خصائص الطيف المستمر .. وأمثلة عليهما

ما هو الطيف المستمر

عند تسليط الضوء الأبيض على منشور، يتبين وجود قوس قزح من الألوان، ويطلق عليه هذا التشتت ويحدث بسبب اختلاف الأطوال الموجية أو الألوان أو الانكسار أو الانحناءات بمقادير مختلفة داخل المنشور.

يمكن وصف القوس قزح بأنه طيف، وإذا امتد الطيف على طول الطريق من الأحمر إلى البنفسجي دون فجوات، فهو طيف مستمر ويسمى أيضا الأطياف الحرارية أو الأطياف الجسم الأسود. ويحتوي شعاع الضوء الأبيض على طيف مستمر تماما، كما لو كان في ظروف معملية معينة. ويمكن إنشاء طيف مستمر عن طريق تسخين مادة حتى تتوهج، ولكن معظم الضوء، حتى ضوء الشمس، لا يحتوي على طيف مستمر.

كيف يتم إنشاء الأطياف المستمرة؟
لإنشاء طيف مستمر، يتعين كسر الضوء عند حدوث الانكسار عندما يمر الضوء عبر وسط معين، مما يجعله يظهر بزاوية مختلفة. وتعتمد زاوية الانكسار على المادة التي يمر بها الضوء وعلى طول موجة الضوء. وهذا هو السبب الذي يجعل المنشور يحول ضوء الشمس إلى قوس قزح، حيث تخرج الأطوال الموجية المختلفة للضوء من المنشور بزوايا قليلة متفاوتة. ويسمى تأثير الانكسار العام بالتشت.

لماذا لا تصدر جميع المصابيح أطيافا مستمرة؟

من أجل إنتاج طيف مستمر يجب استخدام الضوء الذي يحتوي على جميع الأطوال الموجية للضوء المرئي ويحتوي الإشعاع الشديد الناتج عن الحرارة على جميع الأطوال الموجية المرئية وبالتالي يمكن لكل من ضوء الشمس وضوء المصابيح المتوهجة إنتاج أطياف مستمرة ومع ذلك فإن المصابيح الأخرى تبعث ضوءاً لبعض الأطوال الموجية فقط بحيث لا ينتج الضوء أطيافاً مستمرة عند مروره عبر منشور.

خصائص الطيف المستمر

يتحرك الضوء المرئي بأطوال موجية مختلفة، وكل من هذه الأطوال الموجية يتوافق مع لون مختلف، والطيف المستمر هو وجود كل الأطوال الموجية للضوء المرئي، ومن ثم يظهر الطيف المستمر كقوس قزح لجميع الألوان الممكنة. ويحدث الأطياف المستمرة من تلقاء نفسها في الطبيعة بناء على الظروف الجوية المناسبة. ويمكن استخدام المنشورات لإنشاء أطياف مستمرة.

فيما يلي بعض السمات الرئيسية للطيف الحراري (المستمر):

• تنتج جميع الأجسام الكثيفة (المواد الصلبة والسائلة والغازية) طيفًا مستمرًا للحرارة، وذلك لأن كل شيء في الكون يعلى عن درجة حرارة الصفر المطلق.
• يعتمد الشكل على درجة حرارة الجسم فقط، وليس على تركيبته الكيميائية.
• تؤدي زيادة حرارة الجسم إلى زيادة إنتاج الضوء على جميع الأطوال الموجية بشكل أكبر مما كان عليه عندما كانت درجة الحرارة أبرد.
• مع زيادة درجة حرارة الجسم، يتحول ذروة منحنى الطيف الحراري إلى أطوال موجية أقصر، مما يؤدي إلى زيادة الترددات. وبالتالي، تظهر الأشياء الباردة باللون الأحمر أو البرتقالي، والأشياء الأكثر سخونة تظهر باللون الأصفر أو الأبيض، والأشياء الساخنة جدا تظهر باللون الأزرق أو الأرجواني.

