Файл: Fizika - V. F. Dmitriyeva.pdf

§ 207. Спектри Сонця і зір 

Залежно від температури атмосфери Сонця і зір їх розрізня-

ють за кольором: найгарячіші зорі мають температуру порядку 100 000 К, 
голубі - порядку 30 000 К, жовті - порядку 6000 К, найхолодніші, черво-
ні, - порядку 3000 К. Спектри зір відрізняються інтенсивністю і кількістю 
ліній різних хімічних елементів і сполук. У спектрах дуже гарячих зір 
виділяються яскраві лінії випромінювання гелію й азоту, а в спектрах 
найхолодніших - сильні смуги поглинання різних молекулярних сполук. 

В атмосферах усіх зір переважають водень

 і

 гелій. 

Джерелом енергії, яку дістають зорі і Сонце, є ядерні реакції перетво-

рення водню в гелій у їх надрах при температурі порядку 10 000 000 К. 

Розглядаючи за допомогою спектроскопа спектр Сонця, можна поміти-

ти, що його суцільний спектр перерізаний численними темними лініями, 
розміщеними в різних частинах спектра (див. рис. 21.28,

 г),

 Перший описав 

ці темні лінії німецький учений Й. Фраунгофер, тому ці лінії називають 

фраунгоферовими.

 Пояснив фраунгоферові лінії у спектрі Сонця Г. Кірхгоф. 

Якщо атоми поглинають саме ті хвилі, які вони можуть випускати, то кожна 
речовина, що є в сонячній або земній атмосфері, сама поглинає характерні 
для неї промені. Тому й утворюються темні лінії на фоні суцільного соняч-

ного спектра. Встановивши положення темних ліній у спектрі, можна визна-
чити, через які речовини проходили сонячні промені в атмосфері Сонця. 

Так було встановлено, що в сонячній атмосфері є водень, натрій, кальцій, 

залізо та інші речовини, які є й на Землі. Цікаво зазначити, що в спектрі 
Сонця, крім відомих елементів, було знайдено елемент, якого на Землі 
ще не знали. Його назвали гелієм (від грец. "геліос"- Сонце). Тільки через 
26 років гелій було знайдено і на Землі. 

§ 208. Поняття про спектральний аналіз 

Поняття про спектральний аналіз 

Дослідження спектрів випромінювання і спектрів поглинан-

ня дає можливість установити якісний склад речовини. Кількісний вміст 
певного елемента в сполуці визначають, вимірюючи яскравість його спе-
ктральних ліній.

 Метод дослідження, який дає можливість за спектром 

випромінювання і поглинання робити висновок про хімічний склад речови-
ни, називають спектральним аналізом. 

У § 204 йшлося про те, що світні гази і пара дають лінійчасті спектри, 

при цьому кожний газ або пара має характерний спектр. Якщо в дослід-
жуваній речовині є в певному місці спектра жовта лінія, то можна твер-

500 

дити, що до складу речовини входить натрій. Знаючи довжини хвиль, які 

випромінюють різні гази і пара, за спектром можна встановити наявність 

гих чи інших елементів у досліджуваній речовині. Якщо в спектрі є одна 

або кілька ліній, які не відповідають лініям жодного з відомих нам елеме-

нтів, то можна стверджувати, що виявлено новий елемент. 

Метод спектрального аналізу дуже чутливий. За його допомогою мо-

жна виявити наявність елемента, який нас цікавить, навіть тоді, коли кіль-

кість його не перевищує Ю~

10

 г. Ці кількості такі малі, що їх не можна 

виявити хімічними методами. 

Застосування спектрального аналізу 

Спектральний аналіз відіграв велику роль у науці. Зовсім не-

замінний він в астрономії, де є єдиним джерелом усіх наших відомостей 

про хімічний склад небесних тіл. За його допомогою було вивчено склад 

Сонця, зір і туманностей, відкрито 25 елементів таблиці Менделєєва. Те-

пер спектральний аналіз широко застосовують у геології, металургії, хімії 

та інших галузях науки і техніки. 

§ 209. Рентгенівське випромінювання. 

