ניתוח ספקטרלי. היסטוריה ומהות הגילוי המדעי

גילויים מדעיים חשובים ביותר
ספרייה חינם / מדריך / התגליות המדעיות החשובות ביותר

ניתוח ספקטרלי. היסטוריה ומהות הגילוי המדעי

התגליות המדעיות החשובות ביותר

כאשר קרן שמש עוברת דרך פריזמה, ספקטרום מופיע על המסך מאחוריה. כבר מאתיים שנה התרגלנו לתופעה הזו. אם לא מסתכלים היטב, נראה שאין גבולות חדים בין חלקי הספקטרום: אדום הופך ללא הרף לכתום, כתום לצהוב וכו'.

ביתר זהירות מאחרים ב-1802, בחן הרופא והכימאי האנגלי ויליאם הייד וולסטון (1766–1828) את הספקטרום. וולסטון גילה כמה קווים כהים חדים שללא סדר גלוי, חתכו את ספקטרום השמש במקומות שונים. המדען לא ייחס חשיבות רבה לשורות אלו. הוא האמין שהמראה שלהם נגרם או ממאפייני הפריזמה, או ממאפייני מקור האור, או מסיבות משניות אחרות. הקווים עצמם עניינו אותו רק בגלל שהם הפרידו את הרצועות הצבעוניות של הספקטרום זו מזו. מאוחר יותר, הקווים האפלים הללו נקראו קווי פראונהופר, המנציחים את שמו של החוקר האמיתי שלהם.

יוסף פראונהופר (1787-1826) בגיל 11, לאחר מות הוריו, הלך ללמוד אצל אמן שחיקה. עקב העבודה, נותר מעט זמן ללימודים. עד גיל 14 יוסף לא ידע לקרוא ולא לכתוב. אבל לא היה אושר, אבל חוסר המזל עזר. יום אחד קרס ביתו של הבעלים. כשיוסף הורחק מההריסות, הנסיך הכתר נסע במקום. הוא ריחם על הצעיר ומסר לו סכום כסף נכבד. לצעיר היה מספיק כסף לקנות לעצמו מכונת שחיקה ולהתחיל ללמוד.

פראונהופר בעיירת המחוז בנדיקטביירן למדה לטחון משקפיים אופטיות.

בהקדמתו ליצירותיו האסופות של פראונהופר, סיכם א' לומל את תרומתו לאופטיקה המעשית באופן הבא. "בזכות הכנסת השיטות, המנגנונים ומכשירי המדידה החדשים והמשופרים שלו לסיבוב והברקת עדשות... הוא הצליח להשיג דגימות גדולות מספיק של זכוכית צור וזכוכית כתר ללא כל ורידים. חשיבות מיוחדת הייתה לשיטה שמצא עבור קביעה מדויקת של צורת העדשות, ששינתה לחלוטין את כיוון התפתחות האופטיקה המעשית והביאה את הטלסקופ האכרומטי לשלמות כזו, שאפילו לא ניתן היה לחלום עליה קודם לכן.

כדי לבצע מדידות מדויקות של פיזור האור במנסרות, השתמש פראונהופר בנר או מנורה כמקור אור. במקביל, הוא גילה קו צהוב בוהק בספקטרום, הידוע כיום כקו הצהוב של נתרן. עד מהרה התברר שהקו הזה נמצא תמיד באותו מקום בספקטרום, כך שמאוד נוח להשתמש בו למדידות מדויקות של מדדי השבירה. לאחר מכן, אומר פראונהופר ביצירתו הראשונה משנת 1815: "... החלטתי לברר אם אפשר לראות קו זוהר כזה בספקטרום השמש. ובעזרת טלסקופ לא מצאתי קו אחד, אלא מספר גדול מאוד של קווים אנכיים, חדים וחלשים, אשר, עם זאת, התבררו כהים יותר משאר הספקטרום, וחלקם נראו שחורים כמעט לחלוטין."