أمثلة على الطيف المستمر

قوس قزح

• عندما نتحدث عن الأطياف المستمرة، يتبادر إلى الذهن قوس قزح الذي يحدث عندما ينكسر ضوء الشمس عبر قطرات الرطوبة الصغيرة المتبقية في السماء بعد هطول الأمطار، ويتكون من جميع الألوان السبعة من الأحمر إلى البنفسجي.
• على الرغم من ذلك، لا يعد قوس قزح مثالا مثاليا للطيف المستمر، حيث ستدرك قريبا عندما يتعرض لضوء الشمس من خلال مقياس الطيف، وأحد متطلبات الطيف المستمر الحقيقي هو عدم وجود فجوات في العرض البياني. وقد يحتوي قوس قزح على جميع الأطوال الموجية السبعة لضوء الشمس، ولكن هناك فجوات بين الخطوط، حيث لا يمكن رؤية أي شيء. تنجم هذه الفجوات عن وجود عناصر مثل الهليوم والهيدروجين في ضوء الشمس وأيضا في الشمس نفسها.
• إذا كنت ترغب في الحصول على منشور مستمر مثالي فأنت بحاجة إلى بيئة معملية جيدة الإعداد أو منشأة بها معدات تنبعث منها ضوء أبيض ويجب أن يمنع الإعداد أي ضوء آخر من دخول الغرفة لأن هذا قد يتسبب في حدوث تداخل ويعد تعريض الضوء الأبيض من خلال منشور هو أبسط طريقة للحصول على طيفك المستمر.
• قبل أن يقدم العالم إسحاق نيوتن دليلا على تجاربه، كان يعتقد أن الضوء الأبيض نقي وأنه يتكون من أحد الألوان الأساسية، وقام بإجراء تجربتين شهيرتين، حيث مرر الضوء الأبيض عبر خرز لتقطيع الضوء إلى أطوال موجية مختلفة، ودوران قرص دائري (وقد رسم جميع الألوان السبعة بالترتيب الصحيح) بسرعة.

النجوم والأقمار

• مثال آخر على الطيف المستمر هو جسم متوهج وعندما يتم تسخين الذرات إلى نقطة التوهج فإنها تتخلص من كل الطاقة التي تمتصها وتنبعث منها ضوء أبيض يحتوي على جميع الأطوال الموجية ومن السهل أيضاً فهم أن هذا هو السبب في أن الأجسام الساخنة مثل النجوم والأقمار تنبعث منها ضوء أبيض نقي في الليل.

مصابيح LED

• يستخدم مصابيح LED أو الثنائيات الباعثة للضوء عرفا باسم طيف مستمر أكثر شمولية بالمقارنة مع الأضواء الملونة الأخرى أو الأضواء المتوهجة. ويتميز الطيف المستمر بعدم انقطاعه عند ارتفاع طول الموجة من الضوء المرئي، حيث يتحول إلى اللون المرئي التالي.
• يعرض طيف الانبعاث خطوطًا بيضاء محددة على الرسم البياني عند أطوال موجية محددة، ويتم تمييز هذه المواقف بوضوح على الطيف، بينما يتم عرض خطوط محددة من الترسيم على الطيف في طيف الامتصاص، ويتم قطع الأشعة الكهرومغناطيسية عند طول موجي محدد ولا يمكن أن تمر عبر المادة التي تمتصها.
• الفرق بين مصابيح LED والإضاءة المتوهجة التقليدية غير الفعالة من حيث الطاقة هو أن هناك خطوط داكنة عند علامات محددة على الطيف لمصابيح LED التي تحتوي على أطياف مستمرة، وتستمر مصابيح LED في التقدم في الإضاءة والتقنية.

شلال

• يحدث الطيف المستمر عندما يمر ضوء الشمس في مياه الشلال وينعكس على الجزء الخلفي منه، ثم يخرج الضوء من ماء الشلال وينكسر بزوايا مختلفة وفقًا لطول الموجة.
• غالبا ما يمكن رؤية ظاهرة شبيهة بقوس قزح عند وجود كمية كبيرة من الماء في الهواء، مثل قاعدة شلال، أو عند رش النباتات بالماء بجوار النافذة.

المنشور الثلاثي

• يمكن إنشاء طيف مستمر باستخدام منشور، ويمكن صنع المنشورات من أي مادة شفافة بزاوية تسمح بانكسار الضوء.
• على سبيل المثال يحتوي المنشور الثلاثي القياسي على جانبين مائلين بالنسبة للقاعدة وسوف يدخل ضوء الحادث ويخرج من خلال المنشور بزوايا مختلفة هذا يبالغ في انكسار الضوء وعندما يترك المنشور يتشتت في طيف مستمر وقد ترى أيضاً أطيافاً مستمرة عندما ينعكس الضوء وينكسر بواسطة الأخاديد الموجودة على سطح قرص مضغوط.

الفرق بين الطيف الخطي والطيف المستمر

عندما يأتي الطيف المستمر كما هو الحال في قوس قزح من الضوء الأبيض يتضح طيف الخط في المركبات الملونة ويحتوي الطيف الضوئي على عدد قليل من الأطوال الموجية أو الخطوط وتميل الذرات إلى امتصاص بعض الأطوال الموجية عندما يمر الإشعاع الكهرومغناطيسي من خلالها والتي لا تظهر سوى عدد قليل من خطوط الامتصاص الضيقة عند تسجيلها.

ثغرات الطيف:

• الطيف المستمر: عدم وجود فجوات مرئية بين الخطوط.
• طيف الخط: يوجد ثغرات كبيرة.

الطول الموجي للأطياف:

• الطيف المستمر: جميع الأطوال الموجية.
• طيف الخط: أطوال موجية قليلة فقط.