spektrum und auf dem Spektrographenbildschirm ist ein durchgehender mehrfarbiger Streifen zu sehen (Abb. V, 1). Reis. V Emissionsspektren: 1 – kontinuierlich; 2 - Natrium; 3 - Wasserstoff; 4-Helium. Absorptionsspektren: 5 - Solar; 6 - Natrium; 7 - Wasserstoff; 8 - Helium. Inhalt

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Die Verteilung der Energie über die Frequenzen, also die spektrale Dichte der Strahlungsintensität, ist bei verschiedenen Körpern unterschiedlich. Beispielsweise sendet ein Körper mit einer sehr schwarzen Oberfläche elektromagnetische Wellen aller Frequenzen aus, die Kurve der Abhängigkeit der spektralen Strahlungsintensitätsdichte von der Frequenz weist jedoch ein Maximum bei einer bestimmten Frequenz nmax auf. Die Strahlungsenergie bei sehr niedrigen und sehr hohen Frequenzen ist vernachlässigbar. Mit zunehmender Temperatur verschiebt sich die maximale spektrale Strahlungsdichte hin zu kürzeren Wellen. Kontinuierliche (oder kontinuierliche) Spektren werden erfahrungsgemäß von Körpern im festen oder flüssigen Zustand sowie von stark komprimierten Gasen erzeugt. Um ein kontinuierliches Spektrum zu erhalten, muss der Körper auf eine hohe Temperatur erhitzt werden. Die Natur des kontinuierlichen Spektrums und die Tatsache seiner Existenz werden nicht nur durch die Eigenschaften einzelner emittierender Atome bestimmt, sondern hängen auch in starkem Maße von der Wechselwirkung der Atome untereinander ab. Ein kontinuierliches Spektrum wird auch durch Hochtemperaturplasma erzeugt. Elektromagnetische Wellen werden von Plasma hauptsächlich dann emittiert, wenn Elektronen mit Ionen kollidieren. Arten von Spektren Inhalt

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Linienspektren Geben wir ein mit einer Lösung aus gewöhnlichem Kochsalz angefeuchtetes Stück Asbest in die helle Flamme eines Gasbrenners. Bei der Beobachtung einer Flamme durch ein Spektroskop blinkt eine leuchtend gelbe Linie vor dem Hintergrund des kaum sichtbaren kontinuierlichen Spektrums der Flamme. Diese gelbe Linie entsteht durch Natriumdampf, der entsteht, wenn die Moleküle von Speisesalz in einer Flamme zersetzt werden. Die Abbildung zeigt auch die Spektren von Wasserstoff und Helium. Jeder von ihnen ist eine Palisade aus farbigen Linien unterschiedlicher Helligkeit, die durch breite dunkle Streifen getrennt sind. Solche Spektren werden Linienspektren genannt. Das Vorhandensein eines Linienspektrums bedeutet, dass ein Stoff Licht nur bei bestimmten Wellenlängen (genauer gesagt in bestimmten, sehr engen Spektralintervallen) emittiert. In der Abbildung sehen Sie die ungefähre Verteilung der spektralen Dichte der Strahlungsintensität in einem Linienspektrum. Jede Linie hat eine endliche Breite. Inhalt

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Linienspektren geben alle Stoffe im gasförmigen atomaren (aber nicht molekularen) Zustand wieder. In diesem Fall wird Licht von Atomen emittiert, die praktisch nicht miteinander interagieren. Dies ist die grundlegendste Art von Spektren. Isolierte Atome emittieren streng definierte Wellenlängen. Typischerweise wird zur Beobachtung von Linienspektren das Leuchten des Dampfes einer Substanz in einer Flamme oder das Leuchten einer Gasentladung in einem mit dem untersuchten Gas gefüllten Rohr verwendet. Mit zunehmender Dichte des atomaren Gases dehnen sich die einzelnen Spektrallinien aus, und schließlich überlappen sich diese Linien bei sehr hoher Kompression des Gases, wenn die Wechselwirkung der Atome signifikant wird, und bilden ein kontinuierliches Spektrum. Arten von Spektren Inhalt

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Gebänderte Spektren Das gebänderte Spektrum besteht aus einzelnen Bändern, die durch dunkle Räume getrennt sind. Mit Hilfe eines sehr guten Spektralapparats kann man entdecken, dass jedes Band eine Ansammlung einer großen Anzahl sehr eng beieinander liegender Linien ist. Im Gegensatz zu Linienspektren werden Streifenspektren nicht von Atomen, sondern von Molekülen erzeugt, die nicht oder nur schwach aneinander gebunden sind. Zur Beobachtung von Molekülspektren sowie zur Beobachtung von Linienspektren wird üblicherweise das Leuchten von Dampf in einer Flamme oder das Leuchten einer Gasentladung genutzt. Arten von Spektren Inhalt

