Din punctul de vedere al abilităților înnăscute de a percepe informații din mediu, o persoană este o creatură destul de jalnică. Simțul nostru olfactiv nu poate fi comparat cu instinctul fraților noștri din clasa mai mică de mamifere - urșii polari, de exemplu, pot mirosi mâncarea de la un kilometru și jumătate distanță, iar câinii din anumite rase sunt capabili să ridice un patru- urmă de o zi. Aparatul nostru auditiv nu este adaptat să primească întreaga bandă de vibrații acustice - nu putem auzi direct conversațiile elefanților în infrasunete, iar în domeniul ultrasonic, nici conversațiile delfinilor, nici semnalele de ecolocație ale liliecilor nu ne sunt disponibile.

Și nu contează deloc pentru umanitate situația cu percepția radiațiilor electromagnetice - simțim direct doar o mică parte din ele, pe care o numim lumina vizibila. În cursul evoluției, omul, ca și multe alte mamifere, și-au pierdut capacitatea de a urma urmele în infraroșu a prăzii, precum șerpii; sau vezi ultraviolete, cum ar fi insecte, păsări, pești și unele mamifere.

Deși urechea umană poate simți presiunea sonoră într-o gamă largă de la 2 * 10–5 Pa (pragul de auz) la 20 Pa (pragul de durere), suntem relativ prost în a distinge sunetele după volum (nu degeaba scala de putere a vibrațiile acustice sunt logaritmice!). Dar natura ne-a înzestrat cu capacitatea de a determina foarte precis diferența dintre frecvențele semnalelor acustice de intrare, care, la rândul lor, au jucat un rol decisiv în formarea omului ca stăpân al planetei. Aceasta se referă la dezvoltarea vorbirii și utilizarea sa pentru planificarea și organizarea vânătorii de haită, protecția împotriva dușmanilor naturali sau a grupurilor ostile de oameni.

Atribuirea unor concepte a unei combinații stabile de sunete articulate de un aparat dezvoltat corzi vocale, strămoșii noștri și-au transmis dorințele și gândurile altora. Analizând vorbirea altora după ureche, ei, la rândul lor, au înțeles dorințele și gândurile altora. Coordonând eforturile membrilor săi în timp și spațiu, un stol de oameni primitivi s-au transformat într-o comunitate umană și chiar într-un super prădător care vânează cel mai mare animal terestru - mamutul.

Discursul dezvoltat a fost folosit nu numai pentru comunicarea în cadrul unui grup de oameni, ci și pentru comunicarea între specii cu animale domestice - border collies, de exemplu, conform cercetărilor efectuate de oamenii de știință de la Universitatea British Columbia, sunt capabili să memoreze peste 30 de comenzi și executați-le cu acuratețe aproape prima dată. Sistemele de semnalizare similare sunt rudimentare la aproape toate animalele de haita, indiferent de clasă și habitat. De exemplu, păsări (corvide) și mamifere: lupi, hiene, câini și delfini, fără a număra tot felul de maimuțe care duc un stil de viață haită. Dar numai omul a folosit vorbirea ca mijloc de transmitere a informațiilor către următoarea generație de oameni, ceea ce a contribuit la acumularea de cunoștințe despre lumea din jurul său.

Un eveniment epocal în dezvoltarea omenirii în formă modernă a fost invenția scrisului – hieroglific în China anticăși Egiptul antic, cuneiform în Mesopotamia (Mesopotamia) și alfabetic în Fenicia antică. Popoarele europene încă îl folosesc pe acesta din urmă, deși, trecând succesiv prin Grecia antică și Roma, inscripțiile literelor feniciene - simboluri deosebite ale sunetelor - s-au schimbat oarecum.

Un alt eveniment epocal din istoria omenirii a fost inventarea tiparului. A permis o gamă largă de oameni să se alăture cunoștințe științifice, accesibilă anterior doar unui cerc restrâns de asceți și gânditori. Acest lucru nu a întârziat să afecteze ritmul progresului științific și tehnologic.

