Спектры открытий за короткими столами и их бет-сайзинг. Механизм излучения Сравнение оптических и радиотехнических методов описания явлений

Спектроскопом называют оптическое устройство для получения, наблюдения и анализа спектра излучения.

Простейшим спектроскопом можно считать призму Ньютона, с помощью которой он открыл спектр видимого света, представляющий собой непрерывную полосу из семи разных цветов, расположенных в последовательности: красный , оранжевый , жёлтый , зелёный , голубой , синий , фиолетовый . Но с помощью своего устройства Ньютон только констатировал, что видимый белый свет состоит из разных цветов, но не мог исследовать параметры цветовых волн.

Как устроен спектроскоп

Первым создателем спектроскопа считают немецкого физика Йозефа Фраунгофера . Спектроскопическая установка, созданная им, представляла собой щель в ставне, через которую солнечный свет падал на призму. Спектр цветов не проектировался на экран, а попадал в объектив зрительной трубы, установленной за призмой. Таким образом, учёный наблюдал его субъективно.

Впоследствии для исследования спектров Фраунгофер стал использовать не призмы, а дифракционные решётки, изготовленные из тончайших, близко расположенных металлических нитей. Тонкий пучок света в тёмном помещении, проходя через такую решётку, раскладывался на спектр.

Спектральный анализ

Йозеф Фраунгофер

Объектом исследований Фраунгофера был солнечный свет. В 1814 г. учёный обнаружил на непрерывном солнечном спектре отчётливые тёмные линии. Такие же линии он увидел и в спектрах Венеры и Сириуса, а также искусственных источников света.

Нужно сказать, что ещё за 12 лет до этого, в 1802 г., эти же линии в солнечном спектре обнаружил английский учёный Уильям Хайд Волластон (Уолластон), изучая солнечный свет с помощью камеры-обскуры . Он подумал, что это линии, разделяющие цвета спектра, поэтому и не пытался найти объяснение их появлению.

Как и Волластон, Фраунгофер также не смог объяснить природу тёмных линий. Но линии эти стали называться Фраунгоферовы линии , а сам спектр - Фраунгоферовым спектром .

В 1854 г. немецкий химик-экспериментатор Роберт Вильгельм Бу́нзен изобрёл горелку, способную давать очень чистое белое пламя. Для чего нужна была такая горелка? Оказывается, атомы разных химических элементов испускают свет разной длины волны. И если нагревать в таком чистом пламени вещество, то пламя будет окрашиваться в разные цвета. Например, натрий даст ярко-жёлтый цвет пламени, калий - фиолетовый, барий - зелёный. Этот опыт называется пробой на окрашивание пламени . Именно по цвету пламени определяли в те времена химический состав вещества. Но если в пламя вводили сложное вещество, состоящее из нескольких элементов, то довольно трудно было точно определить его цвет.

Роберт Вильгельм Бунзен

В 1859 г. коллега Бунзена, один из великих физиков XIX века Густав Роберт Кирхгоф, предложил изучать не цвет пламени, окрашенного парами металлических солей, а его спектр. Говорят, что свой первый спектроскоп Бунзен и Кирхгоф сделали, распилив пополам подзорную трубу и поместив эти половинки в отверстия, проделанные в коробке из-под сигар, в которой находилась стеклянная призма. Так ли было на самом деле, сказать трудно, но с помощью спектроскопа они смогли продолжить опыты по определению спектра химических элементов, которые и позволили определить причину появления Фраунгоферовых линий .

Густав Роберт Кирхгоф

Учёные стали раскалять в чистом белом пламени образцы химических элементов, а затем пропускали световые лучи от них через призму, чтобы получить их спектр. К своему удивлению они обнаружили, что длина и частота некоторых ярких светлых линий в спектре этих элементов совпадает с длиной и частотой тёмных линий Фраунгофера в спектре Солнца. И вот это и стало ключом к разгадке природы этих линий.

Всё дело в том, что химический элемент поглощает лучи такой же частоты, которые сам и испускает. Это означает, что в солнечной короне находятся химические элементы, которые поглощают часть солнечного спектра, имеющего такую же частоту излучения. То есть, спектральные линии характеризуют химические элементы, излучающие их. Так как каждый элемент имеет свой спектр, отличный от спектров других элементов, то исследуя спектры небесных тел, можно определить их химический состав.

