تعريف الطيف
تتكون الطيف أو الخطوط الطيفية من تحول الإلكترونات بين المستويات المختلفة، وتنقسم هذه الخطوط الطيفية إلى خمس سلاسل وفقا لنطاق الأطوال الموجية، وسيتم شرح ذلك بعض الأمثلة على الطيف المرئي.
عند مرور الأشعة الكهرومغناطيسية عبر منشور، يتم تقسيم هذه الأشعة إلى مجموعة من الخطوط التي تشكل أطوال موجيةمختلفة، وتسمى هذه الخطوط الطيفية.
انواع الأطياف
يتوقف نوع الطيف المرئي الذي يمر عبر المنشور على نوع المادة التي تنتج الضوء، سواء كانت غازًا أو صلبة وما إذا كانت ساخنة أم باردة، ويتم تقسيم الأطياف إلى عدة أنواع
الطيف المستمر
الطيف الحراري” هو الإشعاع الكهرومغناطيسي في جميع الأطوال الموجية الذي ينبعث من الأجسام الكثيفة والحارة مثل النجوم والأقمار والكواكب. وتسمى هذه الأشياء بـ “الطيف الحراري.
الطيف الحراري
يأتي الكيف الحراري من اي غاز صلب ، او سائل ، او كثيف عند درجة حرارة تزيد عن الصفر المطلق ، وهو ابسط انواع الطيف وذلك بسبب أن شكله يعتمد على درجة الحرارة فقط ، ويتم إطلاق اسم طيف الجسم الاسود على الطيف الحراري ، والجسم الاسود هو جسم يقوم بامتصاص كل الضوء الساقط عليه دون أن يعكس اي منه ، لذلك يبدو اسود ، وعند تسخين الجسم الاسود ينبعث الضوء بكفاءة عالية دون أي فواصل في السطوع.
الطيف المنفصل
الطيف المنفصل هو الطاقة عند أطوال موجية محددة، ويقوم علماء الفلك بتقسيم الطيف المنفصل إلى خطوط الانبعاث (طيف الانبعاث) وخطوط الامتصاص (طيف الامتصاص)، ويتأثر الطيف المنفصل بعدة عوامل مثل درجة الحرارة والتركيب الكيميائي للجسم وجاذبية السطح وكثافة الغاز والسرعة وغيرها.
الطيف الهيدروجيني
يتم تكوين الطيف الذري للهيدروجين عند تعريض غاز الهيدروجين لإمكانية عالية وضغط منخفض في أنبوب التفريغ، مما يؤدي إلى إطلاقضوء ساطع يتم فصله إلى أشعة مختلفة عن طريق المنشور، ويتكون الطيف من خطوط منفصلة تتوافق مع أطوال موجية مختلفة.
يحدث طيف الهيدروجين عندما تنفصل ذرات جزيء الهيدروجين أثناء مرور التفريغ الكهربائي من خلاله، ويؤدي ذلك إلى إطلاق إشعاع كهرومغناطيسي بسبب تحفيز ذرات الهيدروجين، ويشمل ذلك إطلاق إشعاعات ترددية منفصلة.
أمثلة على الطيف المستمر
عندما يمر الضوء من خلال وسط، يبدو بزاوية مختلفة، وتعتمد الزاوية التي ينكسر بها الضوء على المادة التي يمر بها وطول موجاته، ويتم الحصول على الطيف المستمر.
يمثل قوس قزح مثال على الطيف المستمر ، فعند مرور ضوء الشمس من خلال قطرات المطر ، ويقوم بالانعكاس على الجزء الخلفي منها ، فينكسر بزوايا مختلفة حسب طوله الموجي ، ويمكن رؤية قوس قزح خافت حول الشمس أو القمر بشكل خافت الذي يحدث نتيجة انكسار الضوء من خلال بلورات الجليد المتواجدة في الغلاف الجوي.
أمثلة على طيف الامتصاص
يحدث طيف الامتصاص عندما يمر الضوء من مصدر ساخن ينتج طيفاً مستمراً، ثم يمر عبر غاز أكثر برودة ويتم امتصاص جزء من الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط من طيف المصدر، ويتم إظهار هذا الجزء الممتص من طيف المادة عبر نطاق من الترددات، وهذا هو عكس طيف الانبعاث.