Descoperirile și invențiile făcute în ultimele patru secole ne-au schimbat literalmente viața peste cap și au pus bazele pentru tehnologii moderne transmisia si procesarea semnalelor analogice si digitale. Acest lucru a fost facilitat în mare măsură de dezvoltarea gândirii matematice - secțiunile dezvoltate de analiză matematică, teoria câmpului și multe altele au oferit oamenilor de știință și inginerilor un instrument puternic pentru prognoza, cercetarea și calcularea dispozitivelor și instalațiilor tehnice pentru experimente fizice. Unul dintre aceste instrumente a fost analiza spectrală a semnalelor și cantităților fizice.

Spectrul sunetului viorii, nota G a octavei a doua (G5); spectrul arată clar că sunetul viorii constă dintr-o frecvență fundamentală de aproximativ 784 Hz și o serie de tonuri cu amplitudine care scade odată cu creșterea frecvenței; dacă tonurile sunt tăiate, lăsând doar sunetul frecvenței fundamentale, atunci sunetul viorii se va transforma în sunetul unui diapazon sau al unui generator de frecvență sinusoidal.

Descoperirea posibilității de a transfera spectrul oscilațiilor acustice în regiunea frecvențelor superioare de oscilații electromagnetice (modulație) și transformarea sa inversă (demodulație) a dat un impuls puternic creării și dezvoltării de noi industrii: tehnologia comunicațiilor (inclusiv comunicațiile mobile). ), radiodifuziune și televiziune comercială și aplicată.

În mod firesc, armata nu putea rata o ocazie atât de mare de a crește capacitatea de apărare a țărilor lor. Există noi modalități de a detecta țintele aeriene și maritime cu mult înainte de apropierea lor, pe baza radarului. comanda forțelor terestre, forțelor aeriene iar flota prin radio a sporit eficiența operațiunilor de luptă în general. Astăzi este greu de imaginat o armată modernă care să nu fie echipată cu instalații radar (radar), echipamente de comunicații, echipamente de inteligență radio și electronică și echipamente de război electronic (EW).

Referință istorică

Din punct de vedere istoric, conceptul de spectru a fost introdus de remarcabilul fizician englez Sir Isaac Newton în timpul experimentelor privind descompunerea luminii albe în componente folosind o prismă optică triunghiulară. Rezultatele experimentelor au fost prezentate de el în lucrarea fundamentală „Optică”, publicată în 1704. Deși cu mult înainte ca Newton să introducă termenul „spectru” în uz științific, omenirea știa de manifestarea acestuia sub forma unui curcubeu familiar.

Mai târziu, pe măsură ce teoria electromagnetismului s-a dezvoltat, acest concept a fost extins la întreaga gamă de radiații electromagnetice. Pe lângă conceptul de spectru de oscilații, unde frecvența este parametrul și care este utilizat pe scară largă în inginerie radio și acustică, în fizică există conceptul de spectru energetic (de exemplu, particule elementare), unde parametrul este energia acestor particule obţinută în timpul reactii nucleare sau altfel.

Un alt exemplu de spectru energetic sunt distribuțiile de stare ( energiile cinetice) molecule de gaz pentru diverse conditii, numite statistici sau distribuții ale lui Maxwell-Boltzmann, Bose-Einstein sau Fermi-Dirac.

Pionierii studiului spectrelor unei flăcări colorate cu vapori de săruri metalice au fost fizicianul german Gustav Robert Kirchhoff și chimistul Robert Wilhelm Bunsen. Analiza spectrală s-a dovedit a fi un instrument puternic pentru studierea naturii și fizicii fenomenelor optice asociate cu absorbția și emisia luminii. În 1814, fizicianul german Josef Fraunhofer a descoperit și descris peste 500 de linii întunecate în spectrul luminii solare, dar nu a putut explica natura apariției lor. Acum aceste linii de absorbție se numesc linii Fraunhofer.

În 1859, Kirchhoff a publicat un articol „Despre liniile Fraunhofer”, în care explica motivul apariției liniilor Fraunhofer; dar principala concluzie a articolului a fost definiția compoziție chimică atmosfera soarelui. Astfel, a fost dovedită prezența hidrogenului, fierului, cromului, calciului, sodiului și a altor elemente în atmosfera Soarelui. În 1868 metode spectrometrice independent unul de celălalt, astronomul francez Pierre Jules Cesar Jansen și colegul său englez Sir Norman Lockyer au descoperit simultan o linie galbenă strălucitoare pe spectrul Soarelui care nu coincide cu niciuna. element cunoscut. Așa că a fost descoperit elementul chimic heliu (după vechiul zeu grecesc al Soarelui - Helios).