Так было положено начало спектральному анализу , позволившему определять качественный и количественный состав исследуемого объекта дистанционно.

Спектроскоп Кирхгофа-Бунзена

Позднее в спектроскоп была встроена шкала с делениями, обозначающими длины волн.

Спектроскопом часто называют настольный прибор, с помощью которого вручную рассматривают участки различных спектров. Спектроскоп, который способен регистрировать спектр для его дальнейшего анализа с помощью различных методов, называется спектрометром . Если окуляр спектроскопа заменить регистрирующим прибором (например, фотокамерой), то получится спектрограф .

Спектрометры способны исследовать спектры в широком диапазоне волн: от гамма до инфракрасного излучения.

Конечно, современные спектроскопы отличаются от своих предков. И хотя они имеют множество модификаций, функции их остались прежними.

Применение спектроскопов

Спектроскоп - основной инструмент спектроскопии. Без спектроскопа не могут обойтись химики и астрономы. С его помощью можно определить химический состав вещества, структуру поверхности, физические параметры объекта, исследовать космические объекты, находящиеся от нас на громадных расстояниях.

Что такое Under the Gun (UTG)?

UTG - позиция за покерным столом на префлопе, включающая в себя три игрока, следующих слева за игроком на большом блайнде при игре за "длинным" столом (9 человек), или включающая в себя одного игрока, следующего за игроком на большом блайнде при игре за "коротким" столом (6 человек).

Ввиду того, что после нас будут ходить еще множество игроков, на данной позиции имеет смысл играть в очень тайтовый покер. Давайте взглянем на диапазоны опен-рейза для 6-макс и 9-макс игр.

6-макс UTG.

Как мы видим это довольно тайтовый диапазон. Наиболее частая ошибка, которая возникает у новичков - это открытие с ранней позиции рук наподобие A10o и KJo. Эти разномастные руки отлично играют в поздних позициях, но в ранних только создадут вам проблем. Стоит просто фолдить их. Причина заключается в том, что эти руки легко поддаются доминации. Когда мы открываем их из UTG, мы с легкостью можем получить колл от лучших рук, таких как AJ, AQ или KQ. Надеюсь, вы понимаете, почему это является потенциальной опасностью и проблемой. Если вы поймаете с А10 топ пару на флопе Axx, то вы вполне можете проиграть неплохой банк тузу с более сильным кикером.

Фулл-ринг UTG.

За фулл-ринг столами нам следует сократить наш опен-рейз с ранней позиции еще больше. Часто игроки совершают ошибку, открывая такие руки как AJo или KQo, которые создают проблемы по той же причине, что была описана выше: они попадают под доминацию. Также заметьте, что мы предпочитаем открывать 910s, а не QJs, так как с 910s, мы редко попадет под доминацию ввиду того, что наши оппоненты на следующих позициях будут колить меньше 10x рук, что нельзя сказать о Qx руках. К тому же 109s имеет больший потенциал сбора стрейта, чем QJs.

Понимание постфлоп диапазонов.

Важно понимать, что ситуация, когда наш опен-рейз с ранней позиции был заколлирован существенно отличается от ситуации, когда наш опен-рейз с поздней позиции получил колл. У нас может быть та же самая рука на той же самой структуре доски, но лучший способ розыгрыша этих рук будет отличаться. Почему так происходит? В основном это сводится к префлоп диапазону нашего оппонента. Когда мы открываемся с UTG, наши противники понимают, что наш опен-рендж намного сильнее, чем когда мы открывается с поздней позиции. В результате это склоняет наших соперников делать более тайтовые коллы против ранних позиций, и более лузовые против поздних. Эффект от этого может быть довольно существенным.

Взгляните на следующие диапазоны. Первая карточная матрица отражает диапазон колла ББ против Баттона, вторая же ББ против УТГ.

Как мы видим, различия просто огромны: 9% колд-колла против УТГ и 31% колд-колла против Баттона. Нам будет намного сложнее извлечь выгоду, совершая колл на ББ против ранней позиции, так как в спектр рейз-ренджа UTG будут входить очень сильные руки. Если против UTG на ББ мы колим в основном сильный бродвей и карманные пары на сет, то против Баттона мы можем добавить в спектр защиты и спекулятивные руки.

Защита против 3-бета.