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Absorptionsspektren Alle Stoffe, deren Atome sich in einem angeregten Zustand befinden, emittieren Lichtwellen, deren Energie in bestimmter Weise über die Wellenlängen verteilt ist. Die Absorption von Licht durch einen Stoff hängt auch von der Wellenlänge ab. Somit lässt rotes Glas Wellen durch, die rotem Licht entsprechen (l»8×10-5 cm), und absorbiert alle anderen. Wenn man weißes Licht durch ein kaltes, nicht emittierendes Gas leitet, erscheinen dunkle Linien vor dem Hintergrund des kontinuierlichen Spektrums der Quelle. Das Gas absorbiert am stärksten das Licht genau derjenigen Wellenlängen, die es bei starker Erhitzung aussendet. Dunkle Linien vor dem Hintergrund eines kontinuierlichen Spektrums sind Absorptionslinien, die zusammen ein Absorptionsspektrum bilden. Arten von Spektren Inhalt

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Spektralanalyse Linienspektren spielen eine besonders wichtige Rolle, da ihre Struktur in direktem Zusammenhang mit der Struktur des Atoms steht. Schließlich werden diese Spektren von Atomen erzeugt, die keinen äußeren Einflüssen ausgesetzt sind. Indem wir uns also mit Linienspektren vertraut machen, machen wir damit den ersten Schritt zur Erforschung der Struktur von Atomen. Durch die Beobachtung dieser Spektren konnten Wissenschaftler in das Innere des Atoms „blicken“. Hier kommt die Optik in engen Kontakt mit der Atomphysik. Die Haupteigenschaft von Linienspektren besteht darin, dass die Wellenlängen (oder Frequenzen) des Linienspektrums eines Stoffes nur von den Eigenschaften der Atome dieses Stoffes abhängen, aber völlig unabhängig von der Art der Anregung der Lumineszenz der Atome sind. Die Atome jedes chemischen Elements erzeugen ein Spektrum, das sich von den Spektren aller anderen Elemente unterscheidet: Sie können einen genau definierten Satz von Wellenlängen aussenden. Dies ist die Grundlage der Spektralanalyse – einer Methode zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung eines Stoffes aus seinem Spektrum. Linienspektren haben wie menschliche Fingerabdrücke eine einzigartige Persönlichkeit. Die Einzigartigkeit der Muster auf der Fingerhaut hilft oft dabei, den Verbrecher zu finden. Ebenso ist es dank der Individualität der Spektren möglich, die chemische Zusammensetzung des Körpers zu bestimmen. Mithilfe der Spektralanalyse ist es möglich, dieses Element in der Zusammensetzung eines komplexen Stoffes nachzuweisen, auch wenn seine Masse 10-10 g nicht überschreitet. Dies ist eine sehr empfindliche Methode. Präsentationsinhalte

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Spektren. Spektralanalyse. Spektralgeräte

Mantseva Vera

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Strahlungsquellen

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Arten von Spektren

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Kontinuierliches Spektrum

Dabei handelt es sich um Spektren, die alle Wellenlängen eines bestimmten Bereichs enthalten. Sie geben erhitzte feste und flüssige Stoffe ab, unter hohem Druck erhitzte Gase. Sie sind für verschiedene Stoffe gleich und können daher nicht zur Bestimmung der Zusammensetzung eines Stoffes herangezogen werden

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Linienspektrum

Besteht aus einzelnen Linien unterschiedlicher oder gleicher Farbe an unterschiedlichen Orten. Wird von Gasen und Dämpfen geringer Dichte im atomaren Zustand emittiert. Ermöglicht die Beurteilung der chemischen Zusammensetzung der Lichtquelle anhand der Spektrallinien

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Bandspektrum

Besteht aus einer großen Anzahl eng beieinander liegender Linien. Erzeugt Substanzen in einem molekularen Zustand

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Absorptionsspektren

Dabei handelt es sich um eine Reihe von Frequenzen, die von einer bestimmten Substanz absorbiert werden. Eine Substanz absorbiert die Linien des Spektrums, die sie als Lichtquelle aussendet. Absorptionsspektren werden erhalten, indem Licht von einer Quelle, die ein kontinuierliches Spektrum erzeugt, durch eine Substanz geleitet wird, deren Atome sich in einem nicht angeregten Zustand befinden

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Meteorspektrum

Es ist nahezu unmöglich, ein sehr großes Teleskop auf einen kurzen Meteoritenblitz am Himmel zu richten. Doch am 12. Mai 2002 hatten Astronomen Glück – ein heller Meteor flog versehentlich genau dorthin, wo der schmale Schlitz des Spektrographen am Paranal-Observatorium zielte. Zu diesem Zeitpunkt untersuchte der Spektrograph das Licht.