Його природа і властивості 

Рентгенівське випромінювання 

У 1895 р. В. Рентген, спостерігаючи процеси в газорозрядних 

ірубках, відкрив загадкове випромінювання, яке тепер називають рентгенів-

ським. Його було виявлено завдяки здатності цього випромінювання спри-

чинювати світіння флуоресціюючих речовин. Це випромінювання спричи-
нювало зеленувате світіння скла газорозрядної трубки в тому місці, де на 
нього падав потік швидких електронів з катода. Рентгенівське випроміню-
вання здатне проникати крізь тіла, непрозорі для звичайного світла, наприк-
лад чорний папір, картон, тонкі шари металу. Від нього чорніє фотографічна 
і їластинка, а електроскоп втрачає заряд внаслідок іонізації повітря. 

Дифракція рентгенівського випромінювання 

Виникло припущення, що рентгенівське випромінювання -

це електромагнітні хвилі, які випромінюються при різкому гальмуванні 

електронів. Підтвердженням цього припущення могло б бути явище диф-

501 

ракції, властиве всім видам хвиль. Проте спроба дістати дифракційну кар-
тину на вузьких щілинах за допомогою рентгенівського випромінювання 
зазнала невдачі. Тільки через 15 років М. Лауе для спостереження дифра-

кції рентгенівського випромінювання запропонував використати кристали. 
Кристали - це впорядкована структура, яка характеризується міжпло-
щинними відстанями (відстанями між вузлами кристалічних ґрат) 
порядку кількох нанометрів і є природними просторовими дифракційними 
ґратами. Досліди, виконані М. Лауе та іншими фізиками, показали, що 

рентгенівське випромінювання -

 це електромагнітні хвилі, довжини 

яких порядку розміру атома, тобто від

 8-Ю"

8

 до

 1-Ю

42

 м. Зрозуміло, 

що виявити дифракцію рентгенівського випромінювання на плоских 
вузьких щілинах не можна, бо дістати щілину такого розміру практично 
неможливо. 

Рентгенівська трубка 

Рентгенівське випромінювання добувають у спеціальних 

приладах, які називають

 рентгенівськими трубками

 (рис. 21.30). Рентге-

нівська трубка - це скляний балон, тиск у якому порядку 0,1 мПа. Джере-

лом електронів є катод, виготовлений з вольфраму у вигляді спіралі. По-
тік електронів, який випромінює розжарений катод під час термоелект-
ронної емісії, прискорюється в потужному електричному полі, створено-

му джерелом високої напруги. Прискорений потік електронів падає на 
масивний анод, скошений під кугом порядку 45°. Така геометрія анода 

дає можливість керувати напрямом поширення променів. Електрони в 

полі набувають кінетичної енергії

 Е

к

 = ту

2

 /2 = е

£/. 

Потрапивши на анод, електрони гальмуються, рухаючись у речовині 

анода. 

Внаслідок гальмування швидких електронів виникає гальмівне 

рентгенівське випромінювання. 

Гальмівне рентгенівське випромі-

нювання має суцільний неперервний 
спектр, оскільки електрони, які бом-
бардують анод, мають різні швидко-
сті. Під час гальмування виникають 
промені різних довжин хвиль. 

Максимальна енергія рентге-

нівського випромінювання не може 
перевищувати енергії електрона, 

якої той набув у прискорюючому 
полі. 

Рентгенівське 

бипромінюбання 

Рис. 2130 

502 

Закон Мозлі 

При досить великій, швидкості електронів, крім суцільного, ви-

никає

 характеристичне рентгенівське випромінювання, яке має лінійчас-

тий спектр.

 Це випромінювання назвали так тому, що частоти ліній його 

спектра характеризують речовину анода. Характеристичне випромінювання 
виникає, коли енергія електронів, які бомбардують, стає достатньою для 

виривання електрона з однієї з близьких до ядра оболонок атома. На місце, 
яке звільнилось, переходить електрон з більш віддаленої від ядра оболонки. 

Цей перехід супроводиться випромінюванням кванта рентгенівського 
випромінювання, частота якого визначається зарядом ядра

 7л

 і номерами 

оболонок, між якими здійснюється, перехід. Дослідження рентгенівських, 
спектрів показують, які стаціонарні стани займають електрони в атомі 
різних речовин. 