Когда мы открываемся из UTG, довольно распространенной проблемой является игра против 3-бета. Важно понимать, что наши оппоненты осознают, что мы открываемся с сильным диапазоном, так что маловероятно, что спектр их 3-бета будет широк. В результате наш диапазон продолжения будет очень сильным. Ошибка здесь в основном заключается в том, что люди коллируют 3-бет с доминируемыми руками, такими как AJo, или AXs, карманками или с одномастными коннекторами. В то время как одномастные коннекторы подходили бы для колла лучше, чем доминируемые тузы, они все равно не в состоянии выигрывать нам больше денег, чем мы будем проигрывать, коллируя 3-бет и сдаваясь на флопе, промахнувшись. Но разумеется есть исключение, если у нас стеки скажем 200ББ, а то и 300ББ, то колл с подобными руками уже может стать неплохой затеей, учитывая потенциальные шансы выиграть весь стек оппонента.

Давайте предположим, что мы открываемся на UTG и получаем 3-бет, имея стек в 100бб. Каков должен быть наш рендж колла?

Итак, мы видим, что это весьма тайтовый диапазон, составляющий всего 3.54%. Заметьте, что некоторые руки отмечены более темным оттенком синего(мы имеем ввиду АА/KK), причина заключается в том, что время от времени мы будем 4-бетить эти руки, сталкиваясь с 3-бетом. Но некоторый процент случаев мы будем разыгрывать их просто коллом, применяя слоуплей. Но карманные пары 88-TT, отмечены темно-синем по другой причине.

Можем ли мы сетмайнить против 3-бета?

Несомненно, есть защитники обоих точек зрения на эту проблему. Кто-то утверждает, что мы имеем право защищять такие руки, совершая колл на сет, другик говорят, что это грубая ошибка. Поскольку мы промахиваемся по флопу с 88-TT в 87,5% случаев, мы должны быть уверенны, что можем выиграть огромный банк, если все же попадем во флоп. Именно поэтому руки 88-ТТ выделены темно-синем, мы колим их только, если имеем отличные имплайд оддсы на колл(наши эффективные стеки с оппонентом 200бб-300бб), если таких оддсов у нас нет - нашей игрой должен быть фолд!

Фулл-ринг UTG против 3-бета.

Теперь давайте взглянем на то, как мы реагируем на 3-бет, находясь в UTG за 9-макс столом.

На первый взгляд, может показаться, что нет особой разницы. Во-первых, мы видим, что AQ теперь уходят в спектр фолда. JJ и АК поменяли цвет на темно-синий. Это означает, что теперь JJ не входят в спектр колла на вэлью, а играются исключительно на сет. Помните, что мы должны иметь отличные имплайд-оддсы, в противном случае - мы фолдим. с АК мы можем серьезно рассмотреть и фолд, это зависит от того, на сколько тайтовым является наш оппонент. Многие игроки фулл-ринга будут 3-бетить против UTG лишь АА/КК, поэтому АК становится просто мусором против такого сильного диапазона.

Обратите внимание, что КК поменяли свой цвет на голубой, подразумевая, что это часто будет просто колл. Например, если мы открываем из UTG КК и получаем 3-бет с СБ, мы должны просто коллировать, а не 4-бетить. Если мы будем часто 4-бетить КК в такой ситуации, нам будут отвечать лишь АА, а остальные руки получат возможность сыграть против нас идеально, сфолдив. Если вы слышали, что КК это всегда стек-офф, и если мы вдруг упираемся в АА, это просто напросто кулер, то в данной ситуации за 9-макс столами это не так.

Итак, из всего вышесказанного мы можем заключить, что единственная рука, с которой мы делаем 4-бет на вэлью за фулл-ринг столами, открываясь с УТГ - это АА. Да, это несколько несбалансированно, но это не меет значения на низких лимитах. Если вдруг это станет проблемой, мы можем просто перестать иметь рендж 4-бета и отправлять тузы в спектр колла 3-бета.

Вывод.

Помните, что в отличии от блайндов, наш вирнейт на UTG должен быть положительным. Просто потому что мы играем с этой позиции тайтовый диапазон, не означает, что мы не можем делать деньги. Если вы будете следовать советам, изложенным в данной статье, то не будет такой причины, по которой ваша игра в ранней позиции не была бы плюсовой, и в конечном итоге не увеличила бы ваш общий винрейт.

