Типови спектара у физици

У чланку се говори о дефиницији и типовима спектра, покрива подручја примјене спектроскопије, а описује се и истраживање непознате чврсте супстанце и типова спектара који се за то користе.

Шта је спектар?

Генерално, у овом облику, ово питање охрабрује читаоца да се присети лекција физике и бесконачних формула. Међутим, овај концепт покрива много већу разноликост и надилази школски програм. Дакле, спектар је расподјела вриједности одређене количине (понекад концепт). Количина, наравно, често подразумева специфичну масу, енергију, таласна дужина. Али постоје потпуно различите дистрибуције. На пример, жена може да кува два јела - то је њен кулинарски спектар. Или човјек може пити каву, компот, чај, али не прихвата алкохол, што значи да је његова понуда пића ограничена. То јест, потпуно су неповезани врсте науке спецтра. Физика у горе наведеним примјерима не игра никакву улогу.

Електромагнетна скала

Међутим, најчешће људи чују тај концепт када је реч о науци (посебно о електромагнетној скали). Одакле долазе електромагнетни таласи? Сам механизам њихове појаве је још увек мистерија. Генерално, подручје није честица, али поља су врло мистериозна. Међутим, познато је да се електромагнетска поља (а тиме и таласи) јављају у присуству набоја који се креће у простору. А зависно од тога шта је то и како се креће, различите врсте зрачења појављују се на електромагнетској скали. Спектар се у овом случају разматра у зависности од таласне дужине. Подсјетимо се да се овај термин односи на минималну удаљеност између идентичних фаза сусједних пертурбација (ако је једноставнија, између максимума или минимума који слиједе један иза другог). Највеће таласне дужине имају радио таласе, најмањи - гама зрачење. Оно што види људско око је само мали део целог опсега и налази се ближе почетку скале. Због тога се типови спектара разликују првенствено по таласној дужини или фреквенцији.

Спектроскопија

Когнитивни дио овог чланка описао је неке основне појмове. Међутим, најважнија у свакој студији је њена релевантност.

Другим речима - обим. За овај део воде све врсте спектара. Користе се свуда: од форензичке науке до стварања нових супстанци, од биологије до међузвезданог простора. Наука, која се фокусира на овај физички концепт, као што је читач вероватно већ разумио, назива се спектроскопија. Тренутно се типови спектара (спектрална анализа - респективно) разликују по неколико критеријума.

Типови спектара

Као што је поменуто, први критеријум је таласна дужина. Подсетимо се да је фреквенција таласа обрнуто пропорционална дужини - ови концепти су континуирано повезани. У складу са областима на електромагнетној скали, постоје радио, ултраљубичасти, видљиви, инфрацрвени, рендгенски спектри. Други критеријум је геометрија експеримента. Уклањање за рефлексију и спектар преноса може бити фундаментално другачије.

Анализа разлике може много рећи о супстанци која се проучава. Тако су, на пример, направљени закључци о саставу и густини прстенова Сатурна.

Линије и пруге

Шала о сферном коњу у вакууму је само пола шале. Педесет посто, ако не и већина, физичких концепата у природи не постоје у њиховом чистом облику. Према томе, условљен је следећи критеријум који раздваја типове спектара. Један идеалан атом (или молекул) материје у апсолутном вакууму ће дати расподелу електромагнетних сигнала, који се састоје од танких линија. Ови услови су непрактични, али се ипак веома уски опсези са неразлучивим унутар појединачних компоненти сматрају линијским спектром. По правилу, то је скуп колона различитих висина (то значи интензитет) на одговарајућим таласним дужинама. Међутим, постоје и други типови спектара, који се зову бандед: свака линија има широке, замагљене ивице.

Блуе ски

Питање зашто је небо плаво, сваки фидгет тражи четири године. Одговор је истовремено једноставан и сложен: има такву боју, јер микровибрације (назване флуктуације) Земљине атмосфере из читавог соларног спектра расипају само одговарајући таласни опсег. Све остало је апсорбовано (у већој мјери) или рефлектовано.

Ово је још један критеријум. То јест, постоје спектри апсорпције, емисије и расипања. Свако истраживање даје своје резултате. Али основне информације о супстанци носе различите врсте емисионих спектара. Они дају недвосмислен одговор шта и у којој количини је присутна у испитиваној супстанци. Два друга типа ће показати комплексност структуре и начине интеракције појединих делова.

Моонстоне

За шта и који спектар је одговоран, показат ћемо на примјеру калдрме донесене са Мјесеца. Ако се различитим манипулацијама направи сјај камена, резултирајући спектар ће недвосмислено показати који су то хемијски елементи Мендељејевог система. Други поступци су у стању да из истог спектра издвоје концентрацију детектованих елемената. Међутим, чврсто тело и његова својства одређују се не само оним што се састоји, већ и како се ти одвојени елементи налазе један у односу на други. Класичан пример је графит и дијамант. У оба случаја, то је природни угљеник. Али атоми су повезани на различите начине - и добијамо врло мекане и најтеже природне материјале. Зашто поријеклом? Зато што је то и основа живота. Иначе, поред поменутих форми постоје и фулерени и наноцијеви, а недавно откривени графен, за који су научници добили Нобелову награду. Међутим, у потоњем случају вриједи напоменути да је супстанца дводимензионална, што значајно мијења цијелу идеју о танким слојевима твари. Тако ће спектроскопија расипања рећи о структури чврсте супстанце, њених минерала. На пример, раманске линије (ако се правилно интерпретирају) до неколико јединичних ћелија одређују структуру кристала. Али анализа рубова апсорпције, односно њених детаља: кут нагиба, присуство аномалија у облику одступања од линеарног облика, помаже да се пронађе степен хармоније ове структуре, тј. Да се ​​покаже који су кристали у камену са Месеца јасни или је супстанца скоро аморфна?

Према овим подацима, стручњаци израчунавају порекло супстанце камена, као и метаморфозу стена које га чине.

Дигитални свет

Модерност је незамислива без дигиталне технологије. И што је најважније, не брзина процесора или број гигабајта РАМ-а, већ енкрипција сигнала. Наравно, ово је посебно важно за она подручја у којима је потребна повјерљивост - у банкарству, особној комуникацији путем интернета. Али чак и једноставно снимање филмова на диск је енкрипција. На крају крајева, ласер не гори слике, већ нуле и оне. Људи који раде на пољу креирања и обраде фотографија знају колико слика "тежи" у оригиналном Рав формату. За непознате, откријте тајну: много. Зато што сваки пиксел има сопствену нијансу и светлост. Али јпег, тифф или бмп, који су нам познати, заузимају много мање простора на медијима за похрану, док је видљиви квалитет једнако добар.

Шта је онда тајна? Одговор је врста спектра сигнала и опције за компресију. Фурије је доказао да се било који сигнал може разложити на више функција са довољно високом тачношћу. Дакле, сваки пиксел уобичајених формата фотографија не приказује директно фиксирану боју, већ спектар сигнала. Неки видео формати не користе Фуријеову, већ таласну трансформацију за декодирање малих делова оних и нула у одређену слику. Дакле, губљење веома малог (мање од једног процента) дијела слике може значајно, понекад и стотину пута, смањити количину простора на диску или картици.