Видове спектри във физиката

Статията разказва за дефиницията и видовете на спектъра, обхваща областите на приложение на спектроскопията и описва изследването на неизвестно твърдо вещество и видовете спектри, използвани за това.

Какво е спектър?

Като цяло, в тази форма, този въпрос насърчава читателя да припомни уроците на физиката и безкрайните формули. Тази концепция обаче обхваща много по-голямо разнообразие и надхвърля учебната програма. Така спектърът е разпределението на стойности на определено количество (понякога понятие). Количеството, разбира се, често предполага определена маса, енергия, дължина на вълната. Но има напълно различни разпределения. Например, една жена може да готви две ястия - това е нейният кулинарен спектър. Или човек може да пие кафе, компот, чай, но не приема алкохол, което означава, че неговата гама от напитки е ограничена. Тоест, те са напълно несвързани научни типове спектри. Физиката в горните примери не играе никаква роля.

Електромагнитна скала

Но най-често хората чуват това понятие, когато става въпрос за наука (по-специално електромагнитната скала). Откъде идват електромагнитни вълни? Самият механизъм на тяхното появяване все още е загадка. Като цяло, областта не е частици, но полетата са много загадъчни. Известно е обаче, че електромагнитните полета (и следователно вълните) възникват в присъствието на заряд, движещ се в пространството. И в зависимост от това какво е и как се движи, в електромагнитната скала се появяват различни видове радиация. Спектърът в този случай се разглежда в зависимост от дължината на вълната. Припомнете си, че този термин се отнася до минималното разстояние между идентични фази на съседни смущения (ако е по-просто, между максимумите или минимумите, следващи взаимно). Най-големите дължини на вълните имат радиовълни, най-малкото - гама-лъчение. Това, което вижда човешкото око, е само малка част от целия диапазон и се намира по-близо до началото на скалата. Следователно, видовете спектри се различават предимно по дължина на вълната или честота.

спектроскопия

Когнитивната част на тази статия описва някои основни понятия. Въпреки това, най-важното във всяко изследване е неговото значение.

С други думи - обхватът. За тази част водят всички видове спектри. Те се използват навсякъде: от криминалистиката до създаването на нови вещества, от биологията до междузвездното пространство. Науката, която се фокусира върху тази физическа концепция, както вероятно е разбрал читателят, се нарича спектроскопия. В момента видовете спектри (съответно спектрален анализ) се различават по няколко критерия.

Видове спектри

Както бе споменато, първият критерий е дължината на вълната. Спомнете си, че честотата на вълната е обратно пропорционална на дължината - тези понятия са непрекъснато свързани. В съответствие с областите на електромагнитната скала има радио, ултравиолетови, видими, инфрачервени, рентгенови спектри. Вторият критерий е геометрията на експеримента. Отстраняването на спектъра на отражение и предаване може да бъде коренно различно.

Анализът на различията може да каже много за изследваното вещество. Така например бяха направени заключения за състава и плътността на пръстените на Сатурн.

Линии и ивици

Шега за сферичен кон във вакуум е само половината шега. Петдесет процента, ако не и повечето от физическите понятия в природата не съществуват в чистата си форма. Следователно, следният критерий, който разделя типовете спектри, е условен. Един идеален атом (или молекула) на материята в абсолютен вакуум ще даде разпределението на електромагнитни сигнали, състоящи се от тънки линии. Тези условия са неприложими, но въпреки това много тесни ленти с неразличими вътре в отделните компоненти се считат за линеен спектър. По правило това е набор от колони с различна височина (означава интензивност) на съответните дължини на вълните. Има обаче и други видове спектри, които се наричат ​​лентови: всяка линия има широки, замъглени ръбове.

Синьо небе

Въпросът защо небето е синьо, всяка тревога пита четири години. Отговорът е едновременно прост и сложен едновременно: той има такъв цвят, защото микровибрациите (наречени флуктуации) на земната атмосфера от целия слънчев спектър разсейват само съответната област на дължината на вълната. Всичко останало се абсорбира (в по-голяма степен) или се отразява.

Това е друг критерий. Това означава, че има спектри на абсорбция, емисия и разсейване. Всяко изследване дава своите резултати. Но основната информация за веществото се носи от различни видове емисионни спектри. Те дават недвусмислен отговор на това какво и в какво количество присъства в разследваното вещество. Два други типа ще покажат сложността на структурата и начините на взаимодействие на отделните й части един с друг.

лунен камък

За какво и какъв спектър е отговорен, ще покажем на примера на калдъръм, донесен от Луната. Ако чрез различни манипулации, за да се направи камъчен блясък, полученият спектър ще покаже недвусмислено кои химични елементи на периодичната система, която той съдържа. Други процедури могат да извлекат от същия спектър концентрацията на откритите елементи. Въпреки това, едно твърдо тяло и неговите свойства се определят не само от това, в какво се състои, но и от това как тези отделни елементарни части са разположени един спрямо друг. Класически пример е графит и диамант. И в двата случая това е естествен въглерод. Но атомите са свързани по различни начини - и ние получаваме много меки и най-твърди естествени материали. Защо роден? Защото тя също е в основата на живота. Между другото, в допълнение към споменатите форми, има и фулерени, и нанотръби, и наскоро открит графен, за който учените са получили Нобелова награда. В последния случай обаче си заслужава да се отбележи, че веществото е двуизмерно, това значително променя цялата идея за тънки слоеве вещества. Така разсейващата спектроскопия ще разкаже за структурата на твърдо вещество, неговите минерали. Например, раманови линии (ако са правилно интерпретирани) до няколко единични клетки определят структурата на кристала. Но анализът на края на абсорбцията, или по-скоро, неговите подробности: ъгълът на наклона, наличието на аномалии под формата на отклонение от линейната форма, помага да се намери степента на хармония на тази структура, т.е.

Според тези данни експертите изчисляват произхода на веществото от камъка, както и метаморфозата на скалите, които я съставят.

Дигитален свят

Модерността е немислима без цифровата технология. И най-важното, не скоростта на процесорите, нито броят на гигабайтите RAM, а криптирането на сигнала. Разбира се, това е особено важно за областите, в които е необходима поверителност - в банковото дело, личната комуникация през интернет. Но дори и просто записване на филм на диск е криптиране. В края на краищата, лазерът изгаря не картини, а нули и такива. Хората, които работят в областта на създаването и обработката на снимки, знаят колко „тежи“ изображението в оригиналния Raw формат. За непосветените, разкрийте тайната: много. Защото на всеки пиксел се дава собствена сянка и светлина. Но jpeg, tiff или bmp, които са ни познати, заемат много по-малко място на носителите, а видимото качество е също толкова добро.

И така, каква е тайната? Отговорът е видовете спектри на сигнала и опциите за неговото компресиране. Фурие доказа, че всеки сигнал може да бъде разложен на редица функции с достатъчно висока точност. По този начин всеки пиксел от обичайните фото формати показва не директно фиксираната боя, а спектъра на сигнала. Някои видео формати не използват Fourier, а wavelet трансформация за декодиране на малки части от тези и нули в определена картина. По този начин, загубата на много малка (по-малко от един процент) част от изображението може значително, понякога сто пъти, да намали размера на пространството, заето на диска или флаш картата.