赫兹单位 hz与秒单位换算

赫兹单位(赫兹和秒单位之间的转换)021-08-03 09: 52天文在线

简介:光谱学研究作为波长函数的能量和物质之间的相互作用。不同的化学元素具有不同的发射谱线特征，因此我们可以通过分析谱线来推断未知物体的化学成分。光子的能量与其波长有关，所以光谱学可以用来识别任何化学元素或化合物。

光谱学是研究能量和物质之间作为波长函数的相互作用。不同的化学元素具有不同的发射谱线特征，因此我们可以通过分析谱线来推断未知物体的化学成分。光子的能量与其波长有关，所以光谱学可以用来识别任何化学元素或化合物。

在我们知道光谱学是什么之前，让我们来看看光是什么。光是一种电磁波。

电磁图谱

在这篇文章中，我们只需要关注可见光。

光棱镜动画演示

早在40世纪，森拉克就发现了光通过棱镜的色散现象。然而，直到1666年，牛顿提出了光由不同颜色组成的概念，光才广为流传。1802年，英国化学家威廉·海德·沃拉斯顿通过玻璃棱镜观察到光谱中的暗线(吸收线)。后来，在1814年，德国物理学家约瑟夫·冯·弗劳恩霍夫独立地重新发现了这些谱线，并开始系统地研究这些波长的特性。他总共画了570多条线，从A排到K排，较弱的线用其他字母表示。

可见光谱中的氢吸收线

如果你通过棱镜观察太阳的光谱，你也许能观察到上面的图片。这些被称为夫琅和费线或吸收线。

1859年，古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫和罗伯特·本森通过观察元素燃烧时形成的光谱，指出每种化学元素的辐射都具有独特的“特征”，并得出太阳光谱中的暗线是由于太阳上层吸收元素而产生的结论。有些东西被地球大气中的氧分子吸收了。例如，通过用分光计观察燃烧的氢，我们可以观察到一组不同的辐射。

氢辐射

对比这两个数字，我们很容易看出这两条线是匹配的。在实验中，基尔霍夫和本生灯观察了太阳通过高温气体(来自本生灯)时的光谱，并比较了不同元素发射的光谱。本生灯就是在这个过程中发明的。

基尔霍夫-本生实验

一般来说，太阳光谱中有1000多条可观测的夫琅和费谱线。因为每种元素都有自己的特点，所以我们可以通过分析光谱线来推断太阳或任何未知物体的化学成分。

那么是什么导致了这种现象呢？

电子能级

原子由质子、中子和电子组成。质子带正电荷，电子带负电荷，中子不带电荷(电中性)。丹麦物理学家尼尔斯·玻尔设计了一个有助于解释吸收和发射谱线的原子模型。在他的模型中，质子和中子在原子核中，电子围绕原子核运动。值得注意的是，在这个模型中，电子只允许在离原子核一定距离的轨道上运行，就像行星只能在一定距离内绕太阳运行一样。离原子核越远，需要的能量就越多。每一个“距离”都被称为一个能级。电子可以在不同的能级之间移动，但它们需要交换能量。当我们讨论光子的能量时，我们也可以讨论波长，因为两者是相关的。所需能量由两个能级之间的能量差决定，不同元素的能级不同。将元素结合成分子也会改变能量需求。

光子的能量公式:

公式中的h为普朗克常数(6.624× 10 (-34) J S，频率f为波长λ的函数。

频率公式:

c为光速(3x108 ms-1)，λ为波长，单位为赫兹。

电子要移动到更高的能级，就必须获得能量。一种方法是用适当的能量吸收光子。当电子吸收光子时，相应的波长似乎从光谱中消失了，因为它已经被吸收了。相反，当电子移动到较低的能级时，它会释放出相同数量的能量，从而产生一条发射线。能级一般记录为n，第一能级为n = 2(对于原子核，n = 1)。从n = 2到n = 3，需要吸收能量，而从n = 3到n = 2，则释放能量。回到我们的氢原子，当它从太阳中的光子获得能量时，一个电子从n = 2跃迁到n = 3，形成了一条吸收线。当我们在燃烧器中加热氢气时，我们实际上用能量激活了电子，然后它再次释放能量。当电子回到n = 2时。电子可以从n = 2跳到n = 3，或者跳到n = 4，5，等等。下表总结了氢所需的能量。这也被称为balmer系列。

每种不同的元素都有自己独特的能级。当一个元素原子结合成一个分子时，能级会再次改变。正因为如此，我们几乎可以用光谱学来识别任何元素或化合物。

作者:蒂姆·特罗特

财政年度:玛格丽特

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