Šviesos dispersija

Šviesos dispersija. Ištisinis spektras

Siauras baltos šviesos spindulių pluoštas, eidamas pro stikline prizme, išsiskaidi į įvairių spalvų šviesos pluoštus. Spalvota juostelė ekrane vadinama ištisiniu spektru. Šviesos išskaidymas vadinamas šviesos dispersija. Ištisinis spektras gaunamas išskaidžius šviesą, kurią spinduliuoja įkaitę kietieji kūnai ir skysčiai. Šviesos dispersiją atrado I. Niutonas.
„1666 metų pradžioje (tuo laiku aš buvau užsiėmęs kitokių negu sferiniai stiklų šlifavimai) aš gavau trikampę stiklo prizmę, norėdamas ja daryti bandymus su garsiuoju spalvų reiškiniu. Tam tikslui, užtemdęs savo kambarį ir padaręs nedidelę skylę langinėje, kad prro ją praeitu kiek reikia saulės šviesos, aš padėjau prizmę ten, kur įeina šviesa, tai, kad ji galėjo užlūžti į priešais stovinčią sieną. Ir čia susidariusių gyvų ir ryškių spalvų reginys man teikė malonaus pasitenkinimo.“ -I. Niutonas
Baltos šviesos dispersija aiškinama tuo, kad baltą šviesą sudaro skirtingų ilgių elektromagnetinės bangos ir šviesos lūžio rodiklis priklauso nuo jos bangos ilgio.
„.tos spalvos neatsirado naujai, o tik pasidarė matomos dėl išskyrimo, nes jegu jas vėl visas sumaišysime, tai jos vėl sudarys tą šviesą, kurią jos buuvo sudariusios prieš suskaidymą. Dėl tos prižasties pakitimai, kurie susidaro sujungiant įvairias spalvas, nėra realūs, nes, jei skirtingus spindulius vėl išskirsime, jie duos vėl visiškai tas pačias spalvas, kaip ir prieš įeidami į mišinį. Kaip jūs žinote, mėlyni ir geltoni milteliai, la

abai gerai sumaišyti, plikai akiai atrodo žali, o vis dėlto mišinį sudarančių dalelių spalvos iš tikrųjų nepasikeitė, tik susimaišė. Nes, pažiūrėję pro gerą mikroskopą, pamatysime, kad jos, kaip ir anksčiau, atrodo tik mėlynos ir geltonos.“
Dižiausias yra trumpiausių šviesos bangų (violetinių), o mažiausias – ilgiausių šviesos bangų (raudonų) lūžio rodiklis. Absoliutinis šviesos lūžio rodiklis išreškiamas šviesos greičio c vakuume ir šviesos greičio v aplinkoje saktykiu:

n = c/v

Bandymai parodė, kad vakuume bet kurio ilgio šviesos bangos greitis yra vienodas. Iš čia išplaukia, kad šviesos dispersiją stiklinėje prizmėje lemia šviesos slidimo greičio aplinkoje priklausomybė nuo šviesos bangos ilgio.
Išskirtas spektro spalvas galima būtų vėl sumaišyti draugėn antra, tam tikru būdu pritaikyta prizme, jeigu tik šis aiškinimas nėra klaidingas. Procesas būtų kaip tik atvirkščias prieš tai buvusiam prrocesui. Mes gautume baltą šviesą iš ansčiau išskirtų spalvų. Niutonas eksperimentu patvirtino, kad iš tikrųjų šiuo būdu galima gauti baltą šviesą iš jos spektro, o spektrą – iš baltos šviesos tiek kartų, kiek mums patinka.
Tarkime, kad mes išskyrėme labai siaurą spektro ruoželį. Tai reiškia, kad iš visos daugybės spalvų mes ledome tik vienai praeiti pro plyšį, o kitas sulaikėme ekranu. Spindulys, kuris praeina pro plyšį, bus sudarytas iš vienalytes (monochromatinės) šviesos, atseit, iš šviesos, kurios nebegalima suskaidyti į tolesnius komponentus. Tai teorijos iš