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Spektralanalyse

Die Methode, aus ihrem Spektrum die qualitative und quantitative Zusammensetzung eines Stoffes zu bestimmen, nennt man Spektralanalyse. Die Spektralanalyse wird in der Mineralexploration häufig eingesetzt, um die chemische Zusammensetzung von Erzproben zu bestimmen. Es wird zur Kontrolle der Zusammensetzung von Legierungen in der metallurgischen Industrie verwendet. Auf dieser Grundlage wurde die chemische Zusammensetzung von Sternen usw. bestimmt.

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Spektroskop

Um das Spektrum der sichtbaren Strahlung zu erhalten, wird ein Gerät namens Spektroskop verwendet, bei dem das menschliche Auge als Strahlungsdetektor dient.

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Spektroskopgerät

In einem Spektroskop wird Licht von der untersuchten Quelle 1 auf den Schlitz 2 des Rohrs 3, das sogenannte Kollimatorrohr, gerichtet. Der Spalt sendet einen schmalen Lichtstrahl aus. Am zweiten Ende des Kollimatorrohrs befindet sich eine Linse, die den divergierenden Lichtstrahl in einen parallelen umwandelt. Ein paralleler Lichtstrahl, der aus dem Kollimatorrohr austritt, fällt auf die Kante des Glasprismas 4. Da der Brechungsindex des Lichts im Glas von der Wellenlänge abhängt, zerfällt ein paralleler Lichtstrahl, der aus Wellen unterschiedlicher Länge besteht, in parallele Lichtstrahlen unterschiedlicher Farbe, die sich in verschiedene Richtungen bewegen. Die Teleskoplinse 5 fokussiert jeden der parallelen Strahlen und erzeugt ein Bild des Spalts in jeder Farbe. Mehrfarbige Bilder des Spaltes bilden einen mehrfarbigen Streifen – ein Spektrum.

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ARTEN VON SPEKTROMETERN

Emissionsspektrometer zur Analyse von Blei- und Aluminiumlegierungen.

Laserfunkenspektrometer (LIS-1)

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Das Spektrum kann durch ein Okular beobachtet werden, das als Lupe dient. Wenn Sie ein Spektrum fotografieren müssen, wird der Fotofilm oder die Fotoplatte an der Stelle platziert, an der das eigentliche Bild des Spektrums entsteht. Ein Gerät zum Fotografieren von Spektren wird Spektrograph genannt.

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Neuer NIFS-Spektrograph bereitet sich auf den Versand zum Gemini North Observatory vor

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Arten von Spektrographen

Hochauflösender Spektrograph NSI-800GS

Spektrograph/Monochromator mittlerer Leistung

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Spektrograph HARPS

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Spektrale Empfindlichkeit des menschlichen Auges

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5. Wählen Sie aus den vorgegebenen Optionen eine richtige Antwort aus

Welche Körperstrahlung ist thermisch? Leuchtstofflampe Glühlampe Infrarot-Laser-TV-Bildschirm

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1. Wählen Sie aus den vorgegebenen Optionen eine richtige Antwort aus:

Mithilfe eines optischen Spektroskops konnte der Forscher bei vier Beobachtungen unterschiedliche Spektren beobachten. Welches Spektrum ist das Wärmestrahlungsspektrum?