من الأمثلة التي توضح طيف الامتصاص، استخدامه في تحديد العناصر الموجودة في الغازات أو السوائل؛ حيث تحتوي جميع العناصر الكيميائية على خطوط امتصاص ذات أطوال موجية محددة، والتي تختلف تبعا لاختلافات مستويات الطاقة في مدارات العنصر. ويتم استخدام هذه الطريقة للتعرف على العناصر الموجودة في النجوم والأجسام الغازية الأخرى التي لا يمكن قياسها مباشرة.
الطيف الكهرومغناطيسي
الطيف الكهرومغناطيسي هو مدى ترددات وأطوال موجية مختلفة للإشعاع الكهرومغناطيسي، ويتكون من سبعة نطاقات مختلفة تتراوح بين الترددات العالية والأطوال الموجية القصيرة، وهذه النطاقات هي:
- الأشعة تحت الحمراء.
- الأشعة السينية.
- الضوء المرئي.
- الأشعة فوق البنفسجية.
- موجات الراديو.
- أشعة جاما.
- الموجات الدقيقة.
تُعتبر موجات الراديو منخفضة الطاقة وتتميز بالتردد، بينما تُعبر عن الأشعة تحت الحمراء والموجات الدقيقة والأشعة فوق البنفسجية والأشعة المرئية بالطول الموجي، ومنناحية أخرى، تتم التعبير عن أشعة جاما والأشعة السينية بالطاقة الخاصة بكل فوتون.
تأتي موجات الراديو في أدنى نطاق من الطيف الكهرومغناطيسي، وتصل تردداتها إلى ما يقرب من 30 مليار هرتز، وطول موجاتها يكون أكبر من حوالي 10 ملم، ويتم استخدام موجات الراديو في الاتصالات ووسائل الترفيه.
الموجات الدقيقة ؛ تمتلك الموجات الدقيقة ترددات تصل إلى 30 تريليون هرتز ، وأطوال موجية تصل إلى 100 ميكرومتر وتقع في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء ، ويتم استخدام الموجات الدقيقة في الاتصالات ذات النطاق الترددي العالي ، والرادار ، وكمصدر حرارة لأفران الميكروويف والتطبيقات الصناعية.
تقع الأشعة تحت الحمراء في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين الموجات الدقيقة والضوء المرئي ، وتحتوي على ترددات تتراوح بين 30 تيراهرتز و 400 تيراهرتز ، وأطوال موجية تصل إلى حوالي 740 نانومتر. وضوء الأشعة تحت الحمراء غير مرئي للعين المجردة ، ولكن يمكن للإنسان أن يشعر به كحرارة إذا كانت كافية الشدة.
يتميز الضوء المرئي بترددات تصل إلى 800 تيراهرتز وأطوال موجية تصل إلى 380 نانومتر ويمتد في منتصف الكيف الكهرومغناطيسي، ويمكن رؤيته بالعين المجردة.
الأشعة فوق البنفسجية ؛ تمتلك ترددات تصل إلى ما يقرب من 3 × 1016 هرتز ، وأطوال موجية تصل إلى 10 نانومتر ، وضوء الأشعة فوق البنفسجية هو أحد مكونات ضوء الشمس إلا أنه غير مرئي بالعين المجردة ، وتدخل الأشعة فوق البنفسجية في التطبيقات الطبية والصناعية مع انها تضر بالأنسجة الحية.
تنقسم الأشعة السينية إلى نوعين؛ الأشعة السينية القاسية والأشعة السينية اللينة، والتي تشتمل على نطاق الطيف الكهرومغناطيسي بين أشعة جاما والأشعة فوق البنفسجية، وتتميز بترددات تصل إلى 1018 هرتز وأطوال موجية تصل إلى 100 بيكومتر.
تقع أشعة جاما في نطاق الطيف الكهرومغناطيسي فوق الأشعة السينية اللينة، وتتميز بترددات أعلى من 1018 هرتز وأطوال موجية أقل من 100 ميكرومتر. وتؤدي أشعة جاما إلى تلف الأنسجة الحية، لذلك يتم استخدامها بجرعات محددة لقتل الخلايا السرطانية.