Tổng hợp lý thuyết quang phổ là gì? các loại tia nào phổ biến vật lý lớp 12

LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢI

1. Các loại quang phổ.

Máy quang phổ lăng kính.

– Máy quang phổ là dụng cụ dùng để phân tích chùm sáng có nhiều thành phần ra thành những thành phần đơn sắc khác nhau. Nói cách khác máy quang phổ dùng để nhận biết cấu tạo của một chùm sáng phức tạp.

– Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.

– Ba bộ phận:

+) Ống Chuẩn Trực: Tạo chùm tới song song: gồm một cái ống, một đầu là một thấu kính hội tụ ${{L}_{1}}$, đầu kia có một khe hẹp F đặt ở tiêu điểm chính của ${{L}_{1}}$. Ánh sáng đi từ F sau khi qua ${{L}_{1}}$ sẽ là một chùm sáng song song.

+) Hệ Tán Sắc: Chùm tia song song ra khỏi ống chuẩn trực, sau khi qua hệ tán sắc (gồm một vài lăng kính P), sẽ bị tách thành các tia đơn sắc thành phần, các tia cùng màu song song với nhau.

+) Buồng tối: Hội tụ chùm song song cho quang phổ sắc nét trên màn M. Gồm một đầu là thấu kính hội tụ ${{L}_{2}}$, đầu kia có 1 tấm phim, mỗi chùm cho ta một ảnh thật đơn sắc của khe F, mỗi ảnh ứng với một bước sóng xác định, gọi là một vạch quang phổ.

Các loại quang phổ

	Quang phổ liên tục	Quang phổ vạch phát xạ	Quang phổ vạch hấp thụ
Định nghĩa	Là một dải sáng có màu biến đổi liên tục từ đỏ đến tím.	Là hệ thống những vạch màu riêng rẽ nằm trên một nền tối.	Là hệ thống những vạch tối nằm riêng rẽ trên một nền quang phổ liên tục.
Nguồn phát	Do các vật rắn, lỏng hoặc những khối khí có tỉ khối lớn bị nung nóng phát ra.	Do khối khí hay hơi ở áp suất thấp khi bị kích thích phát sáng bằng cách đốt nóng hoặc bằng tia lửa điện.	Tạo ra bằng cách trên đường đi của chùm ánh sáng trắng chiếu vào khe của máy quang phổ, đặt một đèn hơi của nguyên tố hóa học được kích thích phát sáng. +) Điều kiện để có quang phổ vạch hấp thụ là nhiệt độ của đám hơi hay khí phải thấp hơn nhiệt độ của nguồn phát ánh sáng trắng.
Đặc điểm	+) Không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của nguồn sáng. +) Chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng. Các chất khác nhau ở cùng một nhiệt độ thì hoàn toàn giống nhau về quang phổ liên tục. +) Nhiệt độ càng cao, miền quang phổ càng mở rộng về phía ánh sáng có bước sóng ngắn.	+) Mỗi nguyên tố hóa học có quang phổ vạch đặc trưng cho nguyên tố đó. +) Các nguyên tố khác nhau thì phát ra quang phổ khác nhau về: số lượng, vị trí, màu sắc và độ sáng tỉ đối của các vạch.	Những vạch tối nằm tại đúng vị trí các vạch màu trong quang phổ phát xạ của nguyên tố đó.
Ứng dụng	Dùng xác định nhiệt độ của nguồn sáng, đặc biệt là những nguồn sáng ở xa như Mặt trời, các ngôi sao.	Dùng để nhận biết sự có mặt của các nguyên tố hóa học có trong hỗn hợp chất khí.	Dùng để nhận biết sự có mặt của các nguyên tố hóa học có trong hỗn hợp chất khí.

Hiện tượng đảo sắc:

– Trong thí nghiệm tạo ra quang phổ vạch hấp thụ, nếu tắt nguồn phát ánh sáng trắng thì quang phổ liên tục biến mất, các vạch tối ban đầu trở thành các vạch màu phát xạ của đám hơi hay khí đó. Hiện tượng này gọi là hiện tượng đảo vạch quang phổ.

– Tại một nhiệt độ nhất định, một đám hơi hay khí có khả năng phát ra ánh sáng đơn sắc nào thì cũng có khả năng hấp thụ những ánh sáng đơn sắc đó.