Обучение игре в покер

• Индивидуальное обучение

Стимулом к изучению спектрального состава излучения послужили открытия инфракрасной и ультрафиолетовой частей спектра солнечного излучения.
В 1800 г. английский ученый Вильям Гершель поставил задачу выяснить характер распределения теплового действия различных участков спектра солнечного излучения. Было принятосчитать, что все участки спектра греют одинаково. Гершель решил проверить, так ли это, и произвел эксперимент, который до сих пор показывают в школах всего мира: чувствительный термометр перемещается по всем участкам сплошного спектра, который дает Солнце или любое раскаленное тело (теперь - электрическая дуга). Эксперимент дал поразительный результат. Оказалось, что температура, которую показывал термометр, не только непрерывно повышалась от ультрафиолетовой части к красной, но ее максимум достигался только при переходе за красную часть спектра, где глаз вообще ничего не наблюдал. Так было открыто инфракрасное излучение.
В 1802 г. немецкий физик Иоганн Риттер задался целью исследовать химическое действие различных участков сплошного спектра. В качестве пробного тела он использовал хлорид серебра, почернение которого" под действием солнечных лучей было обнаружено еще в 1727 г. Риттер установил, что химическое действие возрастает в противоположность тепловому от красного конца к фиолетовому и его максимум достигается при переходе за фиолетовую часть спектра. Так было открыто ультрафиолетовое излучение.
В 1802 г. появляется публикация английского физика В. Волластона (1766 - 1828), в которой автор сообщал о наблюдении линейчатых спектров. В сплошном спектре солнечного излучения Волластон обнаружил темные линии. От внутренних частей пламени свечи он наблюдал спектр, состоящий из отдельных цветных линий.
Вспомнили об открытии Волластона только в 1815 г. в связи с работами немецкого физика Иозефа Фраунгофера (1787 - 1826).
Фраунгофер - ученый редкого экспериментаторского дарования и физической интуиции - начал как шлифовальщик оптических стекол и пришел к точным оптическим измерениям. Он изобрел механизмы и измерительные инструменты для вращения и полировки линз, нашёл метод определения формы линз, усовершенствовал ахроматический телескоп, изготовил диффракционные решетки, ввел их в практику спектроскопических исследований. Таким образом, Фраунгофер заложил фундамент спектроскопии.
Независимо от Волластона он открыл существование темных линий в солнечном спектре (они вошли в физику под названием фраунгоферовых линий) и начал их количественное исследование. С помощью своего спектроскопа и диффракционных решеток он произвел первые точные измерения длин волн спектральных линий и уточнил значения показателей преломления различных веществ.
Особенное внимание привлекла линия, обнаруженная в желтой части спектров множества излучателей. Она получила специальное название Д-линии. В 1815 г, Фраунгофер сделал открытие, важность которого была осознана позже,- положение светлой Д-линии спектра пламени масляной горелки совпадает с положением темной (фраунгоферовой) линии солнечного спектра. Он же установил факт тождественности спектров, полученных от Луны и планет и их отличие от спектров звезд.
В 1834 г. Фокс Тальбот (1800 - 1877) - один из изобретателей фотографии - после многочисленных исследований спектра пламени спирта, в котором были растворены различные соли, пришел к следующему заключению: «Когда в спектре пламени появляется какие-нибудь определенные линии, они характеризуют металл, содержащийся в пламени». Так появилась первая мысль, что оптический анализ дает возможность определить химический состав излучающего вещества.
В 1835 г. Ч. Уитстон (1802 - 1875), исследуя спектр электрической искры, подтверждает мысль Тальбота : линии спектра зависят только от качества электродов, причем для каждого материала характерен свой спектр.
В 1849 г. Л. Фуко установил совпадение длин волн фраунгоферовой Д-линии и желтой линии в спектре натрия.
В 1853 г. А. Ангстрем (1814-1874) показал, что излучение раскаленного газа имеет такую же преломляемость, как и излучение, поглощаемое этим газом; понижая давление газа, можно получить характерный для него спектр излучения.
В 1857 г. В. Сван установил, что в спектре каждого вещества можно указать некоторую характеристическую линию с неизменным положением.
После накопления фактов последовал теоретический анализ, приведший к их обобщению в единый закон природы. Это было сделано великим немецким физиком Густавом Робертом Кирхгофом (1824 - 1887).
Кирхгоф родился в Кенигсберге. Уже будучи студентом, опубликовав научные работы, получившие мировую известность. Диссертацию защитил в 1848 г. в Берлине. С 1850 по 1854 г. был экстраординарным профессором в Бреславле. Здесь он встретился с химиком Робертом Бунзеном (1811- 1899), который увлек его с собой в Гейдельберг, ставший родиной спектрального анализа. После избрания в члены Берлинской академии Кирхгоф е 1874 г. до последних дней жизни был профессором физики в Берлине.
