ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΦΩΤΟΣ - ΦΑΣΜΑΤΑ

Με τι χρώμα θα ζωγραφίζατε το Ήλιο;

Το φως του Ήλιου είναι λευκό. Το λευκό όμως δεν είναι ένα απλό χρώμα (όπως και πολλά άλλα χρώματα). Αποτελείται από πολλά χρώματα. Όταν αυτά τα χρώματα έρχονται ταυτόχρονα στο μάτι μας το αντιλαβανόμαστε ως λευκό. Ο Νεύτωνας ήταν ο πρώτος που ανέλυσε το φως. Ξεχώρισε το κάθε χρώμα ρίχνοντας το φως του Ήλιου πάνω σε ένα πρίσμα.

Φάσμα φωτός

Το σύνολο των χρωμάτων στα οποία αναλύεται το φως ονομάζεται φάσμα του φωτός. Το φάσμα αυτό είναι συνεχές δηλαδή περιέχει όλα τα χρώματα αρχίζοντας από το κόκκινο και φτάνοντας μέχρι το ιώδες. Το κάθε χρώμα χαρακτηρίζεται από έναν αριθμό. Αυτός ο αριθμός ονομάζεται μήκος κύματος. Το κόκκινο έχει μήκος κύματος λ=700 nm ενώ το ιώδες έχει μήκος κύματος λ=400 nm.

Τι σχέση έχουν όλα αυτά με τα άτομα; και όμως έχουν. Το φως δημιουργείται μέσα στα άτομα. Αυτές οι μικρές και αόρατες δομές είναι υπεύθυνες για ότι βλέπουμε γύρω μας.

Πρότυπο του Bohr

Ένα μοντέλο για το άτομο του υδρογόνου (του πιο απλού ατόμου) το οποίο μπορεί να εξηγήσει πως δημιουργείται το φως είναι το πρότυπο το Bohr. Το άτομο του Υδρογόνου αποτελείται από ένα πρωτόνιο και από ένα ηλεκτρόνιο. Το ηλεκτρόνιο εκτελεί κυκλική κίνηση σε καλά καθορισμένες οι οποίες ονομάζονται στοιβάδες. Η πρώτη στοιβάδα αντιστοιχεί στον αριθμό n=1 η δεύτερη στο n=2 κ.ο.κ. Το ηλεκτρόνιο δεν μπορεί να βρεθεί σε ενδιάμεση θέση παρά μόνο σε κάποια στοιβάδα.

Το ηλεκτρόνιο θέλει να βρίσκεται στην κατώτερη στοιβάδα n=1, στην στοιβάδα με την χαμηλότερη ενέργεια. Με διάφορους τρόπους (πχ με κρούση), το ηλεκτρόνιο μπορεί να απορροφήσει ενέργεια, να διεγερθεί και να ανέβει σε στοιβάδα υψηλότερης ενέργειας. Στην διεγερμένη αυτή κατάσταση παραμένει για πολύ λίγο χρονικό διάστημα (περίπου 10 δισεκατομμυριοστά του δευτερολέπτου) και στην συνέχεια μεταβαίνει σε μια στοιβάδα με χαμηλότερη ενέργεια εκπέμποντας φως με την μορφή σωματιδίων που ονομάζονται φωτόνια. Το χρώμα του φωτός που εκπέμπεται σχετίζεται με την αρχική και τελική στοιβάδα και είναι ορατό μόνο όταν το ηλεκτρόνιο πέφτει στην στοιβάδα n=2. Για όλες τις υπόλοιπες το φως δεν είναι στην ορατή περιοχή. Ίσως αναρωτιέστε τι φως είναι αυτό αν δεν το βλέπουμε. Στην φυσική όμως φως είναι και οι ακτινοβολίες που μας ζεσταίνουν φως είναι και το σήμα της τηλεόρασης του ραδιοφώνου κλπ.

Γραμμικό φάσμα εκπομπής αερίων

Παρατηρώντας τις διάφορες μεταπτώσεις του ηλεκτρονίου βλέπουμε πως κάθε φορά που μεταβαίνει στην στοιβάδα με n=2 εκπέμπεται και ένα φωτόνιο με ένα συγκεκριμένο χρώμα. Το φάσμα του φωτός που εκπέμπει το υδρογόνο αποτελείται από γραμμές και είναι διαφορετικό από αυτό που εκπέμπουν τα διάπυρα στερεά (λαμπτήρας) ή ο Ήλιος. Όταν τα άτομα στοιβάζονται το ένα πολύ κοντά στο άλλο όπως γίνεται στα στερεά σώματα τότε έχουμε πολλές γραμμές που διαφέρουν λίγο μεταξύ τους και δημιουργείται το συνεχές φάσμα. Το κάθε αέριο έχει το δικό μοναδικό σετ γραμμών εκπομπής. Είναι ένα στοιχείο ταυτότητας του αερίου. Είναι το δακτυλικό αποτύπωμα του αερίου.

Λίγα λόγια για τα φίλτρα

Τα φίλτρα αποτελούνται από κάποιες ουσίες οι οποίες απορροφούν ένα συγκεκριμένο κομμάτι του φάσματος του φωτός με αποτέλεσμα να φτάνει στα μάτια μας το υπόλοιπο φως. Αυτό το φως που φτάνει στα μάτια μας είναι το συμπληρωματικό χρώμα του φωτός που απορροφήθηκε. Έτσι το κίτρινο φίλτρο απορροφά το μπλε φως (B). Αν από το λευκό φως αφαιρέσεις το μπλε τότε το φως που μένει μας φαίνεται να έχει χρώμα κίτρινο. Όταν στην οθόνη του υπολογιστή σου βλέπεις κίτρινο χρώμα αυτό σημαίνει ότι δύο pixel ένα κόκκινο και ένα πράσινο στέλνουν φως και το αποτέλεσμα σου φαίνεται κίτρινο.

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΜΕΡΟΣ

Τα όργανα που θα χρειαστούμε είναι

1. Τροφοδοτικό υψηλής τάσης,
2. Φασματοσκόπιο,
3. Φίλτρα,
4. Λυχνίες.