লাইন বর্ণালী। অপটিক্স, পদার্থবিদ্যা (গ্রেড 8)। লাইন শোষণ এবং নির্গমন বর্ণালী

2024 লেখক: Angel Austin | [email protected]. সর্বশেষ পরিবর্তিত: 2023-12-17 05:18

লাইন স্পেকট্রা - এটি সম্ভবত একটি গুরুত্বপূর্ণ বিষয় যা আলোকবিদ্যা বিভাগে 8ম শ্রেণির পদার্থবিদ্যা কোর্সে বিবেচনা করা হয়। এটি গুরুত্বপূর্ণ কারণ এটি আমাদের পারমাণবিক গঠন বুঝতে এবং সেইসাথে আমাদের মহাবিশ্ব অধ্যয়ন করতে এই জ্ঞান ব্যবহার করতে দেয়। আসুন নিবন্ধে এই সমস্যাটি বিবেচনা করা যাক।

ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক স্পেকট্রার ধারণা

প্রথম, আসুন ব্যাখ্যা করা যাক নিবন্ধটি কী সম্পর্কে হবে৷ সবাই জানে যে আমরা যে সূর্যালোক দেখি তা ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ। যেকোনো তরঙ্গ দুটি গুরুত্বপূর্ণ পরামিতি দ্বারা চিহ্নিত করা হয় - এর দৈর্ঘ্য এবং ফ্রিকোয়েন্সি (এর তৃতীয়, কম গুরুত্বপূর্ণ বৈশিষ্ট্য হল প্রশস্ততা, যা বিকিরণের তীব্রতা প্রতিফলিত করে)।

ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বিকিরণের ক্ষেত্রে, উভয় পরামিতি নিম্নলিখিত সমীকরণে সম্পর্কিত: λν=c, যেখানে গ্রীক অক্ষর λ (lambda) এবং ν (nu) সাধারণত তরঙ্গদৈর্ঘ্য এবং এর ফ্রিকোয়েন্সি নির্দেশ করে, যথাক্রমে, এবং c হল আলোর গতি। যেহেতু পরেরটি ভ্যাকুয়ামের জন্য একটি ধ্রুবক মান, তাই ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের দৈর্ঘ্য এবং ফ্রিকোয়েন্সি একে অপরের বিপরীতভাবে সমানুপাতিক।

পদার্থবিজ্ঞানে ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বর্ণালী গৃহীত হয়সংশ্লিষ্ট বিকিরণ উত্স দ্বারা নির্গত বিভিন্ন তরঙ্গদৈর্ঘ্যের (ফ্রিকোয়েন্সি) সেটের নাম দিন। যদি পদার্থটি শোষণ করে, কিন্তু তরঙ্গ নির্গত না করে, তাহলে কেউ একটি শোষণ বা শোষণ বর্ণালীর কথা বলে।

ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক স্পেকট্রা কি?

সাধারণত, তাদের শ্রেণীবিভাগের জন্য দুটি মানদণ্ড রয়েছে:

1. বিকিরণ ফ্রিকোয়েন্সি দ্বারা।
2. ফ্রিকোয়েন্সি বন্টন পদ্ধতি অনুযায়ী।

আমরা এই নিবন্ধে ১ম প্রকারের শ্রেণীবিভাগের বিবেচনায় থাকব না। এখানে আমরা শুধুমাত্র সংক্ষেপে বলব যে উচ্চ কম্পাঙ্কের ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ রয়েছে, যেগুলিকে গামা বিকিরণ বলা হয় (>10²⁰ Hz) এবং এক্স-রে (10^{18) -10} 19 ^{Hz)। অতিবেগুনী বর্ণালী ইতিমধ্যেই কম ফ্রিকোয়েন্সি (10}15^-1017 ^{Hz)। দৃশ্যমান বা অপটিক্যাল বর্ণালী 10}14 ^{Hz ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জের মধ্যে থাকে, যা 400 µm থেকে 700 µm পর্যন্ত দৈর্ঘ্যের একটি সেটের সাথে মিলে যায় (কিছু লোক একটু "বিস্তৃত" দেখতে সক্ষম হয়: 380 µm থেকে 780 µm পর্যন্ত)। নিম্ন ফ্রিকোয়েন্সিগুলি ইনফ্রারেড বা তাপীয় বর্ণালী, সেইসাথে রেডিও তরঙ্গের সাথে মিলে যায়, যা ইতিমধ্যে বেশ কয়েক কিলোমিটার দীর্ঘ হতে পারে৷}

পরে প্রবন্ধে, আমরা ২য় প্রকারের শ্রেণীবিন্যাসটি ঘনিষ্ঠভাবে দেখব, যা উপরের তালিকায় উল্লেখ করা হয়েছে।

