Спектры излучения и поглащения

 

Функцию распределения излучаемой электромагнитной энергии в зависимости от частоты или длины волны называют спектром излучения.

Излучение энергии на одной частоте и соответствующей ей одной длине волны называется монохроматическим излучением.

Строго монохроматического излучения в природе не существует, реально под монохроматическим излучением подразумевают излучение, которое содержит достаточно узкий интервал длин волн, чтобы его можно было охарактеризовать указанием одной длины волны. На практике в фотометрии, если интервал длин волн (Dl) не превышает 4 нм, такое излучение в большинстве случаев практических задач можно считать монохроматическим.

Различают три вида излучения:

1) Излучение, имеющее прерывный линейчатый спектр. Состоит из конечного числа монохроматических излучений. Например, газоразрядная ртутная лампа (ДРС 50) имеет девять интенсивных линий спектра на длинах волн 253,7; 296,7; 312,6; 334,1 нм (ультрафиолетовая область) и 365,0; 404,7; 435,8; 546,1; 577,0 нм (видимая область).

2) Излучение, имеющее непрерывный спектр. Состоит из непрерывного ряда монохроматических излучений. Например, лампы накаливания, как правило, имеют непрерывный спектр излучения в области от 310 до 3000 нм с максимум в районе 900 нм.

3) Существуют также смешанные полосатые спектры, когда непрерывный спектр имеет ряд узких спектральных максимумов. Например, газоразрядные лампы высокого давления.

На рис. 3.1 показаны графики распределения величины у _l, характеризующие излучение в зависимости от длины волны l для случая линейного и сплошного спектров излучения.

Графиком распределения энергии по спектру называется такая кривая, у которой абсциссой является длина волны l или частота излучения n, а ординатой — величина у _l, выражающая мощность передаваемого излучения (поток, светимость, яркость, сила света).

 

 

 

 

Рис. 2.1 Спектры излучений

 

 

Для линейчатого спектра — излучение состоит из нескольких монохроматических излучений, и полная характеристика будет представлять сумму этих излучений.

y = . (2.7)

Если у (l_i) представляет энергетический поток излучения Ф _э (l_i) на длине волны l _i, то полный поток излучения Ф будет равен

. (2.8)

Причем суммирование производится по всем i линиям, излучаемым источником в диапазоне длин волн от нуля до бесконечности.

Для сплошного спектра полная величина характеристики мощности излучения определяется интегрированием

. (2.9)

Если величина y (l) характеризуется потоком излучения Ф(l), то полный поток определяется формулой

,(2.10)

где Ф(l) — величина, которая называется спектральной плотностью потока, т. е. потоком приходящимся на единичный интервал длин волн

, (2.11)

и характеризует монохроматический поток излучения с длиной волны l.

Спектральный диапазон потока излучения в пределах от l₁ доl₂ равен

. (2.12)

Величина Ф(l₂ – l₁) — определяется заштрихованной площадью рис.2.1, б.

Следует обратить внимание, что спектральные величины потоков для линейчатого спектра Ф(l_i) и сплошного спектра Ф(l) имеют различный физический смысл и различную размерность.

Для линейчатого спектра каждая линия Ф(l_i) представляет собой излучение в некотором узком интервале длин волн, где сосредоточена почти вся энергия излучения, а в промежутке между линиями эта энергия близка нулю. Ординаты графика рис. 2.1, а представляют весь поток данной спектральной линии. Размерность потока Ф(l_i) — ватт (Вт).

Для сплошного спектра ординатами графика 1.1, б служат значения спектральной плотности потока Ф(l). Значение потока в пределах какого-то спектрального интервала определяется площадью под кривой в пределах этого интервала. Полный поток Ф соответствует всей площади под кривой.

Единицами величины Ф(l) служат единицы мощности, отнесенные к единицам, которыми измеряется длина волны, например, ватт на нанометр (Вт/нм) или ватт на метр (Вт/м) в системе СИ.

 

Функцию распределения поглощения электромагнитной энергии исследуемым веществом зависимости от частоты или длины волны называют спектром поглощения.