III/2-2-1-20Tento digitální učební materiál (DUM) vznikl na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo
CZ.1.07/1.5.00/34.0794 s názvem „Výuka na gymnáziu podporovaná ICT“.
SPEKTRA LÁTEK
Mgr. Monika BouchalováGymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.1
FYZIKA PRO IV. ROČNÍK GYMNÁZIA - OPTIKA
Zpracováno 17. prosince 2012
4. 3. ELMG. ZÁŘENÍ A SPEKTRA LÁTEK
Spektrum je rozdělení intenzity elektromagnetického záření mezi jednotlivé vlnové délky.
Spektra látek vznikají buď • vyzařováním světla (emisní spektra) nebo • pohlcováním světla (absorpční spektra)
Spektrální čára je tmavá nebo světlá čára v jinak spojitém spektru,
která je výsledkem nadbytku nebo nedostatku fotonů v úzkém frekvenčním pásmu
v porovnaní s okolními frekvencemi.
4. 3. ELMG. ZÁŘENÍ A SPEKTRA LÁTEK
EMISNÍ SPEKTRUM je tvořeno souborem frekvencí elektromagnetického záření vyzařovaného látkou.
a) spojitéb) čárovéc) pásové
Obr.: 1
4. 3. ELMG. ZÁŘENÍ A SPEKTRA LÁTEKČárové spektrum •obsahuje jen některé
vlnové délky tzv. spektrální čáry charakteristické pro každý prvek• vyzařují je plyny
a páry prvků při vysokých teplotách (výboji)•elektrony získávají energii, přeskočí na vyšší hladinu
(excitují se) a při přechodu zpět vyzáří elmg. vlny (fotony)
Obr.: 2
4. 3. ELMG. ZÁŘENÍ A SPEKTRA LÁTEKVznik čárového spektra vodíku:
EeV 5.
4.
3.
2.
energetickéhladiny
4. 3. ELMG. ZÁŘENÍ A SPEKTRA LÁTEK
pásové • je tvořeno velkým množstvím spektrálních čar
ležících těsně vedle sebe• vysílají je zářící molekuly látek
spojité • elektromagnetické vlny všech délek• vyzařují ho pevné nebo kapalné látky
4. 3. ELMG. ZÁŘENÍ A SPEKTRA LÁTEKABSORPČNÍ SPEKTRUMspektrum světla, které látka pohlcuje.Soubor temných čar (pásů ve spojitém spektru světla), které vznikají při pohlcování záření látkou.
Čárové a pásové spektrum• na rozdíl od emisních spekter nemusíme vzorek látky
rozžhavit na velmi vysokou teplotu Obrácení spektra• je přechod od emisního k absorpčnímu spektru
Sloučíme-li emisní a absorpční spektrum stejné látky,získáme spektrum spojité
4. 3. ELMG. ZÁŘENÍ A SPEKTRA LÁTEKSpektrum slunečního záření obsahuje velké množství absorpčních čar (20 000)Fraunhoferovy čáryTemné čáry ve spektru slunečního záření, které vznikají absorpcí slunečního záření určitých vlnových délek při jeho průchodu chromosférou Slunce a atmosférou Země.
Obr.: 3Obr.: 4
4. 3. ELMG. ZÁŘENÍ A SPEKTRA LÁTEKSpektrální analýza
• je metoda studia chemického složení látek, • analýzou čárových spekter lze určit chemické složení
pomocí spektroskopu, který je založen na rozkladu světla
• hranolem hranolový spektroskop• optickou mřížkou
mřížkový spektroskopObr.: 5
4. 3. ELMG. ZÁŘENÍ A SPEKTRA LÁTEK
Analýzou pásů pásového spektra se určuje přítomnost molekul v látce.
Kvantitativní spektrální analýza:
na základě intenzity lze určit množství prvku.
Obr.: 7 - Spektroskop Roberta Kirchhoffa
4. 4. ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESA
Tepelné záření• optické záření vysílané látkou v důsledku tepelné
excitace atomů (atom je excitovaný, je-li alespoň jeden jeho elektron excitovaný)
Zářivost tělesa• závisí při dané frekvenci na jeho absorpční schopnosti• k popisu vyzařování těles se zavádí tzv. černé těleso
4. 4. ZÁŘENÍ ČERNÉHO TĚLESAČerné těleso – abstraktní těleso• dokonale pohlcuje veškerou energii, která na něj dopadá• nedochází k žádnému odrazu• vyzařování závisí jen na jeho termodynamické teplotě
Realizace ČT:
malý otvor v dutině, jejíž vnitřní povrch tvoří matná černá plocha. Záření, které dopadá dovnitř malým otvorem, se po opakovaných odrazech pohltí.
Pro vyzařování ČT platí zákony:
Stefan–Boltzmannův zákon
intenzita vyzařování je úměrná 4 mocnině termodynamické teploty.
– Stefan–Boltzmannova konstanta 5,6710–8 Wm–2K–4
4TM e
Pro vyzařování ČT platí zákony:
Tb
max
Wienův posunovací zákon• maximum spektrální intenzity
vyzařování připadá na vlnovou délku
• b – Wienova konstanta 2,910–3 m.K
• s rostoucí teplotou se maximum vyzařování posouvá ke kratším vlnovým délkám
• žárovka s↑ T svítí červeně, oranžově…
Obr.: 6
Pro vyzařování ČT platí zákony:Planckova teorie
Energie elektromagnetického záření může být vyzařována nebo pohlcována jen po celistvých kvantech energie E.h – Planckova konstanta 6,62610–34 J.s.
Spektrální hustota intenzity vyzařování: Lidské oko nejlépe vnímá světlo o vlnové délce, která odpovídá maximu vyzařování Slunce. λmax = 500 nm = 5.10-7 m.
Povrchová teplota Slunce: …
hfE
eMH
Použitá literaturaLiteraturaLEPIL, O., KUPKA, Z. : Fyzika pro gymnázia – Optika. Praha: Prometheus, 2002.
ISBN 80-7196-237-6TARÁBEK, P., ČERVINKOVÁ, P. a kol.: Odmaturuj z fyziky. Brno: Didaktis, 2004.
ISBN 80-86285-39-1
Obrázky: [online]. [cit. 2013-01-03]. Dostupné z:[1] http://www.jiast.cz/clanky/svetlo-viii-elektromagneticke-spektrum[2] http://faraday.physics.utoronto.ca/IYearLab/Intros/Spectra/Spectra.html[3] http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Fraunhofer_lines.jpg[4] http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Fraunhofer_2.jpg[5] http://katalog.av-medien.net/html/katalog/optik-2_1319.htm[6] http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/HBASE/imgmod/wien.gif[7] [http://www.techmania.cz/edutorium/data/fil_4768.jpg