রেখা এবং ক্রমাগত নির্গমন বর্ণালী

অবশ্যই যে কোনও পদার্থ, যদি উত্তপ্ত হয় তবে তা ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ নির্গত করবে। তারা কি ফ্রিকোয়েন্সি এবং তরঙ্গদৈর্ঘ্য হবে? এই প্রশ্নের উত্তর নির্ভর করে অধ্যয়নের অধীন পদার্থের সমষ্টির অবস্থার উপর৷

তরল এবং কঠিন পদার্থ নির্গত হয়, একটি নিয়ম হিসাবে, ফ্রিকোয়েন্সিগুলির একটি অবিচ্ছিন্ন সেট, অর্থাৎ, তাদের মধ্যে পার্থক্য এতই কম যে আমরা বিকিরণের একটি অবিচ্ছিন্ন বর্ণালী সম্পর্কে কথা বলতে পারি। পালাক্রমে, যদি কম চাপযুক্ত একটি পারমাণবিক গ্যাস উত্তপ্ত হয়, তবে এটি কঠোরভাবে সংজ্ঞায়িত তরঙ্গদৈর্ঘ্য নির্গত করে "উজ্জ্বল" হতে শুরু করবে। যদি পরেরটি ফটোগ্রাফিক ফিল্মে বিকশিত হয়, তবে সেগুলি সংকীর্ণ লাইন হবে, যার প্রতিটি একটি নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সি (তরঙ্গদৈর্ঘ্য) এর জন্য দায়ী। তাই, এই ধরনের বিকিরণকে লাইন নির্গমন বর্ণালী বলা হত।

রেখা এবং ধারাবাহিকের মধ্যে একটি মধ্যবর্তী ধরণের বর্ণালী রয়েছে, যা সাধারণত পারমাণবিক গ্যাসের পরিবর্তে একটি আণবিক নির্গত করে। এই ধরনের বিচ্ছিন্ন ব্যান্ড, যার প্রতিটি, বিস্তারিতভাবে পরীক্ষা করা হলে, পৃথক সংকীর্ণ লাইন থাকে।

রেখা শোষণ বর্ণালী

আগের অনুচ্ছেদে যা বলা হয়েছিল তা পদার্থ দ্বারা তরঙ্গের বিকিরণকে উল্লেখ করেছে। তবে এর শোষণ ক্ষমতাও রয়েছে। আসুন স্বাভাবিক পরীক্ষাটি চালিয়ে নেওয়া যাক: আসুন একটি ঠান্ডা নিঃসৃত পারমাণবিক গ্যাস (উদাহরণস্বরূপ, আর্গন বা নিয়ন) নিন এবং একটি ভাস্বর বাতি থেকে সাদা আলোকে এর মধ্য দিয়ে যেতে দিন। এর পরে, আমরা গ্যাসের মধ্য দিয়ে যাওয়া আলোক প্রবাহ বিশ্লেষণ করি। দেখা যাচ্ছে যে যদি এই ফ্লাক্সটি পৃথক ফ্রিকোয়েন্সিগুলিতে পচে যায় (এটি একটি প্রিজম ব্যবহার করে করা যেতে পারে), তবে কালো ব্যান্ডগুলি পর্যবেক্ষণ করা অবিচ্ছিন্ন বর্ণালীতে উপস্থিত হয়, যা নির্দেশ করে যে এই ফ্রিকোয়েন্সিগুলি গ্যাস দ্বারা শোষিত হয়েছিল। এই ক্ষেত্রে, কেউ একটি লাইন শোষণ বর্ণালীর কথা বলে।

XIX শতাব্দীর মাঝামাঝি। গুস্তাভ নামের জার্মান বিজ্ঞানীকির্চহফ একটি খুব আকর্ষণীয় সম্পত্তি আবিষ্কার করেছিলেন: তিনি লক্ষ্য করেছিলেন যে ক্রমাগত বর্ণালীতে কালো রেখাগুলি যে জায়গাগুলিতে উপস্থিত হয় তা একটি নির্দিষ্ট পদার্থের বিকিরণের ফ্রিকোয়েন্সির সাথে হুবহু মিলে যায়। বর্তমানে, এই বৈশিষ্ট্যটিকে Kirchhoff's Law বলা হয়৷

বালমার, লিমান এবং পাশেন সিরিজ

19 শতকের শেষের পর থেকে, সারা বিশ্বের পদার্থবিদরা রেডিয়েশনের লাইন স্পেকট্রা কী তা বোঝার চেষ্টা করেছেন। এটি পাওয়া গেছে যে প্রদত্ত রাসায়নিক উপাদানের প্রতিটি পরমাণু যে কোনও পরিস্থিতিতে একই নির্গততা প্রদর্শন করে, অর্থাৎ, এটি শুধুমাত্র নির্দিষ্ট ফ্রিকোয়েন্সির ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ নির্গত করে৷

