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光譜的發(fā)展歷程

點(diǎn)擊次數(shù)：5731 更新時(shí)間2018-07-27 【關(guān)閉】

　　人類觀察到的光譜現(xiàn)象，一是彩虹，另一個(gè)是極光。對(duì)可見(jiàn)光譜所作的科學(xué)研究是1666年牛頓的色散實(shí)驗(yàn)，這是人類早對(duì)光譜的研究。牛頓的色散實(shí)驗(yàn)看到的是一條彩色光帶，并未觀察到光譜譜線。直到136年之后(1802年)，英國(guó)科學(xué)家沃拉斯頓(1766～1828)才采用了窄的狹縫發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光譜中的7條暗線，但并未深入研究，錯(cuò)誤認(rèn)為是顏色的分界線。

　　1、夫瑯和費(fèi)譜線的發(fā)現(xiàn)

　　德國(guó)物理學(xué)家夫瑯和費(fèi)(1787～1826)，也采用了狹縫，在研究玻璃對(duì)各種顏色光發(fā)折射率時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了燈光光譜中的橙色雙線；1814年，發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)光譜中的許多暗線；1822年，夫瑯和費(fèi)用鉆石刻刀在玻璃上刻劃細(xì)線的方法制成了衍射光柵。

　　夫瑯和費(fèi)是位用衍射光柵測(cè)量波長(zhǎng)的科學(xué)家，被譽(yù)為光譜學(xué)的創(chuàng)始人。夫瑯和費(fèi)利用自己的狹縫和光柵得以編排太陽(yáng)光譜里576條狹窄的、暗的“夫瑯和費(fèi)線”。

　　夫瑯和費(fèi)線是光譜中早的基準(zhǔn)標(biāo)識(shí)，對(duì)這些暗線的解釋一直是其后45年中的一個(gè)重要問(wèn)題。后，海德堡大學(xué)的物理學(xué)教授基爾霍夫(1824～1887)給出了答案。他斷言：“夫瑯和費(fèi)線”與各種元素的原子發(fā)射譜線處于相同波長(zhǎng)的位置。這些黑線的產(chǎn)生是由于在太陽(yáng)外層的原子溫度較低，因而吸收了由較高溫度的太陽(yáng)核心發(fā)射的連續(xù)輻射中某些特定波長(zhǎng)造成的。這種吸收與發(fā)射之間的關(guān)系導(dǎo)致他創(chuàng)建了現(xiàn)在*的基爾霍夫定律。其間：赫歇爾發(fā)現(xiàn)了不連續(xù)的吸收光譜；布儒斯特觀察過(guò)氣體的吸收光譜，并與太陽(yáng)光譜作比較，證明太陽(yáng)大氣中含有亞硝酸氣，這是用光譜分析方法確定星體中的組成成分。

　　傅科在1849年對(duì)吸收光譜和發(fā)射光譜的關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)碳極間的電弧光光譜中橙黃色部分的明亮雙線與夫瑯和費(fèi)譜線中D1、D2位置恰好一致。

　　2、光譜分析方法的確定

　　實(shí)用光譜學(xué)是由基爾霍夫與本生(1811～1899)在19世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的，他們系統(tǒng)地研究了多種火焰光譜和火花光譜，并指出，每一種元素的光譜都是*的，并且只需極少里的樣品便可得到。這樣，他們就牢固地建立起光譜化學(xué)分析技術(shù)，并利用這種方法發(fā)現(xiàn)了兩種新元素：銣和銫。這兩種元素的發(fā)現(xiàn)是的，因?yàn)樗乳T(mén)捷列夫提出的能預(yù)言未知元素的周期律還早10年。這是通過(guò)光譜分析方法發(fā)現(xiàn)的一些元素中的批元素。同時(shí)人類應(yīng)用光譜技術(shù)共發(fā)現(xiàn)了18種元素。

　　他們研究了太陽(yáng)光，并且對(duì)環(huán)繞太陽(yáng)的大氣層作了化學(xué)分析，指出環(huán)繞太陽(yáng)的大氣也是由地球上已知的那些元素組成的。

　　1859年，本生和基爾霍夫還研制出了臺(tái)實(shí)用的光譜儀。

　　1868年，瑞典物理學(xué)家埃格斯特朗(1814～1874)發(fā)表了“標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光譜”圖表，記載了上千條夫瑯和費(fèi)譜線的波長(zhǎng)，為光譜學(xué)研究提供了有價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)。為紀(jì)念埃格斯特朗將波長(zhǎng)的單位定為埃。1882年，美國(guó)物理學(xué)家羅蘭(1848～1901)研制出平面光柵和凹面光柵，獲得了極其精密的太陽(yáng)光譜，譜線多達(dá)20000多條，新編制的“太陽(yáng)光譜波長(zhǎng)表”被作為標(biāo)準(zhǔn)，使用長(zhǎng)達(dá)30年之久。

　　3、光譜規(guī)律的探索

　　從19世紀(jì)中葉起，氫原子光譜一直是光譜學(xué)研究的重要課題之一。在試圖說(shuō)明氫原子光譜的過(guò)程中，所得到的各項(xiàng)成就對(duì)量子力學(xué)法則的建立起了很大促進(jìn)作用。這些法則不僅能夠應(yīng)用于氫原子，也能應(yīng)用于其他原子、分子和凝聚態(tài)物質(zhì)。氫原子光譜中強(qiáng)的一條譜線是1853年由瑞典物理學(xué)家埃斯特朗探測(cè)出來(lái)的。此后的20年，在星體的光譜中觀測(cè)到了更多的氫原子譜線。

　　1885年，從事天文測(cè)量的瑞士科學(xué)家巴耳末(1825～1898)找到一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)說(shuō)明已知的氫原子譜線的位置，此后便把這一組線稱為巴耳末系。n=3，4，5，……B=364.57nm

　　繼巴耳末的成就之后，1889年，瑞典光譜學(xué)家里德伯(1854～1919)發(fā)現(xiàn)了許多元素的線狀光譜系。

　　盡管氫原子光譜線的波長(zhǎng)的表示式十分簡(jiǎn)單，不過(guò)當(dāng)時(shí)對(duì)其起因卻茫然不知。一直到1913年，玻爾才對(duì)它作出了明確的解釋。但玻爾理論并不能解釋所觀測(cè)到的原子光譜的各種特征，即使對(duì)于氫原子光譜的(強(qiáng)度、寬度、偏振等)進(jìn)一步的解釋也遇到了困難。能夠滿意地解釋光譜線的成因的是20世紀(jì)發(fā)展起來(lái)的量子力學(xué)?，F(xiàn)在，光譜學(xué)的應(yīng)用極為廣泛而多樣化。他提供了長(zhǎng)度與時(shí)間的基本單位。同時(shí)廣泛應(yīng)用于分析工作、天文學(xué)以及衛(wèi)星等各個(gè)領(lǐng)域。

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