Спектральные аппараты

Спектральные аппараты. Свечение тел тесно связано с процессами, происходящими в атомах и молекулах. По­этому исследование свечения явилось важным средством для уяснения строения молекул и атомов.

Существенные различия в характере свечения устанавли­ваются при изучении спектров светящихся тел. Для полу­чения спектров используется дифракционная решетка или

Рис.321. Схема устройства спектрографа: S — щель, L₁ — объектив коллиматора, Р — призма, L₂ — объектив камеры, MN — матовое стекло или фотопластинка

чаще призма. Принцип получения спектра при помощи приз­мы изложен в § 160. Для того чтобы спектр был возможно более четким, т. е. чтобы различные спектральные области хорошо разделялись между собой, спектральному аппарату придается более сложное, чем указано в § 160, устройство, схематически изображенное на рис. 321.

Левая часть аппарата — коллиматор SL ₁ — состоит из узкой щели S, расположенной в главной фокаль­ной плоскости объектива L ₁; благодаря этому свет, упав­ший на щель, выходит из коллиматора параллельным пуч­ком и падает на призму. Из призмы он также выходит

параллельным пучком. Но так как лучи разной длины волны (разного цвета) отклоняются призмой на разные углы (дис­персия), то из призмы выходят параллельные пучки раз­ного направления; благодаря этому свет соби­рается вторым объективом L ₂ в различных точках его фо­кальной плоскости MN. В этой плоскости получаются, следовательно, изображения щели S, но так, что изображе­ния, соответствующие разным длинам волн, приходятся на разные места плоскости MN. Расположив в плоскости MN матовое стекло или фотографическую пластинку, мы получим на ней четкое изображение спектра. Если свет, падающий на щель S, представляет собой смесь нескольких монохроматических пучков, то спектр имеет вид отдельных изображений щели в разных длинах волн, т. е. имеет вид отдельных узких линий, разделенных темными промежутками. Если на щель падает белый свет, то все отдельные изображения щели сливаются в цветную полосу.

Аппараты, в которых спектр изображается на фотопла­стинке, носят название спектрографов. Иногда вместо ка­меры L ₂ MN помещают зрительную трубу и наблюдают спектр глазом. В этих случаях спектральный аппарат при­нято называть спектроскопом. Призма изготовляется из стекла, обладающего значительной дисперсией, либо из кварца, флюорита или каменной соли, если спектрограф предназначен для работы в ультрафиолетовой или инфра­красной частях спектра. Из соответствующих материалов делают и объективы.

§ 173. Типы спектров испускания. Направив на щель спектрографа свет от солнца, лампы накаливания, свечи и т. д., мы получим спектры, имеющие вид сплошной полоски, в которой представлены все длины волн, идущие непрерывной чередой. Такие спектры называются сплошными или непрерывными.

Иной вид имеет спектр, если в качестве источника света использовать светящиеся газы. Направим, на­пример, на спектрограф свет газоразрядной лампы, в ко­торой светится пар ртути. Наблюдаемый спектр имеет вид, изображенный на рис. 322. Он состоит из отдельных рез­ких линий, представляющих собой изображение щели спектрографа в отдельных длинах волн. Каждая линия представляет по существу узкий спектральный интервал, охватывающий некоторый набор длин волн; но интервал этот так узок, что его можно практически считать соответст-

Рис. 322. Спектр пара ртути (длины волн — в ангстремах)

Рис. 323. Небольшой участок спектра железа (от 4143 до 4236 Å)

вующим одной определенной длине волны. Приведенный на рис. 322 в качестве примера спектр ртути характерен для свечения газов или паров. Такие спектры принято называть линейчатыми. Разнообразные пары или газы могут давать спектры, отличающиеся положением спектральных линий (т. е. их длиной волны), а также числом их и распределением по спектру. Спектр пара ртути сравнительно беден линиями; наоборот, в спектре пара железа, например, насчитыва­ется несколько тысяч отдельных спектральных линий (рис. 323), распределенных по видимой и ультрафиолетовой областям спектра.

Рис. 324. Спектр пара иода

При изучении спектров паров или газов наблюдаются также спектры, состоящие из отдельных полос, разде­ленных темными промежутками. Некоторые из этих полос при более тщательном исследовании оказываются состоя­щими из очень большого числа отдельных линий, другие же представляют собой действительно сплошные полоски. Та­кого типа спектры принято называть полосатыми. Рис. 324 дает пример такого спектра, наблюдаемого при свечении пара иода.