এই সমস্যাটির প্রথম বিশদ গবেষণাটি সুইস পদার্থবিদ বালমার দ্বারা পরিচালিত হয়েছিল। তার পরীক্ষায়, তিনি উচ্চ তাপমাত্রায় উত্তপ্ত হাইড্রোজেন গ্যাস ব্যবহার করেছিলেন। যেহেতু হাইড্রোজেন পরমাণুটি সমস্ত পরিচিত রাসায়নিক উপাদানগুলির মধ্যে সবচেয়ে সহজ, এটিতে বিকিরণ বর্ণালীর বৈশিষ্ট্যগুলি অধ্যয়ন করা সবচেয়ে সহজ। বালমার একটি আশ্চর্যজনক ফলাফল পেয়েছেন, যা তিনি নিম্নলিখিত সূত্র হিসাবে লিখেছিলেন:

1/λ=R_H(1/4-1/n²)।

এখানে λ নির্গত তরঙ্গের দৈর্ঘ্য, R_H - কিছু ধ্রুবক মান, যা হাইড্রোজেনের জন্য 1, 09710⁷ m ^-1, n হল 3 থেকে শুরু হওয়া একটি পূর্ণসংখ্যা, যেমন 3, 4, 5 ইত্যাদি।

সমস্ত দৈর্ঘ্য λ, যা এই সূত্র থেকে পাওয়া যায়, মানুষের কাছে দৃশ্যমান অপটিক্যাল স্পেকট্রামের মধ্যে থাকে। হাইড্রোজেনের জন্য λ মানের এই সিরিজকে বর্ণালী বলা হয়বালমার।

পরবর্তীকালে, উপযুক্ত সরঞ্জাম ব্যবহার করে, আমেরিকান বিজ্ঞানী থিওডোর লিমান অতিবেগুনী হাইড্রোজেন বর্ণালী আবিষ্কার করেন, যা তিনি বাল্মারের অনুরূপ একটি সূত্র দিয়ে বর্ণনা করেছিলেন:

1/λ=R_H(1/1-1/n²)।

অবশেষে, আরেক জার্মান পদার্থবিজ্ঞানী, ফ্রেডরিখ পাসচেন, ইনফ্রারেড অঞ্চলে হাইড্রোজেন নির্গমনের জন্য একটি সূত্র পান:

1/λ=R_H(1/9-1/n²)।

তবুও, 1920-এর দশকে শুধুমাত্র কোয়ান্টাম মেকানিক্সের বিকাশ এই সূত্রগুলি ব্যাখ্যা করতে পারে৷

রাদারফোর্ড, বোর এবং পারমাণবিক মডেল

20 শতকের প্রথম দশকে, আর্নেস্ট রাদারফোর্ড (নিউজিল্যান্ডের বংশোদ্ভূত ব্রিটিশ পদার্থবিদ) বিভিন্ন রাসায়নিক উপাদানের তেজস্ক্রিয়তা অধ্যয়নের জন্য অনেক পরীক্ষা-নিরীক্ষা চালান। এই গবেষণার জন্য ধন্যবাদ, পরমাণুর প্রথম মডেলের জন্ম হয়েছিল। রাদারফোর্ড বিশ্বাস করতেন যে পদার্থের এই "শস্য" একটি বৈদ্যুতিকভাবে ধনাত্মক নিউক্লিয়াস এবং তার কক্ষপথে ঘূর্ণায়মান ঋণাত্মক ইলেকট্রন নিয়ে গঠিত। কুলম্ব বাহিনী ব্যাখ্যা করে যে কেন পরমাণু "বিচ্ছিন্ন হয় না", এবং ইলেকট্রনের উপর কাজ করে কেন্দ্রীভূত শক্তির কারণ হল পরেরটি নিউক্লিয়াসে পড়ে না।

এই মডেলে সবকিছুই যৌক্তিক বলে মনে হচ্ছে, একটি বাদে। আসল বিষয়টি হ'ল বক্ররেখার গতিপথ বরাবর চলার সময়, যে কোনও চার্জযুক্ত কণাকে অবশ্যই ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ বিকিরণ করতে হবে। কিন্তু স্থিতিশীল পরমাণুর ক্ষেত্রে এই প্রভাব পরিলক্ষিত হয় না। তারপর দেখা যাচ্ছে যে মডেল নিজেই ভুল?