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2. Wählen Sie aus den vorgegebenen Optionen eine richtige Antwort aus

nur Stickstoff (N) und Kalium (K) nur Magnesium (Mg) und Stickstoff (N) Stickstoff (N), Magnesium (Mg) und andere unbekannte Stoffe Magnesium (Mg), Kalium (K) und Stickstoff (N)

Die Abbildung zeigt das Absorptionsspektrum eines unbekannten Gases und die Absorptionsspektren von Dämpfen bekannter Metalle. Aufgrund der Analyse der Spektren kann festgestellt werden, dass das unbekannte Gas Atome enthält

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3. Wählen Sie aus den vorgegebenen Optionen eine richtige Antwort aus

Welche Körper zeichnen sich durch gestreifte Absorptions- und Emissionsspektren aus? Für erhitzte Feststoffe Für erhitzte Flüssigkeiten Für verdünnte molekulare Gase Für erhitzte atomare Gase Für jeden der oben genannten Körper

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4. Wählen Sie aus den vorgegebenen Optionen eine richtige Antwort aus

Wasserstoff (H), Helium (He) und Natrium (Na) nur Natrium (Na) und Wasserstoff (H) nur Natrium (Na) und Helium (He) nur Wasserstoff (H) und Helium (He)

Die Abbildung zeigt das Absorptionsspektrum eines unbekannten Gases und die Absorptionsspektren von Atomen bekannter Gase. Durch die Analyse der Spektren kann festgestellt werden, dass das unbekannte Gas Atome enthält:

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Welche Körper zeichnen sich durch Linienabsorptions- und Emissionsspektren aus? Für erhitzte Feststoffe Für erhitzte Flüssigkeiten Für verdünnte molekulare Gase Für erhitzte atomare Gase Für jeden der oben genannten Körper

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Klassifizierung von Spektralgeräten.

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Spektralgeräte sind Geräte, in denen Licht in Wellenlängen zerlegt und das Spektrum aufgezeichnet wird. Es gibt viele verschiedene Spektralinstrumente, die sich in ihren Aufnahmemethoden und Analysemöglichkeiten voneinander unterscheiden.

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Bei der Auswahl einer Lichtquelle muss darauf geachtet werden, dass die entstehende Strahlung effektiv für die Analyse genutzt wird. Dies wird durch die Wahl des richtigen Spektralgeräts erreicht

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Es gibt Filter- und dispersive Spektralgeräte. Bei Filtern wählt ein Lichtfilter einen schmalen Wellenlängenbereich aus. Bei dispersiven Verfahren wird die Quellstrahlung in einem dispersiven Element – ​​einem Prisma oder Beugungsgitter – in Wellenlängen zerlegt. Filtergeräte werden nur zur quantitativen Analyse verwendet, Dispergiergeräte werden zur qualitativen und quantitativen Analyse verwendet

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Es gibt visuelle, fotografische und fotoelektrische Spektralinstrumente. Steeloskope sind Instrumente mit visueller Registrierung, Spektrographen sind Instrumente mit fotografischer Registrierung. Spektrometer sind Instrumente mit fotoelektrischer Aufzeichnung. Filtergeräte - mit fotoelektrischer Registrierung. Bei Spektrometern erfolgt die Zerlegung in ein Spektrum in einem Monochromator oder in einem Polychromator. Geräte, die auf einem Monochromator basieren, werden Einkanalspektrometer genannt. Geräte, die auf einem Polychromator basieren – Mehrkanalspektrometer.

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Alle Dispergiergeräte basieren auf dem gleichen Schaltplan. Geräte können sich in ihrer Registrierungsmethode und ihren optischen Eigenschaften unterscheiden, sie können ein unterschiedliches Aussehen und Design haben, aber das Funktionsprinzip ist immer das gleiche. Schematische Darstellung eines Spektralgeräts. S – Eintrittsspalt, L 1 – Kollimatorlinse, L 2 – Fokussierlinse, D – Dispergierelement, R – Aufnahmegerät.

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S L 1 D L 2 R Licht von der Quelle tritt durch einen schmalen Spalt in das Spektralgerät ein und trifft von jedem Punkt dieses Spalts in Form divergenter Strahlen auf die Kollimatorlinse, die die divergenten Strahlen in parallele umwandelt. Der Spalt und die Kollimatorlinse bilden den Kollimatorteil des Geräts. Parallele Strahlen von der Kollimatorlinse fallen auf ein Dispersionselement – ​​ein Prisma oder Beugungsgitter, wo sie in Wellenlängen zerlegt werden. Aus dem Streuelement tritt Licht gleicher Wellenlänge, das von einem Punkt des Spalts kommt, in einem parallelen Strahl aus und fällt auf eine Fokussierlinse, die jeden parallelen Strahl an einem bestimmten Punkt seiner Brennfläche sammelt – auf dem Aufnahmegerät. Aus einzelnen Punkten entstehen zahlreiche monochromatische Bilder des Spaltes. Wenn einzelne Atome Licht aussenden, erhält man eine Reihe von Einzelbildern des Spalts in Form schmaler Linien – ein Linienspektrum. Die Anzahl der Linien hängt von der Komplexität des Spektrums der emittierenden Elemente und den Bedingungen ihrer Anregung ab. Wenn einzelne Moleküle in einer Quelle leuchten, werden Linien, deren Wellenlänge nahe beieinander liegt, zu Bändern zusammengefasst und bilden ein gestreiftes Spektrum. Funktionsprinzip eines Spektralgeräts.

