Vrste spektara u fizici

U članku se govori o definiciji i tipovima spektra, pokriva područja primjene spektroskopije, a opisuje se i istraživanje nepoznate čvrste tvari i tipovi spektara koji se za to koriste.

Što je spektar?

Općenito, u ovom obliku, ovo pitanje potiče čitatelja da se prisjeti lekcija fizike i beskonačnih formula. Međutim, ovaj koncept obuhvaća mnogo veću raznolikost i nadilazi školski program. Dakle, spektar je raspodjela vrijednosti određene količine (ponekad pojam). Količina, naravno, često podrazumijeva određenu masu, energiju, valna duljina. Ali postoje potpuno različite distribucije. Na primjer, žena može kuhati dva jela - to je njezin kulinarski spektar. Ili čovjek može piti kavu, kompot, čaj, ali ne prihvaća alkohol, što znači da je njegova ponuda pića ograničena. To jest, potpuno su nepovezani vrste znanosti spektara. Fizika u gornjim primjerima ne igra nikakvu ulogu.

Elektromagnetska skala

Međutim, najčešće ljudi čuju taj koncept kada je riječ o znanosti (osobito o elektromagnetskoj skali). Odakle dolaze elektromagnetski valovi? Sam mehanizam njihove pojave i dalje je zagonetka. Općenito, područje nije čestica, ali polja su vrlo tajanstvena. Međutim, poznato je da elektromagnetska polja (a time i valovi) nastaju u prisutnosti naboja koji se kreće u prostoru. I ovisno o tome što je to i kako se kreće, različite vrste zračenja pojavljuju se na elektromagnetskoj skali. Spektar se u ovom slučaju razmatra ovisno o valnoj duljini. Podsjetimo se da se ovaj pojam odnosi na minimalnu udaljenost između identičnih faza susjednih perturbacija (ako je jednostavnija, između maksimuma ili minimuma koji slijede jedan za drugim). Najveće valne duljine imaju radiovalove, najmanji - gama zračenje. Ono što vidi ljudsko oko je samo mali dio cijelog raspona i nalazi se bliže početku ljestvice. Stoga se tipovi spektara razlikuju prije svega u valnoj duljini ili frekvenciji.

spektroskopija

Kognitivni dio ovog članka opisao je neke osnovne pojmove. Međutim, najvažnija u svakoj studiji je njena relevantnost.

Drugim riječima - opseg. Za ovaj dio vode sve vrste spektara. Koriste se svugdje: od forenzičke znanosti do stvaranja novih tvari, od biologije do međuzvjezdanog prostora. Znanost, koja se usredotočuje na ovaj fizički koncept, kao što je čitatelj vjerojatno već razumio, naziva se spektroskopija. Trenutno se tipovi spektara (spektralna analiza - odnosno) razlikuju po nekoliko kriterija.

Vrste spektara

Kao što je spomenuto, prvi je kriterij valna duljina. Podsjetimo se da je frekvencija vala obrnuto proporcionalna duljini - ti su pojmovi kontinuirano povezani. U skladu s područjima na elektromagnetskoj skali, postoje radio, ultraljubičasti, vidljivi, infracrveni, rendgenski spektri. Drugi kriterij je geometrija eksperimenta. Uklanjanje za refleksiju i spektar prijenosa može biti fundamentalno različito.

Analiza razlike može mnogo reći o ispitivanoj tvari. Tako su, primjerice, doneseni zaključci o sastavu i gustoći prstena Saturna.

Linije i pruge

Šala o sfernom konju u vakuumu je samo pola šale. Pedeset posto, ako ne i većina, fizičkih koncepata u prirodi ne postoje u svom čistom obliku. Stoga je sljedeći kriterij, koji razdvaja tipove spektara, uvjetovan. Jedan idealan atom (ili molekula) materije u apsolutnom vakuumu će dati raspodjelu elektromagnetskih signala, koji se sastoje od tankih linija. Ti su uvjeti nepraktični, ali se ipak vrlo uski pojasovi s neraskidivim unutar pojedinih komponenti smatraju linijskim spektrom. U pravilu, to je skup stupova različitih visina (to znači intenzitet) na odgovarajućim valnim duljinama. Međutim, postoje i drugi tipovi spektara, koji se nazivaju banded: svaki red ima široke, mutne rubove.