Характеристичні рентгенівські спектри різних елементів мають одно-

типну структуру. Г. Мозлі встановив: 

частоти характеристичних спектрів зростають із збільшенням по-

рядкового номера елемента, тобто квадратний корінь з частоти хара* 
ктеристичного рентгенівського випромінювання € лінійною функ-
цією від порядкового номера елемента. 

Дані результатів дослідження Мозлі підтвердили, що елементи в таб-

лиці Менделєєва розміщені в порядку зростання порядкового номера, 
тобто заряду ядра, який може збільшуватися тільки на одиницю, 

Застосування, рентгенівського випрошнювашш 

У науці і техніці широко застосовують такі властивості рент-

генівського випромінювання, як його велика здатність, дія на. фотоплас-

тинки, здатність іонізувати речовину, крізь яку вони проходять. 

Так,

 рентгенівська дефектоскопія

 - спосіб визначення наявності, міс-

цезнаходження і розмірів внутрішніх дефектів у матеріалах і виробах -
ірунтується на відмінності ослаблення рентгенівського випромінювання 
під час його проходження крізь ділянки виробів різної густини і. протяжнос-

ті. У рентгенівській дефектоскопії найбільше поширений фотографічний 

метод з утворенням зображення на рентгенівській плівці. 

За допомогою рентгеноструктурного аналізу досліджують атомну 

структуру речовини, вивчаючи картини дифракції і розсіювання рентге-

нівського випромінювання речовиною. 

Властивість рентгенівського випромінювання по-різному поглинатись 

різними елементами, здатність спричинювати світіння екранів, які люмі-

несціюють, лягли в основу його широкого застосування в медицині для 

503 

просвічування різних органів хворих з метою діагностики, лікування зло-
якісних пухлин, виявлення різних включень, наприклад осколків у тілі 
людини. Фізіологічну дію рентгенівського випромінювання вперше до-
слідив російський академік О. М. Бехтерєв. 

Короткі висновки 

• X. Гюйгенс запропонував хвильову теорію світла, за якою світло - це 

потік хвиль, подібно до звукових хвиль у повітрі або хвиль на поверхні 
води. На основі хвильової теорії були пояснені такі явища, як відби-
вання і заломлення світла, інтерференція і дифракція хвиль, які з кор-
пускулярної точки зору пояснити не можна. 

• Закони відбивання світла: 

1) падаючий і відбитий промені та нормаль до межі поділу лежать в 

одній площині; 
2) кут падіння дорівнює куту відбивання. 

• Закони заломлення світла: 

1) падаючий і заломлений промені та нормаль до межі поділу лежать в 

одній площині; 

1) відношення синуса кута падіння до синуса кута заломлення дорів-

нює відношенню швидкостей поширення світла в цих середовищах: 

ЗІПА V*

 Г

 5ІП0С 

——- = —- , аоо — - п

2[

. 

ЗІГіу V2 ЗІП у 

® Якщо світло проходить з оптично більш густого середовища в менш 

По • 

густе, то оуде повне відтавання; вт а

г о

 = —. 

Я, 

• Стійка картина інтерференції світла має місце при накладанні когерент-

них хвиль однієї на одну, Хвилі підсилюють (5--

 кХ)

 або ослаблюють 

одна одну залежно від різниш ходу між ними. 

Найбільш поширеним прикладом інтерференції світла є інтерференція 

в тонких плівках. Когерентні хвилі утворюються в процесі відбивання 

світлових хвиль від двох поверхонь плівки. Оскільки різниця ходу 
променів, які інтерферують, залежить від товщини плівки, показника 
заломлення матеріалу» кута падіння променів і довжини хвилі падаю-
чого світла, то при освітленні плівки білим світлом утворюється кольо-
рова картина інтерференції, 

• Світло - це електромагнітні хвилі, і для нього за певних умов властиве 

явище дифракції. Це явище пояснюють за допомогою принципу Гюй-
генса - Френеля. За цим принципом, фіктивні джерела когерентні і 
хвилі, які вони випускають, можуть інтерферувати в будь-якій точці 
простору. Щоб визначити результати дифракції в деякій точці просто-
ру, Френель запропонував поділяти хвильову поверхню на окремі ділян-
ки (зони), Користуючись методом зон Френеля, можна визначити диф-
ракційні картини від щілини і дифракційних ґрат. 

504