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Zweck des Slots

R S Eintrittsspalt – Bildobjekt Spektrallinie – monochromatisches Bild des Spaltes, konstruiert mit Linsen.

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Linsen

L 2 L 1 Linsen sphärische Spiegel

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Kollimatorlinse

S F O L1 Der Spalt befindet sich in der Brennfläche der Kollimatorlinse. Nach der Kollimatorlinse kommt Licht von jedem Punkt des Spalts in einem parallelen Strahl.

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Fokussierende Linse

Spektrallinie F O L2 Erstellt ein Bild jedes Spaltpunkts. Aus Punkten gebildet. Spaltbild – Spektrallinie.

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Dispergierelement

D Streuprisma-Beugungsgitter

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Das streuende Prisma ABCD ist die Basis des Prismas, ABEF und FECD sind die Brechungskanten. Zwischen den Brechungsflächen liegt der Brechungswinkel EF – die Brechungskante.

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Arten von Streuprismen

60-Grad-Prisma Quarz-Cornu-Prisma; 30-Grad-Prisma mit Spiegelkante;

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rotierende Prismen

Eine unterstützende Rolle spielen rotierende Prismen. Sie zerlegen die Strahlung nicht in Wellenlängen, sondern drehen sie nur, wodurch das Gerät kompakter wird. Um 900 drehen. Um 1800 drehen

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kombiniertes Prisma

Das Prisma mit konstanter Ablenkung besteht aus zwei 30-Grad-Dispersionsprismen und einem rotierenden Prisma.

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Verlauf eines monochromatischen Strahls in einem Prisma

 i In einem Prisma wird ein Lichtstrahl an den brechenden Flächen zweimal gebrochen und verlässt dieses, wobei er um einen Ablenkwinkel  von der ursprünglichen Richtung abweicht. Der Ablenkwinkel hängt vom Einfallswinkel und der Wellenlänge des Lichts ab. Bei einem bestimmten i verläuft Licht parallel zur Basis durch das Prisma und der Ablenkwinkel ist minimal. In diesem Fall arbeitet das Prisma unter Bedingungen der kleinsten Abweichung.

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Strahlengang in einem Prisma

2 1  1 2 Die Lichtzerlegung entsteht dadurch, dass Licht unterschiedlicher Wellenlänge in einem Prisma unterschiedlich gebrochen wird. Jede Wellenlänge hat ihren eigenen Ablenkwinkel.

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Winkelstreuung

1 2 Die Winkeldispersion B ist ein Maß für die Effizienz der Lichtzerlegung in Wellenlängen in einem Prisma. Die Winkeldispersion gibt an, wie stark sich der Winkel zwischen zwei benachbarten Strahlen mit sich ändernder Wellenlänge ändert:

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Abhängigkeit der Dispersion vom Prismenmaterial Quarzglas

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Abhängigkeit der Winkeldispersion vom Brechungswinkel

Glas Glas

Kontinuierliche Spektren werden von Körpern im festen und flüssigen Zustand sowie von stark komprimierten Gasen erzeugt. Linienspektren geben alle Stoffe im gasförmigen atomaren Zustand wieder. Isolierte Atome emittieren streng definierte Wellenlängen. Streifenspektren werden im Gegensatz zu Linienspektren nicht von Atomen, sondern von Molekülen erzeugt, die nicht oder nur schwach aneinander gebunden sind.