בסך הכל הוא ספר אותם שם 574. פראונהופר נתן שמות וציין את מיקומם המדויק בספקטרום. נמצא כי המיקום של הקווים הכהים היה ללא שינוי, במיוחד, קו כפול חד הופיע תמיד באותו מקום בחלק הצהוב של הספקטרום. פראונהופר כינה אותו קו O. המדען גם גילה שבספקטרום הלהבה של מנורת אלכוהול באותו מקום כמו הקו הכהה O בספקטרום השמש, יש תמיד קו צהוב כפול בהיר. רק שנים רבות לאחר מכן התבררה המשמעות של גילוי זה.

בהמשך למחקריו על קווים כהים בספקטרום השמש, פראונהופר הבין את העיקר: הסיבה שלהם היא לא באשליה אופטית, אלא בטבעו של אור השמש. כתוצאה מתצפיות נוספות, הוא מצא קווים דומים בספקטרום של נוגה וסיריוס.

תגלית אחת של פראונהופר, כפי שהתברר מאוחר יותר, התבררה כחשובה במיוחד. אנחנו מדברים על תצפית על קו D כפול. בשנת 1814, כאשר המדען פרסם את מחקרו, תצפית זו לא זכתה לתשומת לב רבה. עם זאת, 43 שנים מאוחר יותר, ויליאם סוואן (1828–1914) מצא שקו ה-O הכפול הצהוב בספקטרום של להבת מנורת רוח מופיע בנוכחות מתכת נתרן. אבוי, כמו רבים לפניו, ברבור לא הבין את המשמעות של עובדה זו. הוא מעולם לא אמר את המילים הנחרצות: "הקו הזה שייך למתכת הנתרן".

בשנת 1859 הגיעו שני מדענים לרעיון הפשוט והחשוב הזה: גוסטב רוברט קירכהוף (1824–1887) ורוברט וילהלם בונסן (1811–1899). במעבדת אוניברסיטת היידלברג הקימו את הניסוי הבא. לפניהם, או שרק קרן שמש הועברה דרך פריזמה, או רק אור ממנורת רוח. מדענים החליטו לדלג עליהם במקביל. כתוצאה מכך, הם גילו תופעה, אשר ל.י. פונומארב: "אם רק קרן השמש נפלה על המנסרה, אז בקנה מידה של הספקטרוסקופ ראו את הספקטרום של השמש עם קו כהה O במקומו הרגיל. הקו הכהה עדיין נשאר במקומו גם כשהחוקרים הציבו רוח בוערת מנורה בנתיב האלומה.אבל כשהציבו מסך בנתיב של קרן שמש והאירו את המנסרה רק באור של מנורת אלכוהול, הופיע בבירור קו נתרן צהוב בוהק O במקום הקו הכהה O. Kirchhoff ובונסן הסיר את המסך - הקו O שוב נעשה חשוך.

אחר כך החליפו את קרן השמש באור מגוף לוהט - התוצאה תמיד הייתה זהה: הופיעה כהה במקום קו צהוב בוהק. כלומר, להבת מנורת הרוח קלטה תמיד את הקרניים שהיא עצמה פלטה.

כדי להבין מדוע האירוע הזה הלהיב את שני הפרופסורים, הבה נעקוב אחר הנימוקים שלהם. קו ה-O הצהוב הבוהק בספקטרום של להבת מנורת הרוח מופיע בנוכחות נתרן. בספקטרום השמש, קו כהה של טבע לא ידוע נמצא באותו מקום.

הספקטרום של האלומה מכל גוף חם הוא רציף, ואין בו קווים כהים. עם זאת, אם אלומה כזו מועברת דרך להבת מנורת אלכוהול, אז הספקטרום שלה אינו שונה מהספקטרום של השמש - יש לה גם קו כהה באותו מקום. אבל אנחנו כבר כמעט יודעים את טיבו של הקו האפל הזה, בכל מקרה, אנחנו יכולים לנחש שהוא שייך לנתרן.

