Спектр

Спектр (лац.: spectrum — «вобраз», «відарыс», «прывід») у фізіцы — размеркаванне значэнняў фізічнай велічыні (звычайна энергіі, частаты або масы). Графічнае прадстаўленне такога размеркавання завецца спектральнай дыяграмай. Звычайна пад спектрам маецца на ўвазе электрамагнітны спектр — спектр частот (або тое ж самае, што энергій квантаў) электрамагнітнага выпраменьвання.

У навуковы ўжытак тэрмін «спектр» увёў Ньютан у 1671—1672 гадах для абазначэння шматколернай паласы, падобнай на вясёлку, якая атрымліваецца пры праходжанні сонечнага промня праз трохвугольную шкляную прызму.

Тыпы спектраў

Два прадстаўленні аптычнага спектра: зверху «натуральнае» (бачнае ў спектраскопе), знізу — як залежнасць інтэнсіўнасці ад даўжыні хвалі. Паказаны камбінаваны спектр выпраменьвання Сонца. Адзначаны лініі паглынання бальмераўскай серыі вадароду.

Па характары размеркавання значэнняў фізічнай велічыні спектры могуць быць дыскрэтнымі (лінейчастымі), неперарыўнымі (суцэльнымі), а таксама прадстаўляць камбінацыю (накладанне) дыскрэтных і неперарыўных спектраў.

Прыкладамі лінейчастых спектраў могуць служыць мас-спектры і спектры звязана-звязаных электронных пераходаў атама; прыкладамі неперарыўных спектраў — спектр электрамагнітнага выпраменьвання нагрэтага цвёрдага цела і спектр свабодна-свабодных электронных пераходаў атама; прыкладамі камбінаваных спектраў — спектры выпраменьвання зорак, дзе на суцэльны спектр фотасферы накладваюцца храмасферныя лініі паглынання ці большасць гукавых спектраў.

Іншым крытэрыем тыпізацыі спектраў служаць фізічныя працэсы, якія ляжаць у аснове іх атрымання. Так, па тыпе ўзаемадзеяння выпраменьвання з матэрыяй, спектры дзеляцца на эмісійныя (спектры выпраменьвання), абсарбцыйныя (спектры паглынання) і спектры рассейвання.

• Электрамагнітны спектр — сукупнасць усіх дыяпазонаў частот электрамагнітных хваль.
• Эмісійны спектр — набор частот электрамагнітнага выпраменьвання, выпусканага атамам або малекулай пры пераходзе на больш нізкі энергетычны ўзровень.
• Спектр мас — набор значэнняў мас элементарных часціц.
• Энергетычны спектр — залежнасць энергіі часціцы ад імпульса.
• Спектр нейтронаў — функцыя, якая апісвае размеркаванне нейтронаў па энергіі

Спектры адвольных сігналаў: частотнае і часавае прадстаўленні

У 1822 годзе Фур'е, які займаўся тэорыяй распаўсюджвання цяпла ў цвёрдым целе, апублікаваў працу «Аналітычная тэорыя цяпла», якая сыграла значную ролю ў далейшай гісторыі матэматыкі. У гэтай працы ён апісаў метад раздзялення зменных (пераўтварэнне Фур'е), заснаваны на прадстаўленні функцый трыганаметрычнымі радамі (рады Фур'е). Фур'е таксама паспрабаваў даказаць магчымасць раскладання ў трыганаметрычны рад адвольнай функцыі, і, хоць яго спроба аказалася няўдалаю, яна, фактычна, стала асновай сучаснай лічбавай апрацоўкі сігналаў.

Аптычныя спектры, напрыклад, ньютанаўскі, колькасна апісваюцца функцыяй залежнасці інтэнсіўнасці выпраменьвання ад яго даўжыні хвалі $f(\lambda )$ або, што эквівалентна, ад частаты $f(\omega )$, то бок функцыя $f(\omega )$ зададзена на частотнай вобласці. Частотнае разлажэнне ў гэтым выпадку выконваецца аналізатарам спектраскопа — прызмай або дыфракцыйнай рашоткай.

У выпадку акустыкі або аналагавых электрычных сігналаў сітуацыя іншая: вынікам вымярэння з'яўляецца функцыя залежнасці інтэнсіўнасці ад часу $j(\tau )$, то бок гэтая функцыя зададзена на часавай вобласці. Але, як вядома, гукавы сігнал з'яўляецца суперпазіцыяй гукавых ваганняў розных частот, гэта значыць такі сігнал можна прадставіць і ў выглядзе «класічнага» спектра, апісванага $f(\omega )$.

Менавіта пераўтварэнне Фур'е адназначна вызначае адпаведнасць паміж $j(\tau )$ і $f(\omega )$ і ляжыць у аснове Фур'е-спектраскапіі.

Гл. таксама

• Спектраскапічныя метады
• Электронная спектраскапія
• Вагальная спектраскапія
• Атамна-эмісійная спектраметрыя

Літаратура

• Спектр // Беларуская энцыклапедыя: У 18 т. Т. 15: Следавікі — Трыо / Рэдкал.: Г. П. Пашкоў і інш. — Мн. : БелЭн, 2002. — Т. 15. — С. 106. — 10 000 экз. — ISBN 985-11-0035-8. — ISBN 985-11-0251-2 (т. 15).
• Gustav Kirchhoff, Robert Bunsen. Chemical Analysis by Observation of Spectra / Engl. translation from Annalen der Physik und der Chemie (Poggendorff), Vol. 110 (1860).

Спасылкі

• Перанос выпраменьвання і спектры нябесных целаў Архівавана 7 лютага 2009.
• Спектр Архівавана 28 чэрвеня 2012. Flash-дадатак