Typy spektra ve fyzice

Článek se zabývá definicí a typy spektra, pokrývá oblasti použití spektroskopie a také popisuje studium neznámé pevné látky a typy spektra, které se k ní používají.

Co je spektrum?

Obecně v této podobě tato otázka povzbuzuje čtenáře, aby vzpomínal na poučení z fyziky a nekonečných vzorců. Tento koncept však pokrývá mnohem větší rozmanitost a přesahuje školní osnovy. Takže spektrum je rozdělení hodnot určitého množství (někdy koncepce). Množství samozřejmě často znamená určitou hmotnost, energii, vlnová délka. Ale existují zcela odlišné distribuce. Například žena může vařit dvě nádobí - to je její kulinářské spektrum. Nebo muž může pít kávu, kompotu, čaj, ale nepřijme alkohol, což znamená, že jeho sortiment nápojů je omezen. To znamená, že jsou zcela nesouvisející typy věd spektra. Fyzika v příkladech uvedených výše nehraje žádnou roli.

Elektromagnetická měřítka

Nejčastěji však tento pojem slyší lidé, pokud jde o vědu (zejména o elektromagnetickou škálu). Odkud pocházejí elektromagnetické vlny? Samotný mechanismus jejich výskytu je stále záhadou. Oblast obecně není častíc, ale pole jsou velmi tajemné. Nicméně je známo, že elektromagnetické pole (a tedy vlny) vznikají za přítomnosti náboje pohybujícího se v prostoru. A v závislosti na tom, co je a jak se pohybuje, objeví se na elektromagnetické škále různé typy záření. Spektrum v tomto případě je zvažováno v závislosti na vlnové délce. Připomeňme, že tento pojem se vztahuje na minimální vzdálenost mezi identickými fázemi přilehlých poruch (pokud je jednodušší, mezi maximami nebo minimami po sobě). Největší vlnové délky mají rádiové vlny, nejmenší - gama záření. To, co vidí lidské oko, je jen malý zlomek celého rozsahu a nachází se blíže k počátku měřítka. Proto se typy spektrů liší především vlnovou délkou nebo frekvencí.

Spektroskopie

Kognitivní část tohoto článku popsala některé základní pojmy. Nejdůležitější z každé studie je však její význam.

Jinými slovy - rozsah. Pro tuto část jsou vedeny všechny druhy spektra. Používají se všude: od forenzní vědy až po vytvoření nových látek, od biologie až po mezihvězdný prostor. Věda, která se zaměřuje na tento fyzický koncept, jak čtenář pravděpodobně již pochopil, se nazývá spektroskopie. V současné době se typy spektra (spektrální analýza) liší podle několika kritérií.

Typy spektra

Jak bylo uvedeno, prvním kritériem je vlnová délka. Připomeňme si, že frekvence vlny je nepřímo úměrná délce - tyto pojmy jsou nepřetržitě propojeny. V souladu s oblastmi na elektromagnetické škále jsou rádiové, ultrafialové, viditelné, infračervené, rentgenové spektra. Druhým kritériem je geometrie experimentu. Odstranění odrazového a přenosového spektra může být zásadně odlišné.

Analýza rozdílu může značně říci o zkoumané látce. Například závěry o složení a hustotě prstenců Saturnu byly učiněny tímto způsobem.

Linky a pruhy

Vtip o kulovém koni ve vakuu je jenom poloviční vtip. Pětdesát procent, ne-li většina, fyzických pojmů v přírodě neexistuje ve své čisté podobě. Proto je podmíněné kritérium, které odděluje typy spektra. Jeden ideální atom (nebo molekula) hmoty v absolutním vakuu dá distribuci elektromagnetických signálů sestávajících z tenkých čar. Tyto podmínky jsou neuskutečnitelné, nicméně velmi úzké pásy s nerozlišitelnými vnitřními jednotlivými komponentami se považují za lineární spektrum. Obvykle se jedná o sadu sloupců o různých výškách (to znamená o intenzitě) u odpovídajících vlnových délek. Existují však i jiné druhy spektra, které se nazývají pruhované: každý řádek má široké, rozmazané hrany.