לכן, בהתאם לתנאי התצפית, קו הנתרן O יכול להיות צהוב בהיר או כהה על רקע צהוב. אבל בשני המקרים, נוכחות הקו הזה (לא משנה איזה מהם - צהוב או כהה!) פירושה שיש נתרן בלהבת מנורת הרוח.

ומכיוון שקו כזה בספקטרום הלהבה של מנורת אלכוהול באור משודר חופף לקו הכהה O בספקטרום השמש, זה אומר שיש נתרן על השמש. יתר על כן, הוא ממוקם בענן החיצוני הגזי, המואר מבפנים על ידי הליבה החמה של השמש.

הערה קצרה בת שני עמודים, שנכתבה על ידי קירכהוף ב-1859, הכילה ארבע תגליות בבת אחת:

- לכל אלמנט יש ספקטרום קווים משלו, כלומר קבוצה מוגדרת בקפדנות של קווים;

- קווים כאלה יכולים לשמש כדי לנתח את הרכב החומרים לא רק על כדור הארץ, אלא גם על כוכבים;

- השמש מורכבת מליבה חמה ומאטמוספירה קרה יחסית של גזים חמים;

השמש מכילה את היסוד נתרן.

שלוש ההצעות הראשונות אושרו במהרה, במיוחד ההשערה לגבי מבנה השמש. המשלחת של האקדמיה הצרפתית למדעים ב-1868, בראשות האסטרונום יאנסן, ביקרה בהודו. היא גילתה שבמהלך ליקוי חמה מוחלט, ברגע שבו הליבה החמה שלו מכוסה בצל הירח ורק הקורונה זורחת, כל הקווים הכהים בספקטרום השמש מהבהבים באור בהיר.

קירגהוף ובונסן לא רק אישרו בצורה מבריקה את העמדה השנייה, אלא גם השתמשו בה כדי לגלות שני יסודות חדשים: רובידיום וצסיום.

כך נולד ניתוח ספקטרלי, בעזרתו ניתן כיום לגלות את ההרכב הכימי של גלקסיות רחוקות, למדוד את הטמפרטורה ומהירות הסיבוב של כוכבים ועוד ועוד.

מאוחר יותר, מתח חשמלי שימש לרוב כדי להביא אלמנטים למצב נרגש. בהשפעת המתח, האלמנטים פולטים אור המאופיין באורכי גל מסוימים, כלומר בעלי צבע מסוים. אור זה מפוצל במנגנון ספקטרלי (ספקטרוסקופ), שחלקו העיקרי הוא פריזמת זכוכית או קוורץ. במקרה זה, נוצרת רצועה המורכבת מקווים נפרדים, שכל אחד מהם מאפיין אלמנט מסוים.

כך למשל, היה ידוע בעבר שהמינרל kleveite, בחימום, משחרר גז הדומה לחנקן. גז זה, כאשר נחקר בספקטרוסקופ, התברר כגז אצילי חדש, שעדיין לא ידוע. כאשר הוא נרגש חשמלית, הוא פלט קווים שהתגלו בעבר בעת ניתוח קרני השמש עם ספקטרוסקופ. זה היה מקרה מוזר כאשר יסוד שהתגלה בעבר על השמש התגלה על ידי רמזי גם על כדור הארץ. הוא קיבל את השם הליום, מהמילה היוונית "הליוס" - השמש.

כיום ידועים שני סוגים של ספקטרום: רציף (או תרמי) וקווי.

כפי שכותב פונומארב, "הספקטרום התרמי מכיל את כל אורכי הגל, הוא נפלט כאשר מוצקים מחוממים ואינו תלוי בטבעם.

ספקטרום הקווים מורכב מקבוצה של קווים חדים בודדים, מתרחש כאשר גזים ואדים מתחממים (כאשר אינטראקציות בין אטומים קטנות), ומה שחשוב במיוחד - מערכת קווים זו ייחודית לכל יסוד. יתרה מכך, ספקטרום הקו של יסודות אינו תלוי בסוג התרכובות הכימיות המורכבות מיסודות אלה. לכן, יש לחפש את הסיבה שלהם בתכונות של אטומים.