Serii și integralele Fourier, numite după matematicianul francez Jean Baptiste Joseph Fourier, care le-a dezvoltat în cursul studierii teoriei transferului de căldură, au devenit baza matematică pentru studiul spectrelor de vibrații și a spectrelor în general. Transformările Fourier sunt un instrument excepțional de puternic în diverse zoneștiințe: astronomie, acustică, inginerie radio și altele.

Studiul spectrelor, ca valori observabile ale valorilor funcțiilor de stare ale unui anumit sistem, s-a dovedit a fi foarte fructuos. Fondator fizică cuantică Omul de știință german Max Planck a venit cu ideea unui cuantic în timp ce lucra la teoria spectrului corpului negru. Fizicienii englezi Sir Joseph John Thomson și Francis Aston au obținut în 1913 dovezi ale existenței izotopilor atomici prin studierea spectrelor de masă, iar în 1919, folosind primul spectrometru de masă pe care l-a construit, Aston a reușit să descopere doi izotopi stabili de neon Ne, care au devenit primul dintre cei 213 izotopi ai diverșilor atomi descoperiți de acest om de știință.

De la mijlocul secolului trecut, datorită dezvoltării rapide a electronicii radio utilizare largăîn diverse științe s-au obținut metode de cercetare radiospectroscopică: în primul rând, rezonanța magnetică nucleară (RMN), rezonanța paramagnetică electronică (EPR), rezonanța feromagnetică (FR), rezonanța antiferomagnetică (AFR) și altele.

Definirea spectrului

Spectrul în fizică este distribuția valorilor unei mărimi fizice (energie, frecvență sau masă) date în mod grafic, analitic sau tabelar. Cel mai adesea, spectrul înseamnă spectrul electromagnetic - distribuția energiei sau a puterii radiației electromagnetice pe frecvențe sau lungimi de undă.

O mărime care caracterizează un semnal, o radiație sau o secvență de timp este densitatea spectrală de putere sau energie. Acesta arată modul în care puterea sau energia unui semnal este distribuită pe frecvență. Când sunt măsurate semnale care conțin diferite componente de frecvență, puterea diferitelor componente ale semnalului de frecvență va fi diferită. Prin urmare, graficul densității spectrale este un grafic putere vs frecvență. Densitatea spectrală de putere este de obicei exprimată în wați pe hertz (W/Hz) sau decibeli miliwați pe hertz (dBm/Hz). În cazul general, densitatea spectrală de putere arată la ce frecvențe schimbările semnalului sunt puternice și la ce sunt mici, ceea ce poate fi util pentru analiza ulterioară a diferitelor procese.

Prin natura distribuției valorilor unei mărimi fizice, spectrele sunt discrete (liniare), continue (continue) și pot fi, de asemenea, o combinație de spectre discrete și continue.

Un exemplu de spectre de linii pot fi spectrele tranzițiilor electronice ale atomilor de la o stare excitată la una normală. Un exemplu de spectre continue este spectrul de radiații electromagnetice a unui încălzit corp solid, iar un exemplu de spectru combinat este spectrul de emisie a stelelor și a lămpilor fluorescente. Spectrul continuu al fotosferei încălzite a unei stele este suprapus de liniile cromosferice de emisie și absorbție ale atomilor care alcătuiesc cromosfera stelei.

Spectre. Fizica fenomenelor

Exemple de spectre

În fizică, se disting, de asemenea, spectre de emisie (spectre de radiații), spectre de adsorbție (spectre de absorbție) și spectre de reflexie (împrăștiere Rayleigh). Considerat separat împrăștiere Raman lumina (efectul Raman), asociată cu împrăștierea inelastică a radiației optice și care duce la o schimbare vizibilă a frecvenței (sau, ceea ce este același, a lungimii de undă) a luminii reflectate. Spectroscopia Raman este o metodă eficientă de analiză chimică, studiind compoziția și structura materialelor care se află atât în faza solidă, cât și în faza lichidă și gazoasă a substanței studiate.