এতে প্রয়োজনীয় সংশোধনী আনা হয়েছেআরেকজন পদার্থবিদ হলেন ডেন নিলস বোর। এই সংশোধনীগুলি এখন তার পোস্টুলেট হিসাবে পরিচিত। বোহর রাদারফোর্ডের মডেলে দুটি প্রস্তাব প্রবর্তন করেছিলেন:

• ইলেকট্রন একটি পরমাণুর মধ্যে স্থির কক্ষপথে চলে, যখন তারা ফোটন নির্গত বা শোষণ করে না;
• বিকিরণ (শোষণ) প্রক্রিয়া তখনই ঘটে যখন একটি ইলেকট্রন এক কক্ষপথ থেকে অন্য কক্ষপথে চলে যায়।

স্থির বোহর কক্ষপথ কি, আমরা পরবর্তী অনুচ্ছেদে বিবেচনা করব।

শক্তির মাত্রার পরিমাপকরণ

একটি পরমাণুর মধ্যে একটি ইলেক্ট্রনের স্থির কক্ষপথ, যা বোহর প্রথম বলেছিলেন, এই কণা-তরঙ্গের স্থিতিশীল কোয়ান্টাম অবস্থা। এই রাজ্যগুলি একটি নির্দিষ্ট শক্তি দ্বারা চিহ্নিত করা হয়। পরেরটির মানে হল যে পরমাণুর ইলেকট্রন কিছু শক্তিতে "ভাল" আছে। বাইরে থেকে ফোটনের আকারে অতিরিক্ত শক্তি পেলে সে আরেকটি "গর্তে" প্রবেশ করতে পারে।

হাইড্রোজেনের জন্য লাইন শোষণ এবং নির্গমন বর্ণালীতে, যার সূত্রগুলি উপরে দেওয়া হয়েছে, আপনি দেখতে পাচ্ছেন যে বন্ধনীতে প্রথম পদটি হল 1/m^{2, যেখানে m=1, 2, 3.. একটি পূর্ণসংখ্যা। এটি স্থির কক্ষপথের সংখ্যা প্রতিফলিত করে যেখানে ইলেকট্রন উচ্চতর শক্তি স্তর n থেকে যায়।}

কিভাবে তারা দৃশ্যমান পরিসরে স্পেকট্রা অধ্যয়ন করে?

উপরে আগেই বলা হয়েছে যে এর জন্য কাচের প্রিজম ব্যবহার করা হয়। এটি প্রথম আইজ্যাক নিউটন 1666 সালে করেছিলেন, যখন তিনি দৃশ্যমান আলোকে রংধনু রঙের একটি সেটে পচেছিলেন। এর কারণযা এই প্রভাব পরিলক্ষিত হয় তরঙ্গদৈর্ঘ্যের উপর প্রতিসরণ সূচকের নির্ভরতার মধ্যে। উদাহরণস্বরূপ, নীল আলো (স্বল্প তরঙ্গ) লাল আলোর (দীর্ঘ তরঙ্গ) চেয়ে বেশি প্রতিসৃত হয়।

মনে রাখবেন যে সাধারণ ক্ষেত্রে, যখন ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের একটি রশ্মি যেকোন বস্তুগত মাধ্যমে চলে, তখন এই রশ্মির উচ্চ-ফ্রিকোয়েন্সি উপাদানগুলি সর্বদা প্রতিসৃত হয় এবং কম-ফ্রিকোয়েন্সিগুলির তুলনায় আরও শক্তিশালীভাবে বিক্ষিপ্ত হয়। একটি প্রধান উদাহরণ হল আকাশের নীল রঙ।

লেন্স অপটিক্স এবং দৃশ্যমান বর্ণালী

লেন্স দিয়ে কাজ করার সময়, প্রায়ই সূর্যের আলো ব্যবহার করা হয়। যেহেতু এটি একটি অবিচ্ছিন্ন বর্ণালী, লেন্সের মধ্য দিয়ে যাওয়ার সময়, এর ফ্রিকোয়েন্সিগুলি ভিন্নভাবে প্রতিসৃত হয়। ফলস্বরূপ, অপটিক্যাল ডিভাইসটি এক পর্যায়ে সমস্ত আলো সংগ্রহ করতে অক্ষম হয়, এবং ইরিডিসেন্ট শেডগুলি উপস্থিত হয়। এই প্রভাবটি বর্ণবিকৃতি হিসাবে পরিচিত।

লেন্স অপটিক্সের নির্দেশিত সমস্যাটি আংশিকভাবে উপযুক্ত যন্ত্রগুলিতে (অণুবীক্ষণ যন্ত্র, টেলিস্কোপ) অপটিক্যাল চশমার সংমিশ্রণ ব্যবহার করে সমাধান করা হয়।