העובדה שהיסודות נקבעים באופן ייחודי ומוחלט על ידי סוג ספקטרום הקו הוכרה עד מהרה על ידי כולם, אך העובדה שאותו ספקטרום מאפיין אטום בודד לא התממשה מיד, אלא רק בשנת 1874, הודות לעבודותיהם של האסטרופיזיקאי האנגלי המפורסם נורמן לוקייר (1836-1920). וכשהבינו, הם הגיעו מיד למסקנה הבלתי נמנעת: מכיוון שספקטרום הקו נוצר בתוך אטום בודד, אז לאטום חייב להיות מבנה, כלומר יש לו חלקים מרכיבים!

מחבר: סאמין ד.ק.

אנו ממליצים על מאמרים מעניינים סעיף התגליות המדעיות החשובות ביותר:

▪ חוק שימור האנרגיה

▪ המשפט האחרון של פרמה

▪ סיווג צמחים

ראה מאמרים אחרים סעיף התגליות המדעיות החשובות ביותר.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

קיומו של כלל אנטרופיה להסתבכות קוונטית הוכח 09.05.2024

מכניקת הקוונטים ממשיכה להדהים אותנו עם התופעות המסתוריות והתגליות הבלתי צפויות שלה. לאחרונה הציגו ברטוס רגולה ממרכז RIKEN למחשוב קוונטי ולודוביקו לאמי מאוניברסיטת אמסטרדם תגלית חדשה הנוגעת להסתבכות קוונטית והקשר שלה לאנטרופיה. להסתבכות קוונטית יש תפקיד חשוב במדע ובטכנולוגיה של מידע קוונטי מודרני. עם זאת, מורכבות המבנה שלו הופכת את ההבנה והניהול שלו למאתגרים. התגלית של רגולוס ולמי מראה שההסתבכות הקוונטית פועלת לפי כלל אנטרופיה דומה לזה של מערכות קלאסיות. תגלית זו פותחת נקודות מבט חדשות בתחום מדע וטכנולוגיה של מידע קוונטי, ומעמיקה את הבנתנו את ההסתבכות הקוונטית והקשר שלה לתרמודינמיקה. תוצאות המחקר מצביעות על אפשרות הפיכה של טרנספורמציות של הסתבכות, מה שיכול לפשט מאוד את השימוש בהן בטכנולוגיות קוונטיות שונות. פתיחת כלל חדש ... >>

מזגן מיני Sony Reon Pocket 5 09.05.2024

הקיץ הוא זמן להירגעות ולנסיעות, אבל לעתים קרובות החום יכול להפוך את הזמן הזה לייסורים בלתי נסבלים. הכירו מוצר חדש מבית סוני - מזגן המיני Reon Pocket 5, המבטיח להפוך את הקיץ לנוח יותר עבור המשתמשים בו. סוני הציגה מכשיר ייחודי - המיני-מרכך Reon Pocket 5, המספק קירור הגוף בימים חמים. בעזרתו, המשתמשים יכולים ליהנות מקרירות בכל זמן ובכל מקום פשוט על ידי לענוד אותו על צווארם. מזגן מיני זה מצויד בהתאמה אוטומטית של מצבי פעולה, כמו גם בחיישני טמפרטורה ולחות. הודות לטכנולוגיות חדשניות, Reon Pocket 5 מתאים את פעולתו בהתאם לפעילות המשתמש ולתנאי הסביבה. משתמשים יכולים להתאים בקלות את הטמפרטורה באמצעות אפליקציה ייעודית לנייד המחוברת באמצעות Bluetooth. בנוסף, זמינים לנוחות חולצות טי ומכנסיים קצרים בעיצוב מיוחד, אליהם ניתן לחבר מזגן מיני. המכשיר יכול הו ... >>

