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气体的色彩



发光的气体,能制造出独特的彩色条纹。

做做看和该注意的事项

• 分别按下桌面上的红色按钮,观察玻璃管子,由于每根玻璃管内分别充满了不同的惰性气体,所以每一根玻璃管会发出一种特定的颜色。

• 拿起桌子旁边的特殊镜片, 再次分别按下桌面上的红色按钮,此时透过特殊镜片观看每一根发光的玻璃管子,注意发光的管子两边是否出现有序的彩色条纹。

• 在没有桌子旁边特殊镜片的情况下我们也可以通过嵌在桌面上的特殊镜片看到这些条纹的反射影像。

原理

这些管子中都充有气体,从左到右所充的气体依次为:氮、汞、氙、氖、氩、氦。这些气体受到电流刺激时,会产生独特的彩色条纹,又称为“光谱”。每种气体都有自己独特的光谱,并且任何两种气体的光谱都是不同的。

当我们直视发光的管子时,所看到的光线是由这种气体所产生的各种颜色的组合。桌子旁边的透视镜片和嵌在桌子上的反射镜片表面由不同的衍射光栅组成。衍射光栅也具有分光的作用。

外延知识

原子光谱是原子由较高能级跃迁到较低能级而产生的。在某一时刻,一个原子只能处在某一状态,大量同类原子则处于不同的状态,它们从不同的能级跃迁到另外一些能级,这样所发射的光就形成黑暗背景中的若干条明亮的谱线,称为原子发射光谱,又称为明线光谱。原子发射光谱主要是价电子被激发到外部空能级后,在外部能级之间跃迁或回到原能级时发出的光谱。

原子吸收光谱是由于价电子吸收光子后被激发到高能级时形成的。当具有连续光谱的光从气体或蒸汽中通过时,在光子被大量吸收的波长处形成一系列暗线,称为原子吸收光谱,又称为暗线光谱。

每种元素都有自己独特的发射光谱和吸收光谱,利用光谱分布情况和特征谱线就可以判定被测光源或吸收体中的化学成份,这种方法叫做“光谱分析”。

光谱分析在科学技术中有广泛的应用。例如,可以通过分析物质的光谱来检查其纯度,这可用于许多行业,比如测量用于计算机的半导体的纯度。

在历史上,光谱分析还帮助人们发现了许多新的元素。例如,两种较晚发现的元素铷和铯,它们就是以其独特的光谱被发现的。

光谱分析对于研究天体的化学组成也很有帮助。20世纪初,科学家发现在太阳光谱中有许多暗线。后来的研究显示,这是太阳光穿过太阳大气层所造成的。在仔细分析了这些暗线后,科学家们分辨出了太阳大气层的成份,它们包括氢、氦、碳、氧、铁、镁、硅、钙、钠等元素。

此外,通过研究恒星光线的光谱,我们就可以了解几百万、甚至几亿里以外的恒星的组成元素!