Кирхгоф был выдающимся теоретиком и экспериментатором. Он получил фундаментальные результаты во многих областях физики, но особенную известность приобрел открытый им "принцип спектрального анализа.
Кирхгоф впервые увидел в пестром многообразии экспериментальных фактов действие единого закона природы. Начало было положено разгадкой происхождения фраунгоферовых линий (1859).
Кирхгоф поставил следующий эксперимент: через спектроскоп наблюдал темную фраунгоферову Д-линию солнечного излучения. Далее перед щелью спектроскопа помещал пламя горелки с поваренной солью. Солнечный свет, прежде чем попасть в спектроскоп, проходил через пары натрия. При этом на месте темной линии появлялась яркая желтая линия. Так было открыто явление, которое вошло в физику под названием эффекта обращения спектральных линий.
Кирхгоф дал следующее объяснение эффекту обращения. В составе солнечного излучения имеется компонента, принадлежащая излучению натрия. При прохождении через атмосферу Земли она поглощается, и в спектре на месте желтой линии появляется провал - темная линия. При прохождении через пары натрия солнечное излучение снова обогащается желтой компонентой, и Д-линия становится яркой.
Отсюда решающий шаг к принципу спектрального анализа. В работе «О фраунгоферовых линиях» (1859) Кирхгоф писал:
«Я заключаю, что темные линии солнечного спектра, которые не вызваны земной атмосферой, возникают благодаря присутствию в раскаленной солнечной атмосфере тех веществ, которые в спектре пламени дают яркие линии на месте темных линий солнечного спектра. Следует допустить, что яркие линии спектра, совпадающие с Д-линиями солнечного спектра, обусловлены присутствием натрия в пламени; темные Д-линии солнечного спектра позволяют поэтому заключить, что натрий находится в солнечной атмосфере. Брюстер нашел в спектре. пламени селитры линии на месте фраунгоферовых линий А и Б; эти линии указывают на присутствие калия в солнечной атмосфере. Из моего наблюдения, что красной литиевой полоске не соответствует в спектре Солнца никакой темной линии, с вероятностью следует, что литий" в солнечной атмосфере отсутствует или встречается в относительно малых количествах».
Кирхгоф установил соответствие между спектром и качеством излучающего источника. Открывалась поразительная возможность анализа источника излучения, причем можно было не рассматривать вопрос о механизме излучения.
В письме к брату-химику Кирхгоф сообщает: «Я усердно занимаюсь сейчас химией. А именно, я намереваюсь сделать не что иное, как химический анализ Солнца, а позднее, может быть, и неподвижных звезд. Я имел счастье найти ключ к решению этой задачи... Должно быть возможно по свету, который посылает тело, заключить о его химическом составе...
Если эти наблюдения правильны, то удастся заглянуть в спектры с целью открытия веществ, которые иначе могут быть получены лишь с помощью кропотливого химического анализа».
Предшественники Кирхгофа по существу открыли возможность спектрального анализа в частных случаях. Кирхгоф дает общий принцип. Он четко представляет себе его значение и идет дальше в поисках всестороннего экспериментального обоснования. Естественен был его союз с химиком Р. Бунзеном при разработке методики спектрального анализа.
Хотя уже было известно о существовании связи между спектром и химическим составом излучающего вещества, никто еще не доказал, что эта связь универсальна и дает всегда однозначный результат, например, что в случае наличия натрия в излучающем веществе любого состава спектр последнего должен содержать линии натрия независимо от качества пламени, которое возбуждает его свечение. Здесь нужна была кропотливая экспериментаторская работа.
Кирхгоф и Бунзен провели совместно большой цикл исследований спектров щелочных и щелочно-земельных металлов и в середине 1860 г. могли уже заключить: «Разнообразие соединений, в которые входили металлы, разнообразие химических процессов, происходивших в различных пламенях, и огромный интервал температур - все это не оказывает никакого влияния на положение спектральных линий отдельных металлов».
Была установлена фантастическая чувствительность нового метода химического анализа. Прибор обнаруживал присутствие в смеси ничтожного количества примесей. Было открыто существование двух новых щелочных металлов - рубидия и цезия.
В работе 1861 г. «Исследование солнечного спектра и анализ солнечной атмосферы», выполненной с усовершенствованным спектроскопом, Кирхгоф установил совпадение линий ряда химических элементов с фраунгоферовыми линиями спектра и получил возможность говорить о начале химического анализа Солнца и звезд.
Методическое замечание. Спектральный анализ является основным методом физического и химического исследования состава вещества, структуры атомов и молекул. Ясно, что рассказ об истории открытия этого важнейшего метода изучения природы должен быть особенно обстоятельным. Речь должна, идти не только о некоторой последовательности открытий. История спектрального анализа дает особенно богатый материал для показа механизма физического открытия, сущности метода ведущего к научному открытию, а следовательно, воспитания диалектико-материалистического мировоззрения.

