Принцип работы дифракционной решётки
Природа и свойства света.
Природа света: свет обладает как корпускулярными, так и волновыми свойствами. В одних явлениях наиболее ярко проявляются корпускулярные свойства света (фотоэффект), в других волновые – (диффракция, интерференция).
Корпускулярные свойства – это способность света отражаться от поверхности падения луча и преломляться, проходя через поверхность раздела двух сред. Наиболее ярко проявляются корпускулярные свойства света в явлении фотоэффекта. Фотоэффектом называется явление, состоящее в том, что поверхность металла, освещаемая лучистой энергией, испускает электроны.
Чем больше длина волны света, тем более он проявляет волновые свойства и менее корпускулярные.
Волновые свойства света.
Волна –колебательное движение, возникающее в каком-нибудь месте пространства. Простейшим видом волны является синусоидальная волна. В случае электромагнитной волны – это смена напряжённости электромагнитного поля, которая характеризуется фазами максимума и минимума.
Длина волны– это расстояние между точками с одинаковыми фазами, обозначается буквой λ (лямбда).
Период колебаний – время в течение, которого волна перемещается на расстоянии λ (длины волны), обозначается Т.
Частота – число колебаний в секунду, обозначается буквой ν.
Волновые свойства света наиболее ярко проявляются в явлениях интерференции и дифракции. Все явления, в которых наблюдается отклонение от закона прямолинейного распространения света, т.е. проникновение света в область тени, получили название дифракции света.
|
|
|
Интерференция света – явление, в процессе которого, при наложении двух и более лучей с одинаковой длиной волны встретившихся в какой-либо точке пространства, происходит усиление светового сигнала
Если свет одной длины волны пропустить не через круглое отверстие, а через узкую щель, на экране вместо колец наблюдаются освещённые полосы, разделённые тёмными промежутками. Если же освещать экран светом сложного состава, то вместо светлых колец одного цвета, разделённых темными промежутками, будет наблюдаться чередование колец или полос разного цвета, т.к. положение максимумов освещённости для лучей разного цвета (разной длины волны) не совпадают.
Следовательно, при дифракции светапроисходит разложение сложного света, т.е. имеет место дисперсия света.
Атомно – эмиссионный анализ на спектрометрах выполняется в диапазоне света от 200 до 400нм (ультрафиолет).
Процессы, происходящие в нейтральном атоме при его возбуждении.
Излучение и поглощение света атомами происходит в результате их перехода и одного энергетического состояние в другое. Энергетические состояние атомов определяются энергией валентного электрона с атомным остовом и характеризуются набором квантовых чисел. Валентным электроном является электрон, находящийся на внешней оболочке атома у которого сила притяжения к ядру слабее, чем у электронов, которые находятся на внутренней оболочке атома. При воздействии на атом определённой энергии валентный электрон с внешней орбиты атома меняет свою орбиту, на более удаленную. При возвращении этих электронов на свои исходные орбиты известное количество энергии преобразуется в световое излучение определённой длины волны. Это явление происходит на атомном уровне.
|
|
|
Проба, в составе которой несколько различных элементов, создаёт световое излучение на длинах волн, специфических для каждого из её элементов. Разделив длины волн с помощью диспергирующей системы, можно определить элементы, составляющие пробу, а по интенсивности излучения на каждой длине волны можно определить концентрацию этих элементов.
Распределение электронов по оболочкам внутри атома может меняться под влиянием внешнего воздействия, при этом будет меняться и энергия атома.
|
|
|
При отсутствии внешнего воздействия, энергия атома минимальна. Под влиянием внешнего воздействия атом получает дополнительную энергию, в результате чего один или несколько электронов могут перейти на более отдалённую от ядра оболочку, такое состояние атома называют возбуждённым. Атом не может поглощать любое количество энергии, это значит, что электронные оболочки располагаются в атоме только на вполне определённых расстояниях от ядра.