Plavo nebo

Pitanje zašto je nebo plavo, svaka zvrčka traži četiri godine. Odgovor je istovremeno jednostavan i složen: ima takvu boju, jer mikrovibracije (nazvane fluktuacije) zemljine atmosfere iz cijelog sunčevog spektra raspršuju samo odgovarajuće područje valne duljine. Sve ostalo je apsorbirano (u većoj mjeri) ili reflektirano.

Ovo je još jedan kriterij. To jest, postoje spektri apsorpcije, emisije i raspršenja. Svako istraživanje daje svoje rezultate. No, osnovne informacije o tvari prenose različite vrste emisijskih spektara. Oni daju nedvosmislen odgovor što i u kojoj količini je prisutna u ispitivanoj tvari. Dvije druge vrste pokazat će složenost strukture i načine međusobnog djelovanja pojedinih dijelova.

mjesečev kamen

Za što je i za koji spektar odgovoran, pokazat ćemo na primjeru kaldrme donesene s Mjeseca. Ako se različitim manipulacijama napravi sjaj kamena, rezultirajući spektar će nedvosmisleno pokazati točno koji su kemijski elementi Mendeljejeva sustava u njemu. Drugi postupci mogu iz istog spektra izdvojiti koncentraciju detektiranih elemenata. Međutim, čvrsto tijelo i njegova svojstva određuje se ne samo onim što se sastoji, nego i kako se ti odvojeni elementi nalaze jedan u odnosu na drugi. Klasičan primjer je grafit i dijamant. U oba slučaja to je prirodni ugljik. Ali atomi su povezani na različite načine - a dobivamo vrlo mekane i najteže prirodne materijale. Zašto izvorni? Zato što je to i temelj života. Usput rečeno, osim navedenih oblika postoje i fulereni i nanocijevi, a nedavno otkriveni grafen za koji su znanstvenici dobili Nobelovu nagradu. Međutim, u potonjem slučaju vrijedi napomenuti da je tvar dvodimenzionalna, što značajno mijenja cijelu ideju o tankim slojevima tvari. Tako će spektroskopija raspršenja reći o strukturi krute tvari, njezinih minerala. Na primjer, ramanske linije (ako se pravilno interpretiraju) do nekoliko jediničnih ćelija određuju strukturu kristala. No, analiza rubova apsorpcije, ili bolje rečeno, njezinih detalja: kut nagiba, prisutnost anomalija u obliku odstupanja od linearnog oblika, pomaže u pronalaženju stupnja harmonije ove strukture, tj. Pokazati koji su kristali u kamenu s Mjeseca jasni ili je tvar gotovo amorfna?

Prema tim podacima, stručnjaci izračunavaju podrijetlo tvari kamena, kao i metamorfozu stijena koje ga čine.

Digitalni svijet

Modernost je nezamisliva bez digitalne tehnologije. I, što je najvažnije, nije brzina procesora ili broj gigabajta RAM-a, već enkripcija signala. Naravno, to je posebno važno za ona područja gdje je potrebna povjerljivost - u bankarstvu, osobnoj komunikaciji putem Interneta. Ali čak i jednostavno snimanje filmova na disk je šifriranje. Uostalom, laser ne gori slike, već nule i one. Ljudi koji rade na polju stvaranja i obrade fotografija znaju koliko slika "teži" u izvornom Raw formatu. Za nepoznate, otkrijte tajnu: mnogo. Budući da svaki piksel ima vlastitu nijansu i svjetlost. Ali jpeg, tiff ili bmp, koji su nam poznati, zauzimaju puno manje prostora na medijima za pohranu, dok je vidljiva kvaliteta jednako dobra.

Što je onda tajna? Odgovor je vrsta spektra signala i opcije za njegovu kompresiju. Fourier je dokazao da se bilo koji signal može podijeliti na više funkcija s dovoljno visokom točnošću. Dakle, svaki piksel uobičajenih formata fotografija ne prikazuje izravno fiksnu boju, nego spektar signala. Neki formati videozapisa ne koriste Fourier, ali wavelet transformaciju za dekodiranje malih dijelova onih i nula u određenu sliku. Dakle, gubitak vrlo malog (manje od jedan posto) dijela slike može značajno, ponekad i stotinu puta, smanjiti količinu prostora na disku ili flash kartici.