Частоты излучения и поглощения света в спектрах химических веществ совпадают.

Больше всего Роберт Вильгельм Бунзен прославился благодаря разработанной им лабораторной горелке Бунзена, которую вам наверняка доводилось видеть во время демонстрации опытов на школьных уроках химии, а может быть, и самим использовать ее при проведении лабораторных работ. Она дает очень чистое белое пламя, и поэтому ее используют для разогрева веществ с целью наблюдения их цветового спектра (см. Проба на окрашивание пламени). Лабораторное каление стало первым методом прямого обнаружения присутствия химических элементов в составе вещества без проведения химических реакций.

В середине XIX века Бунзен считался признанным мировым лидером в области получения чистых препаратов химических элементов. В 1859 году он решил пойти дальше и стал пропускать световые лучи от раскаленных образцов через призму, разлагая их на наглядный спектр. К тому времени он уже обнаружил, что отдельные ярко выраженные цвета в спектре раскаленных химических элементов — в частности, натрия — удивительным образом полностью совпадают по длине волны и частоте с темными линиями Фраунгофера в спектре Солнца. Сегодня мы знаем, что это следствие поглощения части белого излучения Солнца более холодными химическими элементами, присутствующими в его внешней оболочке, и отсутствие в солнечных лучах спектральных линий того же натрия свидетельствует о его наличии в солнечной короне. Открытие совпадения спектров излучения и поглощения химических элементов пополнило собой длинный ряд экспериментальных открытий, далеко не сразу получивших теоретическое объяснение, поскольку во времена Бунзена было мало известно о механизмах взаимодействии света и атомов вещества.

В том же 1859 году коллега Бунзена, известный физик Густав Кирхгоф использовал совпадение спектров излучения и поглощения для калибровки оптического инструмента. Он пропускал через призму сначала свет от раскаленного натрия, а затем солнечный свет, добиваясь совпадения спектральных линий натрия с темными линиями в спектре Солнца. И тут он провел опыт, в результате которого выяснилось, что, если солнечные лучи пропустить через окрашенное натрием пламя горелки, темные линии натрия в спектре Солнца становятся еще более темными и выраженными. Иными словами, выяснилось, что раскаленный натрий не только испускает свет определенных спектральных частот, но и поглощает свет тех же длин волн, причем более интенсивно, если источник излучения разогрет до более высоких температур, чем натрий.

И тут Кирхгоф совершил интуитивный прорыв, догадавшись, что атом химического элемента способен излучать и поглощать свет лишь одних и тех же частот. Иными словами, если атом излучает свет какой-либо частоты, он обязательно способен и поглощать свет этой частоты. (И такая схема единственная была способна объяснить дальнейшее затемнение линий Фраунгофера в спектре Солнца: продолжая излучать на своих спектральных частотах, атомы раскаленного натрия поглощали еще больше энергии излучения на них же.)

Из открытия Кирхгофа незамедлительно следовало, что темные спектральные линии в солнечном свете убедительно доказывают, что на Солнце реально имеются химические элементы, которым они соответствуют (натрий в том числе). Изучение, исходящее из внутренних слоев Солнца, имеет абсолютно белую спектрально-цветовую гамму, то есть изначально в спектре излучения Солнца присутствуют все без исключения цвета — он непрерывен. А темные линии появляются в нем в результате поглощения части спектра в поверхностных слоях Солнца и, следовательно, присутствуют в составе солнечного вещества.

