Спектры. Спектральный анализ и его применение
преступления.
Также спектральный анализ в криминалистике хорошо помогает определять
орудие убийства и вообще раскрывать некоторые частности преступления.
Еще шире спектральный анализ используют в медицине. Здесь его
применение весьма велико. Его можно использовать для диагностирования, а
также для того, чтобы определять инородные вещества в организме человека.
Спектральный анализ прогрессирует не только науку, но и общественную
сферу человеческой деятельности.
Для спектрального анализа необходимы специальные спектральные приборы,
которые мы и рассмотрим дальше.
Спектральные аппараты
Для точного исследования спектров такие простые приспособления, как
узкая щель, ограничивающая световой пучок, и призма, уже недостаточны.
Необходимы приборы, дающие четкий спектр, т. е. приборы, хорошо
разделяющие волны различной длины и не допускающие перекрытия отдельных
участков спектра. Такие приборы называют спектральными аппаратами. Чаще
всего основной частью спектрального аппарата является призма или
дифракционная решетка.
Рассмотрим схему устройства призменного спектрального аппарата.
Исследуемое излучение поступает вначале в часть прибора, называемую
коллиматором. Коллиматор представляет собой трубу, на одном конце которой
имеется ширма с узкой щелью, а на другом - собирающая линза. Щель
находится на фокусном расстоянии от линзы. Поэтому расходящийся световой
пучок, попадающий на линзу из щели, выходит из нее параллельным пучком и
падает на призму.
Так как разным частотам соответствуют различные показатели
преломления, то из призмы выходят параллельные пучки, не совпадающие по
направлению. Они падают на линзу. На фокусном расстоянии этой линзы
располагается экран - матовое стекло или фотопластинка. Линза фокусирует
параллельные пучки лучей на экране, и вместо одного изображения щели
получается целый ряд изображений. Каждой частоте (узкому спектральному
интервалу) соответствует свое изображение. Все эти изображения вместе и
образуют спектр.
Описанный прибор называется спектрографом. Если вместо второй линзы и
экрана используется зрительная труба для визуального наблюдения спектров,
то прибор называется спектроскопом. Призмы и другие детали спектральных
аппаратов необязательно изготовляются из стекла. Вместо стекла применяются
и такие прозрачные материалы, как кварц, каменная соль и др.
Вы познакомились с новой величиной - спектральной плотностью
интенсивности излучения. Узнали, что находится внутри кожуха спектрального
аппарата.
Спектральный состав излучения веществ весьма разнообразен. Но, несмотря
на это, все спектры, как показывает опыт, можно разделить на три типа.
Спектр электромагнитных излучений
Свойства электромагнитных излучений. Электромагнитные излучения с
различными длинами волн имеют довольно много различий, но все они, от
радиоволн и до гамма-излучения, одной физической природы. Все виды
электромагнитного излучения в большей или меньшей степени проявляют
свойства интерференции, дифракции и поляризации, характерные для волн.
Вместе с тем все виды электромагнитного излучения в большей или меньшей
мере обнаруживают квантовые свойства.
Общим для всех электромагнитных излучений являются механизмы их
возникновения: электромагнитные волны с любой длиной волны могут возникать
при ускоренном движении электрических зарядов или при переходах молекул,
атомов или атомных ядер из одного квантового состояния в другое.
Гармонические колебания электрических зарядов сопровождаются
электромагнитным излучением, имеющим частоту, равную частоте колебаний
зарядов.
Радиоволны. При колебаниях, происходящих с частотами от 105 до 1012 Гц,
возникают электромагнитные излучения, длины волн которых лежат в интервале
от нескольких километров до нескольких миллиметров. Этот участок шкалы
электромагнитных излучений относится к диапазону радиоволн. Радиоволны
применяются для радиосвязи, телевидения, радиолокации.
Инфракрасное излучение. Электромагнитные излучения с длиной волны,
меньшей 1-2 мм, но большей 8*10-7 м, т.е. лежащие между диапазоном
радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением.
Область спектра за красным его краем впервые экспериментально была
исследована в 1800г. английским астрономом Вильямом Гершелем (1738 – 1822
гг.). Гершель поместил термометр с зачерненным шариком за красный край
спектра и обнаружил повышение температуры. Шарик термометра нагревался
излучением, невидимым глазом. Это излучение назвали инфракрасными лучами.
Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источниками
инфракрасного излучения служат печи, батареи водяного отопления,
электрические лампы накаливания.