Sie produzieren Körper in festem und flüssigem Zustand sowie dichte Gase. Um es zu erhalten, müssen Sie den Körper auf eine hohe Temperatur erhitzen. Die Art des Spektrums hängt nicht nur von den Eigenschaften einzelner emittierender Atome ab, sondern auch von der Wechselwirkung der Atome untereinander. Das Spektrum enthält Wellen aller Längen und es gibt keine Brüche. Auf einem Beugungsgitter kann ein kontinuierliches Farbspektrum beobachtet werden. Eine gute Veranschaulichung des Spektrums ist das natürliche Phänomen eines Regenbogens. Uchim.net

Alle Stoffe werden in einem gasförmigen atomaren (aber nicht molekularen) Zustand hergestellt (die Atome interagieren praktisch nicht miteinander). Isolierte Atome eines bestimmten chemischen Elements senden Wellen einer genau definierten Länge aus. Zur Beobachtung wird das Leuchten des Dampfes eines Stoffes in einer Flamme oder das Leuchten einer Gasentladung in einem mit dem untersuchten Gas gefüllten Rohr verwendet. Mit zunehmender Dichte des atomaren Gases verbreitern sich einzelne Spektrallinien. Uchim.net

Das Spektrum besteht aus einzelnen Bändern, die durch dunkle Räume getrennt sind. Jeder Streifen ist eine Ansammlung einer großen Anzahl sehr eng beieinander liegender Linien. Sie entstehen durch Moleküle, die nicht oder nur schwach aneinander gebunden sind. Zur Beobachtung wird das Leuchten von Dämpfen in einer Flamme oder das Leuchten einer Gasentladung genutzt. Uchim.net

Gustav Robert Kirchhoff Robert Wilhelm Bunsen Uchim.net Die Spektralanalyse ist eine Methode zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung eines Stoffes aus seinem Spektrum. 1859 von den deutschen Wissenschaftlern G. R. Kirchhoff und R. W. Bunsen entwickelt.

Wenn weißes Licht durch ein kaltes, nicht emittierendes Gas geleitet wird, erscheinen dunkle Linien im kontinuierlichen Spektrum der Quelle. Gas absorbiert am stärksten das Licht derjenigen Wellenlängen, die es in stark erhitztem Zustand aussendet. Dunkle Linien vor dem Hintergrund eines kontinuierlichen Spektrums sind Absorptionslinien, die zusammen das Absorptionsspektrum bilden. Uchim.net

Neue Elemente werden entdeckt: Rubidium, Cäsium usw.; Wir lernten die chemische Zusammensetzung der Sonne und der Sterne kennen; Bestimmen Sie die chemische Zusammensetzung von Erzen und Mineralien; Methode zur Überwachung der Zusammensetzung eines Stoffes in der Metallurgie, im Maschinenbau und in der Nuklearindustrie. Die Zusammensetzung komplexer Gemische wird anhand ihrer Molekülspektren analysiert. Uchim.net

Spektren von Sternen sind ihre Reisepässe mit einer Beschreibung aller Sternmerkmale. Sterne bestehen aus denselben chemischen Elementen, die auch auf der Erde bekannt sind, werden aber prozentual von leichten Elementen dominiert: Wasserstoff und Helium. Aus dem Spektrum eines Sterns können Sie seine Leuchtkraft, Entfernung zum Stern, Temperatur, Größe, chemische Zusammensetzung seiner Atmosphäre, Rotationsgeschwindigkeit um seine Achse und Bewegungsmerkmale um den gemeinsamen Schwerpunkt ermitteln. Ein auf einem Teleskop montierter Spektralapparat trennt das Sternenlicht nach Wellenlänge in einen Spektralstreifen. Anhand des Spektrums können Sie herausfinden, welche Energie der Stern bei verschiedenen Wellenlängen ausstrahlt, und seine Temperatur sehr genau abschätzen.

Stationäre Funken-Emissionsspektrometer „METALSKAN –2500“. Entwickelt für die präzise Analyse von Metallen und Legierungen, einschließlich Nichteisenmetallen, Eisenlegierungen und Gusseisen. Laborelektrolyseanlage zur Metallanalyse „ELAM“. Die Anlage ist für die gravimetrische elektrolytische Analyse von Kupfer, Blei, Kobalt und anderen Metallen in Legierungen und reinen Metallen bestimmt. Derzeit werden Fernsehspektralsysteme (TSS) in der forensischen Wissenschaft häufig eingesetzt. - Erkennung verschiedener Arten von Dokumentenfälschungen: - Erkennung von ausgefüllten, durchgestrichenen oder verblassten (verblassten) Texten, durch eingedrückte Striche gebildeten oder auf Kohlepapier erstellten Aufzeichnungen usw.; - Identifizierung der Gewebestruktur; - Erkennung von Verunreinigungen auf Textilien (Ruß und Mineralölrückstände) bei Schussverletzungen und Transportunfällen; - Identifizierung von ausgewaschenen sowie Blutspuren auf bunten, dunklen und kontaminierten Gegenständen.