С точки зрения модели атома Бора открытие Кирхгофа—Бунзена объясняется достаточно легко. Мы теперь знаем, что атом испускает свет квантами при скачке электронов с более высокой орбиты на более низкую. Энергия излучаемых фотонов при этом строго фиксирована и соответствует разнице между энергетическими уровнями орбит — именно она определяет частоту и длину световой волны. При поглощении света атомом он, опять же, поглощается путем «усвоения» электронами фотонов тех же энергий, которые необходимы для перехода на один уровень вверх. Соответственно, любой атом имеет в своем спектре фиксированный набор частот излучения и поглощения, соответствующий энергетическим разностям между электронными орбитами. В этом контексте открытие Кирхгоффа—Бунзена — всего лишь дополнительное подтверждение того, что энергии перехода электрона с верхней орбиты на нижнюю и обратно равны. Это просто еще одно проявление закона сохранения энергии, аналогичное тому, как, спустившись на одну ступеньку лестницы вниз, мы теряем ровно столько потенциальной энергии, проделывая отрицательную работу, сколько мы получаем ее, поднимаясь на ту же ступеньку вверх и проделывая положительную.

Одним из главных и далеко идущих последствий открытия Кирхгоффа—Бунзена стало то, что это открытие положило начало целой области прикладных исследований — спектроскопии , или спектральному анализу . Оно стало настоящей вехой в истории экспериментальной и прикладной науки. Достаточно упомянуть, что сегодня, изучая спектры излучения, астрофизики с большой точностью определяют химический состав не только Солнца, но любого видимого космического объекта во Вселенной, а ведь когда-то о таком никто не смел даже и мечтать. Сегодня десятки тысяч научных лабораторий во всём мире оснащены высокотехнологичными компьютерными спектрометрами и спектрографами, позволяющими изучать состав любых веществ практически без погрешностей, и стоимость такого спектрографического оборудования доходит нередко до миллионов долларов. Интересно, что бы сказали Кирхгоф и Бунзен, сравнив эти приборы со своими спектрометрами, сооруженными из обычных стеклянных призм и пары пустых ящиков из-под сигар.

См. также:

Окружающий мир наполнен миллионами разнообразных оттенков. Благодаря свойствам света каждый предмет и объект вокруг нас имеет определенный цвет, воспринимаемый человеческим зрением. Изучение световых волн и их характеристик позволило людям глубже взглянуть на природу света и явления, связанные с ним. Сегодня поговорим о дисперсии.

Природа света

С физической точки зрения свет представляет собой сочетание электромагнитных волн с разными значениями длины и частоты. Глаз человека воспринимает не любой свет, а только лишь тот, длина волн которого колеблется от 380 до 760 нм. Остальные разновидности остаются для нас невидимыми. К ним, например, относятся инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. Знаменитый ученый Исаак Ньютон представлял свет как направленный поток самых мелких частиц. И лишь позже было доказано, что он по своей природе является волной. Однако Ньютон все же был отчасти прав. Дело в том, что свет обладает не только волновыми, но и корпускулярными свойствами. Это подтверждается всем известным явлением фотоэффекта. Выходит, что световой поток имеет двоякую природу.

Цветовой спектр

Белый свет, доступный для человеческого зрения, - это совокупность нескольких волн, любая из которых характеризуется определенной частотой и собственной энергией фотонов. В соответствии с этим его можно разложить на волны разного цвета. Каждая из них носит название монохроматической, а определенному цвету соответствует свой диапазон длины, частоты волн и энергии фотонов. Другими словами, энергия, излучаемая веществом (или поглощаемая), распределяется по вышеназванным показателям. Это объясняет существование светового спектра. Например, зеленый цвет спектра соответствует частоте, находящейся в диапазоне от 530 до 600 ТГц, а фиолетовый - от 680 до 790 ТГц.

Каждый из нас когда-нибудь видел, как переливаются лучи на граненых изделиях из стекла или, например, на бриллиантах. Наблюдать это можно благодаря такому явлению, как дисперсия света. Это эффект, отражающий зависимость показателя преломления предмета (вещества, среды) от длины (частоты) световой волны, которая проходит через этот предмет. Следствием такой зависимости является разложение луча на цветовой спектр, например, при прохождении через призму. Дисперсия света выражается следующим равенством:

где n - показатель преломления, ƛ - частота, а ƒ - длина волны. Показатель преломления увеличивается с ростом частоты и уменьшением длины волны. Дисперсию мы нередко наблюдаем в природе. Самым красивым ее проявлением является радуга, которая образуется благодаря рассеиванию солнечных лучей при прохождении их через многочисленные капли дождя.