švada, ir ją lengva patikrinti eksperimentu. Tokio vienalytės spalvos spindulio jokiu būdu negalima toliau suskaidyti. Yra paprastas būdas pasidaryti vienalytės šviesos šaltinį. Pavyzdžiui, įkaitintas natris skleidžia vien geltoną šviesą. Daryti paprastus optinius eksperimentus su vienalyte šviesa dažnai labai naudiga, nes tuomet lengva suprasti, kad šiuo atveju gautas rezultatas bus daug paprastesnis.
Įsivaizduokime, kad staiga atsitiko labai keistas įvykis: mūsų saulė ėmė šviesti tik vienos tam tikros spalvos šviesa, sakykim, geltona. Tada toji milžiniška spalvų įvairovė žemėje bemetant išnyktų. Visa atrodytų arba geltona, arba juoda!
Kiekviena juosta, jeigu ji pakankamai siaura, atitinka tam tikrą spalvą arba, kalbant bangų teorijos kalba, tam tikrą bangos ilgį. Pavyzdžiui, jeigu spektre matyti 20 linijų, tai kiekviena jų bus žymima vienu iš 20 skaičių, reiškiančių atitinkamus bangų ilgius. Ivairių elementų garai turi skirtingas linijų sistemas ir, vadinasi, skirtingas kombinacijas skaičių, reiškiančių bangų ilgius, iš kurių susideda spinduliuojamasis spektras. Nėra dviejų tokių elementų, kurie turėtų identiškas juostų sistemas jiems būdinguose spektruose, lygiai taip pat kaip nėra dviejų tokių žmonių, kurių pirštų atspaudai būtų visiškai tokie pat.

Linijiniai emisijos spektrai

Stebint įkaitintų praretintų atominių dujų sklaidžiamos šviesos spektrus, nustatyta, kad jie sudaryti iš siaurų spalvotų linijų. Toks spektras vadinamas linijiniu emisijos (spinduliavimo) spektru. Norint gauti linijinį emisijos spektrą reikia tiriamąją medžiagą paversti dujomis ir įk

kaitinti iki aukštos temperatūros. Dažniausiai šiam tikslui taikomas lankinis arba kibirkštinis išlydis. Kiekvienas cheminis elementas turi savitą, tik jam vienam būdingą linijinį emisijos spektrą.

Linijiniai absorbcijos spektrai

Baltos šviesos pluošto, praėjusio pro dujinę medžiagą ir suskaidyto spektroskopu, ištisiniame emisijos spektre matomos tamsios linijos. Jos vadinamos linijiniu absorbcijos spektru. Tiriamojo elemento absorbcijos spektro linojos išsidėsto tose pačiose spektro vietose, kaip ir jos emisijos spektro linijos.

Ištisinis spektras

Ištisinis yra kietųjų kūnų ,skysčių ir pakankamai tankių dujų spektras. Jis taip pat susidaro leidžiant saulės šviesą pro trikampę prizme. Šiam spektrui būdingas tolygus perėjimas nuo vieno dažnio bangų prie kitų. Pagal ištisinį spektrą neįmanima nustatyti šviečiančio kūno medžiagos sudėties.

Juostinis spektras

Molekulinių dujų skleidžiamų spindulių spektras yra juostinis. Dažniausiai jis gaunamas liepsnoje švytint garams ar išlydžio metu švytint dujoms. Juostinį spektrą sudaro atskiros spalvotos juostos, perskirtos tamsių tarpų. Gerais prietaisais galima nustatyti, kad kiekviena juosta susideda iš daugybės linijų, išsidėsčiusių arti viena kitos.

Spektrinė analizė

Tiriant medžiagos linijinį spaktrą, galima sužinoti, iš kurių cheminių elementų ji sudaryta ir koks kiekvieno elemento kiekis. Elemento kiekis tiriamajame bandinyje nustatomas palyginus šio elemento atskirų spektro linijų intensyvumą su kito cheminio elemnto, kurio kiekis bandinyje žinomas, linijų intensyvumu.
Medžiagos kokybinės sudėties tyrimas pagal jos spektrą vadinamas spektrine analize.
Spektrinė analizė plačiai taikoma nustatant rūdų cheminę sudėtį, ie

eškant naudingųjų iškasenų. Pramonėje spektrine analize kontroliuojama lydinių bei priemaišų, dedamų į metalus, norint gauti tai tiktų savybių medžiagas, sudėtis.
Spektrinės analizės privalumai yra didelis jautrumas ir greitai gaunams rezultatas. Pavyzdžiui, šiuo būdu 6 x 10 -7 g masės bandinyje galima aptikti auksą, kurio masė sudaro tiktai
10-8 g . Plieno rūšis spektrine analize nustatoma per keletą dešimčių sekundžių.

Spektrine analize galima nustatyti cheminę sudėtį dangaus kūnų, nutolusių nuo Žemės milijardus šviesmečių. Planetų ir žvaigždžių atmosferos, tarpžvaigždinėje erdvėje esančių šaltųjų dujų cheminė sudėtis tiriama pagal absorbcijos spektrus.

Tyrinėdami spektrus, mokslininkai nustatė ne tik dangaus kūnų cheminę sudėtį, bet ir jų temperatūrą. Iš spektrinių linijų poslinkio galima sužinoti dangaus kūnų judėjimo greitį.

PRIEDAI

NAUDOTA LITERATŪRA:

O. Kabardinas „FIZIKA“, Kaunas „Šviesa“ 1988 m.
A. Einšteinas, L. Infeldas „FIZIKOS EVOLIUCIJA“, Vilnius – 1959 m.

Leave a Comment