Спектральный анализ. Эффект Доплера. Закон смещения вина. Закон Стефана Больцмана

1.

СПЕКТРАЛЬНЫЙАНАЛИЗ.
ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА.
ЗАКОН СМЕЩЕНИЯ ВИНА.
ЗАКОН СТЕФАНАБОЛЬЦМАНА

2.

Открытие Ньютона
В
1666
г.
Исаак
Ньютон,
обратив
внимание на радужную
окраску
изображений
звезд
в
телескопе,
пропустил узкий пучок
света через трехгранную
призму, в результате
чего заметил, что свет не
только отклоняется к
основанию призмы, но
еще и раскладывается
на
цветовые
составляющие. Ньютон
создал новый прибор –
спектроскоп.

3.

Спектры
Полученная на экране цветная полоска, состоящая из семи
основных цветов, плавно переходящих друг в друга, получила
название «спектра».

4.

Спектрографы
В телескопах для получения
спектра
используют
специальные
приборы
–
спектрографы,
устанавливаемые за фокусом
объектива
телескопа.
В
прошлом все спектрографы
были призменными, но теперь
вместо призмы в них используют
дифракционную
решетку,
которая также разлагает белый
свет в спектр, его называют
дифракционным спектром.

5.

Применение спектрального анализа
Схема устройства призменного спектрографа

6.

Виды спектров
Спектры испускания
• сплошной
• линейчатый
• полосатый
Спектры поглощения

7.

Сплошной, или непрерывный, спектр в виде
радужной полоски дают непрозрачные раскаленные
тела (уголь, нить электролампы) и достаточно
протяженные плотные массы газа.

8.

Линейчатый спектр излучения дают разреженные
газы и пары при сильном нагревании.

9.

Виды спектров
Полосатый спектр
○ Состоит из отдельных линий, сливающихся в
полосы (четкие с одного края и размытые с
другого), разделенных темными промежутками.
Такой спектр дают молекулярные газы и пары.

10.

Виды спектров
Спектр поглощения
○ Имеет вид сплошного спектра, пересеченного
темными линиями или полосами. Образуется
при
прохождении
белого
света
через
раскаленные пары и газы.

11.

Линейчатый спектр поглощения дают газы и пары,
когда за ними находится яркий источник, дающий
непрерывный спектр.

12.

Изучение спектров позволяет производить анализ
химического состава газов, излучающих или
поглощающих свет.

13.

Спектроскопия
Разложение электромагнитного излучения по длинам волн с целью
их изучения называется спектроскопией. Анализ спектров – основной
метод изучения астрономических объектов, применяемый в
астрофизике.
Фотографический снимок спектра небесного тела называется
спектрограммой. Излучение абсолютно черного тела, проходя через
молекулярное облако, приобретает линии поглощения в своем спектре.
У облака газа также можно наблюдать спектры.

14.

Закон смещения Вина
С увеличением температуры максимум излучения
абсолютно
черного
тела
сдвигается
в
коротковолновую часть спектра. Более горячая звезда
излучает большую часть энергии в ультрафиолетовом
диапазоне, менее горячая – в инфракрасном.
Этот закон получил название закон смещения
Вина.
max
b
T
Вильгельм Вин
Так, для Солнца Т = 5800 К, и максимум приходится на длину
волны
max ≈ 500 нм, что соответствует зеленому цвету в оптическом
диапазоне.

15.

Закон смещения Вина
https://www.youtube.com/watch
?v=2YkXdTHkl4U
https://www.youtube.com/watch
?v=SYG-hTIs954

16.

Закон Стефана - Больцмана
Любое
нагретое
тело
излучает
электромагнитные волны.
Тело, которое не поглощало бы излучение
и полностью отражало все падающие на него
лучи, называют абсолютно белым телом.
Тело, поглощающее все падающее на него
излучение, называют абсолютно черным
телом.
Излучение абсолютно черного тела зависит
только от его температуры.
Австрийскими физиками Стефаном и
Больцманом
был
установлен
закон,
выражающий количественное соотношение
между
мощностью
излучения
единицы
поверхности нагретого тела и температурой
этого тела:
T
4
Людвиг Больцман
, где
– мощность излучения единицы
поверхности,
– постоянная Стефана –
Больцмана, Т – абсолютная температура.
Этот закон носит название закон Стефана – Больцмана.
σ = 5,67∙10–8 Вт/(м2∙К4).

17.

Сущность эффекта: Эффект Доплера легко наблюдать на практике, когда
мимо наблюдателя проезжает машина с включённой сиреной. Предположим,
сирена выдаёт какой-то определённый тон, и он не меняется. Когда машина не
движется относительно наблюдателя, тогда он слышит именно тот тон,
который издаёт сирена. Но если машина будет приближаться к наблюдателю,
то частота звуковых волн увеличится, и наблюдатель услышит более высокий
тон, чем на самом деле издаёт сирена. В тот момент, когда машина будет
проезжать мимо наблюдателя, он услышит тот самый тон, который на самом
деле издаёт сирена. А когда машина проедет дальше и будет уже отдаляться, а
не приближаться, то наблюдатель услышит более низкий тон, вследствие
меньшей частоты звуковых волн.
https://www.youtube.com/watch?v=A8OWOnz8Ulo

18.

Эффект Доплера.
Если источник света и наблюдатель сближаются, то длины
волн, определяющие положения спектральных линий,
укорачиваются, а при их взаимном удалении длины волн
увеличиваются.