главная   оптика   волоконная оптика   спектроскопия   лазеры   лазерные системы
 
   
Главная / Спектроскопия / История спектроскопии / Опыты Кирхгофа и Бунзена
 
 
Оптика
Волоконная оптика
Спектроскопия /
  История спектроскопии
  Опыты Кирхгофа и Бунзена
  Опыты Фраунгофера
  Спектральные диапазоны электромагнитного излучения
  Колебательная спектроскопия
  Спектроскопические приборы и методики
  Фурье-спектроскопия
  Лазерная спектроскопия
  Области применения спектроскопии
Лазеры
Лазерные системы
 
Выставки и конференции
Новости науки и лазерной техники
 
О проекте
Ссылки

 

Опыты Кирхгофа и Бунзена

Очерк написан Еленой Ермаковой и Светланой Мишкиной

Густав Роберт Кирхгоф (12.03.1824-17.10.1887) Густав Роберт Кирхгоф (12.03.1824-17.10.1887) – выдающийся немецкий физик. Он родился в Кенигсберге,  где позднее с 1842 по 1846 год изучал математику и физику в Кенигсбергском университете. Наука так его заинтересовала, что после окончания университета Кирхгоф некоторое время преподавал в Берлине. В 1850 - 1854 годах он уже читал лекции в Бреславле (ныне Вроцлав, Польша). А в 1854 г. по совету химика Р. Бунзена Кирхгофа приглашают в Гейдельбергский университет на должность профессора, которую он занимал до перехода в 1875 г. в Берлинский университет, где возглавил кафедру математической физики и был избран членом Берлинской академии.

Научная деятельность Кирхгофа охватила многие разделы физики. Его работы посвящены электричеству, механике, оптике, математической физике, теории упругости, гидродинамике. Наиболее известными являются - общая теория движения тока в проводниках и один из основных законов теплового излучения, открытие и значение которого и будет подробно рассмотрено в этой статье.
Роберт Вильгельм  Бунзен (1811-1899) Все началось с того, что в 1854 году друг и коллега Кирхгофа химик Роберт Вильгельм Бунзен (1811-1899) изобрел горелку, которая давала чистое и бесцветное пламя. Поэтому, при введении в него какого-либо вещества, было отчетливо видно изменение цвета огонька. Например, введение крупинки стронциевой соли давало яркий малиновый огонь. Кальция — кирпично-красный; бария — зеленый; натрия — ярко-желтый.
Благодаря этому открытию представилось возможным определение состава вещества по цвету пламени. Но проблема состояла в том, что при введении вещества из нескольких элементов в пламени бунзеновской горелки трудно было что-нибудь разобрать. Один цвет забивал другой.
Вот тут –то и пригодился бесценный опыт Кирхгофа как физика. В 1859 году он предложил смотреть не прямо на пламя, а на его спектр. 
Он собрал спектроскоп по принципу Фраунгофера, который позволил увидеть, что раскаленные пары каждого элемента давали лучи строго определенного цвета, которые призма отклоняла на один и тот же угол в ту же точку экрана.
Бузеновская горелка Зарисовав спектр нескольких отдельных элементов, Кирхгоф смог очень точно определять состав более сложных веществ, при внесении их в горелку, потому что все яркие линии сияли отдельно, каждая на своем месте.
При этом чувствительность спектрометра была так высока, что можно было определить присутствие элемента массой менее миллиграмма. Наиболее часто Кирхгофу встречались ярко-желтые линии, которые соответствуют спектру натрия.
Работа со спектроскопом очень увлекла Кирхгофа. Он приделал к нему шкалу с делениями, и спутать различные линии спектра стало невозможно.
Поэтому, решив посмотреть спектр Солнца Густав Роберт отчетливо увидел, что черная фраунгоферовая линия D стоит на том же месте, где и желтая линия натрия. Тогда ему пришла идея посмотреть спектр солнца и натрия одновременно. Чтобы яркий солнечный свет не затмил собой натриевого пламени, он поставил на пути солнечных лучей матовые стекла. В итоге в обычном спектре солнечных лучей на месте фраунгоферовой линии D ярко сияла линия натрия.
Тогда Кирхгоф решил убрать матовые стекла и тем самым усилить солнечный свет. При этом он рассчитывал увидеть яркий солнечный спектр и бледную желтую линию натрия, но в реальности на месте желтой линии черная фраунгоферова линия D была видна ярче, чем обычно.
Вопрос прояснился после того, как ученый решил пропустить лучи друммондова света через натриевое пламя и оттуда в спектроскоп.
Сам по себе друммондов свет дает сплошной, непрерывный и ровный спектр, похожий на солнечный, только без единой темной линии. Но совместно с натрием в желтой части его спектра обозначилась темная искусственная фраунгоферова линия.
Тут-то и стало ясно, что пламя натрия не только испускает желтые лучи, оно также поглощает чужие желтые лучи того же самого оттенка, но идущие из другого источника света. Вот почему в спектре друммондова света и зияет на их месте темная линия.
Долго обдумывая результаты своего эксперимента, Кирхгоф пришел к выводу, что на Солнце есть натрий. Свет, падающий с Солнца на Землю, исходит с поверхности его плотного ядра, которое окружено разреженной атмосферой раскаленных газов. Если бы этой атмосферы не существовало, то солнечный спектр был бы чистым и непрерывным без единой темной линии, как спектр друммондова света.
Окончательно ученый поверил в своё открытие после того, как увидел, что шестьдесят различных ярких линий в спектре паров железа, полностью совпадают с темными линиями в спектре Солнца по ширине и по резкости.
Это означало, что на Солнце присутствуют пары натрия и железа. А, продолжив, анализ остальных темных линий солнечного спектра Кирхгоф определил наличие на нем так же меди, свинца, олова, водорода, калия, и многих других земных веществ.
В 1859 году Кирхгоф послал в Берлинскую Академию наук сообщение, что раскаленный газ поглощает те именно лучи, которые он сам испускает.
В заключение отметим, что Бунзеном и Кирхгофом были заложены основы спектрального анализа, который после их работ был внедрён в практику химических исследований. С помощью нового метода ими были открыты цезий (1860) и рубидий (1861). Кирхгоф также доказал применимость этого метода для определения химического состава небесных светил, объяснив тёмные полосы в спектре Солнца (фраунгоферовы линии). В результате чего он сформулировал основной закон теплового излучения, в котором впервые ввел понятие абсолютно черного тела.
 
Кафедра Лазерной техники БГТУ 'Военмех'

Онлайн-конвертер

 
         
 
  разработка сайта NINSIS   190005, Санкт-Петербург, ул. 1-я Красноармейская, д. 1
тел/факс: +7 (812) 316-49-09
www.laser-portal.ru