אנרגיה מהחלל עבור ספינת הכוכבים 08.05.2024

ייצור אנרגיה סולארית בחלל הופך לאפשרי יותר עם כניסתן של טכנולוגיות חדשות ופיתוח תוכניות חלל. ראש הסטארט-אפ Virtus Solis שיתף את החזון שלו להשתמש בספינת הכוכבים של SpaceX כדי ליצור תחנות כוח מסלוליות המסוגלות להניע את כדור הארץ. הסטארט-אפ Virtus Solis חשף פרויקט שאפתני ליצירת תחנות כוח מסלוליות באמצעות ספינת הכוכבים של SpaceX. רעיון זה עשוי לשנות באופן משמעותי את תחום הפקת האנרגיה הסולארית, ולהפוך אותו לנגיש וזול יותר. ליבת התוכנית של הסטארט-אפ היא להפחית את עלות שיגור לוויינים לחלל באמצעות Starship. פריצת דרך טכנולוגית זו צפויה להפוך את ייצור אנרגיה סולארית בחלל לתחרותי יותר עם מקורות אנרגיה מסורתיים. Virtual Solis מתכננת לבנות פאנלים פוטו-וולטאיים גדולים במסלול, באמצעות Starship כדי לספק את הציוד הדרוש. עם זאת, אחד האתגרים המרכזיים ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

מה מצב הרוח של האינטרנט 06.11.2009

קבוצה של מתמטיקאים ופסיכולוגים מאוניברסיטת ורמונט (ארה"ב) חקרה כמעט 2,5 מיליון בלוגים באנגלית באינטרנט, וחיפשה מילים טעונות רגשית כדי להבין איזה מצב רוח - אופטימי או פסימי - שורר ברשת העולמית. ציונים מותנים הוקצו למילים שונות, מ-1 (מצב רוח רע) ועד 9 (אופוריה מלאה).

התברר שמאז 2005, ציון מצב הרוח הכולל של האינטרנט, המחושב כך, צמח בכ-4%. בנוסף, נמצאו תנודות של אינדיקטור זה לאורך כל השנה: בחג המולד וביום האהבה, מצב הרוח של משתמשי האינטרנט עולה. 4 בנובמבר 2008, כאשר ברק אובמה נבחר לנשיא בארצות הברית, בסימן עלייה במצב הרוח, ומותו של מייקל ג'קסון גרם למיתון למשך שלושה ימים.

לפי גיל, משתמשי האינטרנט המאושרים ביותר נמצאים בקבוצת גילאי 45-60, והקודרים ביותר הם בני נוער. בלוגים של נשים וגברים אינם נבדלים ברמת האופטימיות שלהם, אך נשים נוטות להתבטא בצורה רגשית יותר.

עוד חדשות מעניינות:

▪ קונים פחות ופחות מחשבים ניידים

▪ מיקרו-בקר Toshiba TMPM46BF10FG

▪ HP DVD MOVIE WRITER DC3000 ממיר הקלטות VHS לפורמט DVD

▪ תמונות עוזרות להאמין בשקרים

▪ תולעי אדמה יכולות להחליף דשנים סינתטיים

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ נוריות של סעיף האתר. בחירת מאמרים

▪ מאמר מאת פרנסואה-מארי ארואה (וולטר). פרשיות מפורסמות

▪ מאמר המתנות של איזו דמות מיתית מתואמים לשינויים במדד המניות של S&P 500? תשובה מפורטת

▪ כתבה מפעיל של פלטפורמה אווירית ופלטפורמה אווירית. הוראה סטנדרטית בנושא הגנת העבודה

▪ מאמר מלט עם סיד קאוסטי. מתכונים וטיפים פשוטים

▪ מאמר תחנת רדיו VHF FM. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

השאר את תגובתך למאמר זה:

כל השפות של דף זה

בית | הספרייה | מאמרים | <font><font>מפת אתר</font></font> | ביקורות על האתר