Спектральный состав. Непрерывные и дискретные спектры

Как уже отмечалось, световое излучение зависит от энергетического уровня электронов, расположенных на максимальном удалении от атомного ядра. Приложенная энергия возбуждает электроны, переводя их на более высокий энергетический уровень, затем они перемещаются обратно на базовый уровень. Это колебание возвращает приложенную энергию в форме электромагнитного излучения. Мы воспринимает излучение с длиной волны от 400 до 700 нм как видимый свет.

Непрерывные и дискретные спектры.Светящиеся твердые и жидкие тела излучают видимый свет, состоящий из волн с разной длиной, т.е. все цвета. Тесное взаимодействие между атомами возбуждает почти все возможные уровни энергии. Относительная доля или распределение длины испускаемых волн зависит, от температуры светящегося тела, свет может иметь цвет от красноватого до голубоватого. Цвет же свечения газа зависит от его атомной структуры и электронной конфигурации. В 1669 г. Ньютон установил, что белый свет представляет собой аккумуляцию электромагнитного излучения с длиной вол от 400 до 700 нм. При прохождении света через треугольную стеклянную призму, он распадается на полосы, выглядящие, как радуга — спектр.

Когда фотоны света проникают в стекло, они вызывают колебания молекул стекла. Это колебание отклоняет луч света от прямолинейного движения. Коротковолновые фотоны возбуждают колебания с более высокими частотами, чем излучение с большей длиной волны, и, таким образом, отклоняются больше. Видимый белый свет, таким образом, является сочетанием различных длин волны от 400 до 700 нм.

Когда глаза достигает волны с одинаковой длиной, мы видим цвет. Комбинация всех длин волны воздействует на три типа светочувствительных рецепторов глаза, что дает восприятие того, что мы называем «белым». Светящиеся твердые тела и жидкости (т.е. те тела, которые находятся в жидком состоянии при температуре свечения) испускают излучение со всеми длинами волн, из которых глаз воспринимает видимую часть. Газы с высокой степенью сжатия действуют схожим образом.

Прохождение света от теплового излучателя через призму дает непрерывный спектр. Цвета: фиолетовый, синий, зеленый, желтый, оранжевый, красный и темно-красный смешиваются между собой без разрывов в диапазоне длин волны. В фотографии излучение, не видимое глазом — излучение с большими длинами волны (выше 750 нм — инфракрасное) и с меньшими (ниже 400 нм — ультрафиолетовое) — имеют почти такое же значение, как и видимая часть спектра. Люминесцентные лампы вырабатывают свет совершенно другим образом, без нагревания. Здесь электрическая энергия сначала превращается в кинетическую. Быстро движущиеся частицы, обладающие электрическим зарядом — ионы газа и электроны, вырабатывают кванты энергии при столкновении. При этом кинетическая энергия преобразуется в электромагнитное излучение.

В знакомых нам люминесцентных лампах фотоны невидимого коротковолнового излучения ударяются о люминесцирующий порошок, которым покрыта внутренняя поверхность колбы. Кванты фотонов возбуждают атомы этого покрытия, заставляя их испускать видимое свечение с большей длиной волны. Определенные газы, такие как неон, гелий или водород сами излучают свет в разрядной трубке. Если пропустить свет, выработанный газоразрядной лампой, через призму, то получившийся спектр уже не будет непрерывным, а будет состоять из ряда спектральных линий, это — дискретный спектр. Причиной разницы между излучением с непрерывным и дискретным спектрами является то, что в твердых и жидких телах атомная структура более плотная, чем в газе, поэтому фотонное излучение атомов пересекается. Твердые и жидкие тепловые излучатели также вырабатывают спектральные линии, но они находятся так близко друг к другу, что пересекаются и поэтому кажутся непрерывными.