С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно
преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в
полной темноте. Инфракрасное излучение применяется для сушки окрашенных
изделий, стен зданий, древесины.
Видимый свет. К видимому свету (или просто свету) относятся излучения с
длиной волны примерно от 8*10-7 до 4*10-7 м, от красного до фиолетового
света.
Значение этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни
человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем
мире человек получает с помощью зрения.
Свет является обязательным условием развития зеленых растений и,
следовательно, необходимым условием для существования жизни на Земле.
Ультрафиолетовое излучение. В 1801 году немецкий физик Иоганн Риттер
(1776 – 1810), исследуя спектр, открыл, что за его фиолетовым краем имеется
область, создаваемая невидимыми глазом лучами. Эти лучи воздействуют на
некоторые химические соединения. Под действием этих невидимых лучей
происходит разложения хлорида серебра, свечение кристаллов сульфида цинка и
некоторых других кристаллов.
Невидимое глазом электромагнитное излучение с длиной волны меньше, чем
у фиолетового света, называют ультрафиолетовым излучением. К
ультрафиолетовому излучению относят электромагнитные излучения в диапазоне
длин волн от 4*10-7 до 1*10-8 м.
Ультрафиолетовое излучение способно убивать болезнетворных бактерий,
поэтому его широко применяют в медицине. Ультрафиолетовое излучение в
составе солнечного света вызывает биологические процессы, приводящие к
потемнению кожи человека – загару.
В качестве источников ультрафиолетового излучения в медицине
используются газоразрядные лампы. Трубки таких ламп изготавливают из
кварца, прозрачного для ультрафиолетовых лучей; поэтому эти лампы называют
кварцевыми лампами.
Рентгеновские лучи. Если в вакуумной трубке между нагретым катодом,
испускающим электрон, и анодом приложить постоянное напряжение в несколько
десятков тысяч вольт, то электроны будут сначала разгоняться электрическим
полем, а затем резко тормозиться в веществе анода при взаимодействии с его
атомами. При торможении быстрых электронов в веществе или при переходах
электронов на внутренних оболочках атомов возникают электромагнитные волны
с длиной волны меньше, чем у ультрафиолетового излучения. Это излучение
было открыто в 1895 году немецким физиком Вильгельмом Рентгеном (1845-
1923). Электромагнитные излучения в диапазоне длин волн от 10-14 до 10-7 м
называются рентгеновскими лучами.
Рентгеновские лучи невидимы глазом. Они проходят без существенного
поглощения через значительные слои вещества, непрозрачного для видимого
света. Обнаруживают рентгеновские лучи по их способности вызывать
определенное свечение некоторых кристаллов и действовать на фотопленку.
Способность рентгеновских лучей проникать через толстые слои вещества
используется для диагностики заболеваний внутренних органов человека. В
технике рентгеновские лучи применяются для контроля внутренней структуры
различных изделий, сварных швов. Рентгеновское излучение обладает сильным
биологическим действием и применяется для лечения некоторых заболеваний.
Гамма-излучение. Гамма-излучением называют электромагнитное излучение,
испускаемое возбужденными атомными ядрами и возникающее при взаимодействии
элементарных частиц.
Гамма-излучение – самое коротковолновое электромагнитное излучение
((<10-10 м). Его особенностью являются ярко выраженные корпускулярные
свойства. Поэтому гамма-излучение обычно рассматривают как поток частиц –
гамма-квантов. В области длин волн от 10-10 до 10-14 и диапазоны
рентгеновского и гамма-излучений перекрываются, в этой области
рентгеновские лучи и гамма-кванты по своей природе тождественны и
отличаются лишь происхождением.
Заключение
В начале XIX в. было обнаружено, что выше (по длине волны) красной
части спектра видимого света находится невидимый глазом инфракрасный
участок спектра, а ниже фиолетовой части спектра видимого света находится
невидимый ультрафиолетовый участок спектра.
Длины волны инфракрасного излучения заключены в пределах от
3(10-4 до 7,6(10-7 м. Наиболее характерным свойством этого излучения
является его тепловое действие. Источником инфракрасного является любое
тело. Интенсивность этого излучения тем выше, чем больше температура тела.
Инфракрасное излучение исследуют с помощью термопар и болометров. На
использование инфракрасного излучения основ
| |  скачать работу |
Спектры. Спектральный анализ и его применение |
