Большая советсткая энциклопедия Спектры оптические

Спектры оптические

Спектры оптические, спектры электромагнитного излучения в инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом диапазонах шкалы электромагнитных волн. С. о. разделяют на спектры испускания (называемые также спектрами излучения, или эмиссионными спектрами), спектры поглощения, рассеяния и отражения. С. о. испускания получаются от источников света разложением их излучения по длинам волн l спектральными приборами и характеризуются функцией f(l), дающей распределение энергии испускаемого света в зависимости от l. С. о. поглощения (абсорбции), рассеяния и отражения обычно получаются при прохождении света через вещество с последующим его разложением по l. Эти типы С. о. характеризуются долей энергии света каждой длины волны соответственно поглощённой [k(l)], рассеянной [a(l)] и отражённой [R(l)]. При рассеянии монохроматического света длины волны l_о спектр комбинационного рассеяния света характеризуется распределением энергии рассеянного света по измененным длинам волн l  ¹ l_о[f’(l)]. Т. о., любой спектр характеризуется некоторой функцией f(l), дающей распределение энергии (абсолютной или относительной) по длинам волн; при этом энергию рассчитывают на некоторый интервал l. От функции f(l) можно перейти к функции j(n), дающей распределение энергии по частотам n = с/ l (с — скорость света); тогда энергия рассчитывается на единицу интервала n.

  С. о. регистрируют с помощью фотографических и фотоэлектрических методов, применяют также счётчики фотонов для ультрафиолетовой области, термоэлементы и болометры в инфракрасной области и т. д. В видимой области С. о. можно наблюдать визуально.

  По виду С. о. разделяют на линейчатые, состоящие из отдельных спектральных линий, соответствующих дискретным значениям l, полосатые, состоящие из отдельных полос, каждая из которых охватывает некоторый интервал l, и сплошные (непрерывные), охватывающие большой диапазон l. Строго говоря, отдельная спектральная линия также не соответствует вполне определённому значению l, а всегда имеет конечную ширину, характеризуемую узким интервалом l (см. Ширина спектральных линий).

  С. о. возникают при квантовых переходах между уровнями энергии атомов, молекул, а также твёрдых и жидких тел. С. о. испускания соответствуют возможным квантовым переходам с верхних уровней энергии на нижние, спектры поглощения — с нижних уровней энергии на верхние.

  Вид С. о. зависит от состояния вещества. Если при заданной температуре вещество находится в состоянии термодинамического равновесия с излучением (см. Тепловое излучение), оно испускает сплошной спектр, распределение энергии в котором по l (или n) даётся Планка законом излучения. Обычно термодинамическое равновесие вещества с излучением отсутствует и С. о. могут иметь самый различный вид. В частности, для спектров атомов характерны линейчатые спектры, возникающие при квантовых переходах между электронными уровнями энергии (см. Атомные спектры), для простейших молекул типичны полосатые спектры, возникающие при переходах между электронными, колебательными и вращательными уровнями энергии (см. Молекулярные спектры).

  Для С. о. различным диапазонам l и, следовательно, n соответствуют различные энергии фотонов hn = Е₁—Е₂ (где h — Планка постоянная, Е₁ и Е₂ — энергии уровней, между которыми происходит переход). В табл. приведены для 3 диапазонов электромагнитных волн примерные интервалы длин волн l, частот n, волновых чисел n/c, энергий фотонов hn, а также температур Т, характеризующих энергию фотонов согласно соотношению kT = hn (k — Больцмана постоянная).

  С. о. широко применяются для исследования строения и состава вещества (см. Спектроскопия, Спектральный анализ).

  Лит.: Ландсберг Г. С., Оптика, 4 изд., М., 1957. (Общий курс физики, ч. 3); Фриш С. Э., Оптические спектры атомов, М. — Л., 1963.

  М. А. Ельяшевич.