Возбуждённое состояние атома не устойчиво и атом после этого возвращается в нормальное состояние, высвобождая при этом квант света. Поскольку энергия атома может принимать лишь определённое значение, то и излучать свет атом может лишь определённой длины волны.
Принцип работы дифракционной решётки
Дифракционная решётка представляет собой стеклянную пластину, поверхность которой отполирована и покрыта отражающей плёнкой металла с нанесёнными не ней параллельно друг другу штрихами. Нанесение (нарезка) штрихов на зеркальной поверхности производится на специальном высокоточном станке, носящем название машины Роуланда.
Для получения ультрафиолетовых спектров применяют решётки с 3600, 1800 и 1200 штрихов на миллиметр
|
|
|
Для видимой части спектра 600 и 1200 штрихов на миллиметр
Для инфракрасной области спектра - 300 и 100 штрихов на миллиметр.
Наряду с плоскими дифракционными решётками в спектральных приборах достаточно часто применяются вогнутые дифракционные решётки, которые совмещают функции диспергирующего элемента и фокусирующих элементов - коллиматорного и камерного объективов.
 |
λ2
 |
λ1
2
N
 |
1
1 – входная щель, 2 - решётка
Края канавок являются преградой и свет выходит из канавки расходящимся пучком. Затем параллельные пучки света, идущие от разных точек канавки собираются линзой и интерферируют.
Если фазы волн встретившихся в точке пространства одинаковы, результатом интерференции является усиление интенсивности света в этой точке.
Если фазы противоположны – полное гашение.
 |
Δ
Δ1
Разность фаз возникает вследствии того, что лучи одного направления проходят до места встречи разные расстояния, называемые разностью хода.
Если разность хода двух лучей равна чётному числу полуволн (целому числу длин волн), фазы одинаковые и результатом интерференции будет усиление интенсивности света.
Условие максимума при интерференции:
Δ = 2k*λ/2 = k*λ
В одной точке усиленными оказываются только те длины волн, для которых разность хода удовлетворяет условию максимума.
Лучи отражённые под другим углом, собираются в другой точке и интерферируют лучи с уже другой длиной волны, для которых удовлетворяется условие максимума.
Чем больше угол отражения, тем больше разность хода и тем большая длина волны, удовлетворяя условию максимума усиливается. Именно поэтому происходит разложение света по длинам волн в дифракционной решётке.
Преимущества при использовании дифракционных решёток.
1. Практически во всей оптической области спектра угловая дисперсия решётки больше.
2. В пределах одного порядка угловая дисперсия не зависит от длины волны.
Зависимость интенсивности спектральных линий от температуры газа.
С повышением температуры создаётся более благоприятные условия для возбуждения атомов. По мере увеличения температуры будет увеличиваться также и число ионизированных атомов. Поэтому хотя увеличение температуры улучшает условия возбуждения, интенсивность линии спектра нейтрального атома может и не возрастать.
Кривая зависимости интенсивности резонансных линий спектра нейтрального и ионизированного атома от температуры показывает, что по мере увеличения температуры интенсивность спектральной линии сначала растёт, а потом убывает.
То же самое наблюдается и у линий спектра ионов, т.к. с увеличением температуры возрастает число ионов более высокой степени ионизации.
Для каждой спектральной линии существует температура Тмакс, при которой её интенсивность максимальна.
Таким образом одно только повышение температуры источника света не всегда приводит к повышению интенсивности спектральной линии.
При изменении температуры разряда меняется соотношение концентрации ионов и нейтральных атомов, и, следовательно, соотношение интенсивностей их линий, т.е. меняется характер спектра.
В спектрах искры интенсивность линий ионов возрастает по сравнению интенсивностью линий нейтральных атомов.
В связи с тем, что в искре концентрация ионов больше, чем в дуге, и их спектр соответственно интенсивнее, спектральные линии, излучаемые ионами, принято называть искровыми, а линии, излучаемые нейтральными атомами – дуговыми. Следует однако, подчеркнуть, что в спектрах дуги и искры присутствуют и дуговые, и искровые линии.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 247; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!