發射波譜 當物體產生光 任何材料變熱的時候,都傾向發光。 在日常生活中,廚具、燈泡的金屬燈絲或者太陽都可以用這個現象解釋。 在19世紀後期,科學家們也透過在實驗室裡加熱物質來觀察這一現象,但不知道如何解釋它。 然而,他們知道如何將氣體發出的光分解成光譜,透過觀察光線的特徵可以判斷其所含的化學元素。 1859年,德國物理學家古斯塔夫·羅伯特·基爾霍夫稱這種光譜為"發射頻譜"。 圖解:自發發射示意圖 很多研究人員都試圖解釋物質如何產生髮射光譜,但他們都沒有成功。 1900年,德國物理學家馬克斯·普朗克部分回答了這個問題。 普朗克首先發現,利用當時的物理原理,是不可能克服這個問題的。 於是,他闡述了一個革命性的理論,它標誌著現代物理學的開始和在此之前物理學的結束。 在他的理論中,普朗克斷言光只能以小束能量發射,他稱之為"量子",後來改名為"光子"。 這樣一項建議與當時已知的光有悖。 光由此被認為是一種連續能量的形式,在電磁波的外觀下傳播,而不是像粒子的光子存在那樣,作為不連續能量的一種形式存在。 德國物理學家阿爾伯特·愛因斯坦於1905年加入這一領域的研究。 他不僅同意普朗克的觀點,而且提出了更進一步的看法:他認為,除了偶爾會有像粒子(光子)一樣的特徵外,光還具有不斷上下起伏的特點,所以必須把光看成一個具有波粒二象性的物質。 此外,愛因斯坦還確定光子的能量與其輻射的波長有關。 因此,根據他的說法,波長較大的波(如紅光)攜帶的能量很少,而波長短的波(如紫光)攜帶的能量更多。 1913年,丹麥物理學家尼爾斯·亨裡克·大衛·波爾將普朗克和愛因斯坦的進步性理論納入他的新原子模型,並解釋了物質如何以粒子的形式發出光。 根據波爾的說法,原子是由帶負電荷的電子組成的,這些電子繞著帶正電荷的原子核執行,從它們軌道到原子核的距離非常特殊。 靠近原子核的軌道上的電子能量相對較少,實際上它被吸引它的核牢牢地遏制住了。 因此,我們必須給它大量的能量,才能把它移動到一個更高的軌道。 佔據更遠位置的電子具有大量的能量,為了留在軌道上,它必須補償它自己與試圖對其施加吸引力的原子核的巨大距離。 因此,只需給它很少的能量,就可以將其移動到更高的軌道了。 波爾說,當一個天體被加熱時,它的一些電子吸收能量,並傾向於從近軌道迅速移動到離原子核更遠的軌道。 然後,每個電子自行返回到位於原子核附近的原始軌道,降低其能量含量,使其可以穩定的存在於原始軌道上。 波爾提出,電子是以普朗克和愛因斯坦所描述的小"能量包"的形式,即以光子和光的形式,擺脫其多餘的能量。 由於每個化學元素都有一個明顯的正電荷原子核,其電子的軌道都含有不同的能量。 從遙遠的軌道移動到更近的軌道,給定化學元素的電子發射出一個特徵光子,其能量與其發射光譜中觀察到的光波長相對應。 圖解:在589nm處D2(左)和一示範590奈米D1(右)採用用鹽水燈芯在火焰發射鈉D譜線 由於原子內可能進行多次軌道跳躍,因此每種化學物質都有自己獨特的發射線譜。 下圖顯示了一些化學元素的排放譜。 很容易看到,每種元素都有具有其特徵譜線,就像條形碼或指紋,可以讓科學家精確辨認出來。 圖解:氫的發射波譜 圖解:鐵的發射波譜 相關知識 發射光譜是當一個元素被激發(加熱)時,在相對於電磁輻射的每一個頻率中,某些頻率的輻射強度增加的現象。 圖解:金屬鹵化物燈的發射光譜。 當化學元素中的電子被激發時,它會躍遷至能量較高的軌道上,而當這個電子離開激態,返回低能量的軌道時,能量會被再輻射出來,分離出來的發射譜線就是所提到的波長。 注意,輻射的譜線頻率會比原來的頻率寬一些,這是譜線致寬的效應。 參考資料 1.Wikipedia百科全書 2.天文學名詞 FY: sphaigne 作者: astro-canada.ca 如有相關內容侵權,請於三十日以內聯絡作者刪除 轉載還請取得授權,並注意保持完整性和註明出處 《發射波譜的發現歷史,人類科學的大跨越,物質內部其實別有洞天?》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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發射波譜的發現歷史,人類科學的大跨越,物質內部其實別有洞天?
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