Modrá obloha

Otázka, proč je obloha modrá, se každou zvědavostí ptá čtyři roky. Odpověď je jak jednoduchá, tak složitá současně: má takovou barvu, protože mikrovibrace (nazývané kolísání) zemské atmosféry z celého slunečního spektra rozptylují pouze odpovídající oblast vlnové délky. Všechno ostatní je absorbováno (ve větší míře) nebo odrazeno.

Toto je další kritérium. To znamená, že existují absorpční, emisní a rozptylovací spektra. Každý výzkum dává své výsledky. Základní informace o látce však nesou různé typy emisních spekter. Poskytují jednoznačnou odpověď na to, co a v jakém množství je přítomna ve zkoumané látce. Dva další typy ukazují složitost struktury a způsobů vzájemného ovlivňování jednotlivých částí.

Moonstone

Za to, co a jaké spektrum je zodpovědné, ukážeme se na příkladu dlažebního kamene přineseného z Měsíce. Pokud se díky různým manipulacím vytvoří kamenný lesk, výsledné spektrum jednoznačně ukáže, které chemické prvky systému Mendeleev jsou v něm. Jiné postupy dokáží extrahovat ze stejných spekter koncentraci detekovaných prvků. Pevná část těla a jeho vlastnosti jsou však určeny nejen tím, v čem se skládá, ale také jak jsou tyto samostatné elementární součásti umístěny relativně vůči sobě. Klasickým příkladem je grafit a diamant. V obou případech je to přirozený uhlík. Ale atomy jsou spojeny různými způsoby - a získáváme velmi měkké a nejtěžší přírodní materiály. Proč je domorodec? Protože je to také základ života. Mimochodem, kromě zmíněných forem jsou také fullereny a nanotuby a nedávno objevený grafen, za který vědci obdrželi Nobelovu cenu. V posledně uvedeném případě však stojí za to připomenout, že látka je dvourozměrná, což významně mění celou myšlenku tenkých vrstev látek. Rozptylová spektroskopie tedy o struktuře pevné látky, jejích minerálů. Například Ramanové linie (pokud jsou správně interpretovány) až do několika buněk jednotky určují strukturu krystalu. Ale analýza absorpčního okraje, nebo spíše jeho detailů: úhel sklonu, přítomnost anomálií ve formě odchylky od lineární formy, pomáhá najít stupeň harmonie této struktury, tj. Ukázat, které krystaly v kameni z měsíce jsou jasné nebo je látka téměř amorfní?

Podle těchto údajů odborníci vypočítají původ látky z kamene, stejně jako metamorfózu skal, které ji tvoří.

Digitální svět

Modernost je nemyslitelná bez digitální technologie. A co je nejdůležitější, není rychlost procesorů nebo počet gigabajtů paměti RAM, ale šifrování signálu. Samozřejmě je to důležité zejména pro ty oblasti, kde je třeba zachovat důvěrnost - v oblasti bankovnictví a osobní komunikace prostřednictvím internetu. Ale i jednoduché nahrávání na disk je šifrování. Koneckonců, laser nespaluje obrazy, nýbrž nuly. Lidé, kteří pracují v oblasti vytváření a zpracování fotografií, vědí, kolik obraz váží v původním formátu Raw. Pro nezasvěcení odhalte tajemství: hodně. Protože každý pixel má svůj vlastní odstín a světlo. Ale jpeg, tiff nebo dokonce bmp, které jsou nám známé, zabírají mnohem méně místa na paměťových médiích, zatímco viditelná kvalita je stejně dobrá.

Tak co je tajemství? Odpovědí jsou typy signálních spekter a možnosti jejich komprese. Fourier dokázal, že každý signál může být rozložen do řady funkcí s dostatečně vysokou přesností. Každý pixel běžných fotografických formátů tedy nezobrazuje přímo fixovanou barvu, ale spektrum signálu. Některé video formáty nepoužívají Fourierovou, ale waveletovou transformaci pro dekódování malých částí těch a nul do konkrétního obrazu. Ztráta velmi malého (méně než jednoho procenta) části obrázku může významně, někdy stokrát, snížit prostor obsazený na disku nebo flash karty.