2. Các loại tia.

	Tia hồng ngoại		Tia tử ngoại	Tia X (Rơnghen)
Bản chất	Cùng bản chất là sóng điện từ nhưng có bước sóng khác nhau.
Định nghĩa	Là những bức xạ điện từ không nhìn thấy, có bước sóng lớn hơn bước sóng ánh sáng màu đỏ và nhỏ hơn bước sóng vô tuyến.	Là những bức xạ điện từ không nhìn thấy, có bước sóng lớn hơn bước sóng tia tím và nhỏ hơn bước sóng tia hồng ngoại.		Là bức xạ điện từ không nhìn thấy, có bước sóng nhỏ hơn bước sóng tia tử ngoại
Bước sóng	Từ $0,{{76.10}^{-6}}$m đến ${{10}^{-3}}$m.	Từ ${{10}^{-9}}$m đến $0,{{38.10}^{-6}}$m.		Từ ${{10}^{-11}}$m đến ${{10}^{-8}}$m.
Nguồn phát	+) Các vật có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ môi trường đều phát ra tia hồng ngoại. +) Nhiệt độ càng cao, bước sóng càng ngắn, nên nguồn phát hồng ngoại có nhiệt độ không cao quá. +) Để quan sát được vật bằng tia hồng ngoại thì vật cần có nhiệt độ trên nhiệt độ môi trường. Người ($37{}^\circ $) nên phát hồng ngoại mạnh (trên 9 $\mu m$).	+) Vật bị nung nóng đến nhiệt độ trên $2000{}^\circ $C. +) Mặt trời, hồ quang điện, đèn cao áp thủy ngân là những nguồn phát tia tử ngoại khá mạnh.		+) Ống tia X, ống Cu-lit-giơ, phản ứng hạt nhân. +) Cơ chế phát sinh: các electron trong tia catốt tăng tốc trong điện trường mạnh (động năng rất lớn). Khi electron đập vào đối âm cực, chúng xuyên sâu vào những lớp bên trong của vỏ nguyên tử tương tác với hạt nhân và các electron ở gần hạt nhân $\Rightarrow $ phát ra tia Rơghen.
Tính chất	Có bản chất là sóng điện từ nên đều có thể truyền thẳng, phản xạ, khúc xạ, giao thoa, nhiễu xạ,…

+) Tác dụng nhiệt nổi bật.

+) Tác dụng lên kính ảnh hồng ngoại; bị hơi nước, khí CO₂ hấp thụ mạnh.

+) Khả năng đâm xuyên yếu, nhưng truyền qua được thủy tinh, nước.

+) Có thể biến điệu như sóng điện từ cao tần.

+) Bị nước, thủy tinh hấp thụ mạnh.

+) Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh, làm một số chất hóa học phát quang.

+) Làm ion hóa không khí, gây ra phản ứng quang hóa, quang hợp.

+) Một số tác dụng sinh học khác.

+ Có khả năng đâm xuyên mạnh.

+) Tác dụng rất mạnh lên kính ảnh (làm đen kính ảnh).

+) Phát quang một số chất hóa học.

+) Ion hóa các chất khí

+) Có tác dụng sinh lí, hủy hoại tế bào, diệt khuẩn.

Ứng dụng

+) Sấy khô, sưởi ấm.

+) Chụp ảnh, quay phim ban đêm.

+) Truyền tin, điều khiển từ xa.

+) Phát hiện vết nứt nhỏ, vết xước trên bề mặt sản phẩm.

+) Chữa bệnh còi xương.

+) Diệt khuẩn, diệt nấm mốc.

+) Dùng trong phân tích quang phổ.

+) Chiếu điện, chụp điện, dò khuyết tật bên trong các sản phẩm đúc.

+) Chụp điện (chụp X quang), chiếu điện.

+) Điều trị ung thư nông, gần da.

+) Nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể.

Thang sóng điện từ.

– Theo thứ tự sau bước sóng giảm dần: Sóng vô tuyến, tia hồng ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia tử ngoại, tia Rơnghen, tia gamma.

– Các bức xạ có bước sóng ngắn thì tính chất hạt thể hiện càng mạnh, khả năng đâm xuyên tốt, để tác dụng lên kính ảnh, dễ làm phát quang chất và dễ iôn chất khí.

– Các bức xạ có bước sóng càng dài, tính chất sóng càng thể hiện rõ nét, ta càng dễ quan sát hiện tượng giao thoa.