Первые шаги на пути к открытию дисперсии

Как было сказано выше, световой поток при прохождении через призму разлагается на цветовой спектр, который Исаак Ньютон достаточно детально изучил в свое время. Результатом его исследований стало открытие явления дисперсии в 1672 году. Научный интерес к свойствам света появился еще до нашей эры. Знаменитый Аристотель уже тогда заметил, что солнечный свет может иметь разные оттенки. Ученый утверждал, что характер цвета зависит от «количества темноты», присутствующей в белом свете. Если ее много, то возникает фиолетовый цвет, а если мало, то красный. Великий мыслитель также говорил о том, что основным цветом световых лучей является белый.

Исследования предшественников Ньютона

Аристотелевскую теорию взаимодействия темноты и света не опровергли и ученые 16-17 веков. И чешский исследователь Марци, и английский физик Хариот независимо друг от друга проводили опыты с призмой и были твердо уверены в том, что причиной появления разных оттенков спектра является именно смешивание светового потока с темнотой при прохождении его через призму. На первый взгляд, выводы ученых можно было назвать логичными. Но их эксперименты были достаточно поверхностными, и они не смогли подкрепить их дополнительными исследованиями. Так было, пока за дело не взялся Исаак Ньютон.

Открытие Ньютона

Благодаря пытливому уму этого выдающегося ученого было доказано, что белый свет не является основным, и что остальные цвета возникают вовсе не в результате взаимодействия света и темноты в разных соотношениях. Ньютон опроверг эти убеждения и показал, что белый свет является составным по своей структуре, его образуют все цвета светового спектра, называемые монохроматическими. В результате прохождения светового пучка через призму разнообразие цветов образуется из-за разложения белого света на составляющие его волновые потоки. Такие волны с разной частотой и длиной преломляются в среде по-разному, образуя определенный цвет. Ньютон поставил опыты, которые до сих пор используются в физике. Например, эксперименты со скрещенными призмами, с использованием двух призм и зеркала, а также пропускание света через призмы и перфорированный экран. Теперь нам известно, что разложение света на цветовой спектр происходит вследствие различной скорости прохождения волн с разной длиной и частотой сквозь прозрачное вещество. В результате одни волны выходят из призмы раньше, другие - чуть позже, третьи - еще позже и так далее. Так и происходит разложение светового потока.

Аномальная дисперсия

В дальнейшем ученые-физики позапрошлого столетия сделали очередное открытие, касающееся дисперсии. Француз Леру обнаружил, что в некоторых средах (в частности, в парах йода) зависимость, выражающая явление дисперсии, нарушается. За изучение этого вопроса взялся живший в Германии физик Кундт. Для своего исследования он позаимствовал один из методов Ньютона, а именно опыт с использованием двух скрещенных призм. Разница состояла лишь в том, что вместо одной из них Кундт применял призматический сосуд с раствором цианина. Оказалось, что показатель преломления при прохождении света через такие призмы увеличивается, а не уменьшается, как это происходило в экспериментах Ньютона с обычными призмами. Немецкий ученый выяснил, что этот парадокс наблюдается вследствие такого явления, как поглощение света веществом. В описанном опыте Кундта поглощающей средой выступал раствор цианина, а дисперсия света для таких случаев была названа аномальной. В современной физике такой термин практически не используют. На сегодняшний день открытую Ньютоном нормальную и обнаруженную позже аномальную дисперсию рассматривают как два явления, относящихся к одному учению и имеющих общую природу.

Низкодисперсные линзы

В фототехнике дисперсия света считается нежелательным явлением. Она становится причиной так называемой хроматической аберрации, при которой на изображениях появляется искажение цветов. Оттенки фотографии при этом не соответствуют оттенкам снимаемого объекта. Особенно неприятным такой эффект становится для фотографов-профессионалов. Из-за дисперсии на фотоснимках не только происходит искажение цветов, но и нередко наблюдается размытие краев или, наоборот, появление чересчур очерченной каймы. Мировые производители фототехники справляются с последствиями такого оптического явления с помощью специально разработанных низкодисперсных линз. Стекло, из которого они производятся, обладает великолепным свойством одинаково преломлять волны с разными значениями длины и частоты. Объективы, в которых устанавливаются низкодисперсные линзы, называются ахроматами.