În spectrul diapazonului prezentat în această figură, se poate observa că imediat după impact, pe lângă armonica fundamentală (440 Hz), armonica a doua (880 Hz) și a treia (1320 Hz) sunt prezente în sunet, care se degradează rapid și apoi se aude doar armonica fundamentală. Sunetul poate fi auzit apăsând butonul de redare al jucătorului

După cum sa menționat mai sus, spectrele de emisie se datorează, în primul rând, tranziției electronilor învelișurilor exterioare ale atomilor care se află într-o stare excitată, în timpul căreia electronii acestor învelișuri revin la niveluri de energie inferioare corespunzătoare stării normale. a atomului. În acest caz, se emite un cuantum de lumină cu o anumită frecvență (lungime de undă), iar în spectrul de emisie apar linii caracteristice.

În timpul absorbției prin adsorbție, mecanismul invers este activat - captând cuante de radiație de o anumită frecvență, electronii învelișurilor exterioare ale atomilor trec la un nivel superior. nivel de energie. În acest caz, liniile întunecate caracteristice corespunzătoare apar în spectrul de absorbție.

Cu împrăștiere Rayleigh (împrăștiere elastică), care poate fi descrisă și nu mecanica cuantică, absorbția și reemisia cuantelor de lumină au loc simultan, ceea ce nu modifică deloc spectrul radiației incidente și reflectate.

Spectre acustice

Spectrele acustice joacă un rol deosebit în știința sunetului - acustica. O analiză a unor astfel de spectre oferă o idee despre frecvența și intervalul dinamic al unui semnal acustic, ceea ce este foarte important pentru aplicațiile tehnice.

De exemplu, pentru o transmisie sigură a unei voci umane în telefonie, este suficient să transmiteți sunete în banda de 300–3000 Hz. De aceea, vocile cunoștințelor la telefon sună puțin diferit față de viața reală.

Invenția fluierului cu ultrasunete este atribuită omului de știință și călător englez Francis Galton, în orice caz, el a fost primul care l-a folosit pentru cercetarea psihometrice.

Sunetele în general, în special cele ritmice și armonice, au un puternic impact psiho-emoțional. Chiar și semnalele acustice asemănătoare zgomotului au efect - în acustică se folosesc conceptele de zgomot „alb” și „roz” și zgomote de „o altă culoare”. Densitatea spectrală a zgomotului alb este uniformă pe întregul interval de frecvență, zgomotul roz, precum și alte zgomote „culoare”, diferă de zgomotul alb în răspunsul său spectral amplitudine-frecvență.

Ei bine, cavalerii moderni ai „peletinei și pumnalului” nu puteau ignora deloc spectrele acustice. Inițial, au folosit interceptarea banală a convorbirilor telefonice. Ca urmare, odată cu dezvoltarea ingineriei radio, au început să fie utilizate metode de codificare (criptare și codare) a semnalelor acustice conform anumitor algoritmi matematici pentru a îngreuna interceptarea acestora. Datorită creșterii puterii productive de calcul a dispozitivelor computerizate staționare și portabile, acum vechile metode de criptare a semnalului acustic trec în uitare, fiind înlocuite cu metode mai moderne de criptare matematică.

Spectre electromagnetice

Studiul spectrelor electromagnetice a oferit radioastronomilor un instrument uimitor de analiză mărimi fizice. Au surprins ecourile Big Bang-ului, care a marcat începutul universului nostru, sub formă de radiații cosmice de fond cu microunde și au rafinat comportamentul stelelor situate pe secvența principală. Clasificarea stelelor se realizează în funcție de spectru și, slavă Domnului, luminatorul nostru - Soarele pitic galben din clasa G (G2V) - are un caracter destul de pașnic, în afară de unele perioade de activitate. Odată cu dezvoltarea sensibilității instrumentelor, astrofizicienii și chiar astrobiologii sunt acum capabili să tragă concluzii despre existența dincolo de noi. sistem solar planete precum pământul nostru opțiuni posibile existenţa vieţii asupra lor.

Analiza spectrului este utilizată pe scară largă în medicină, chimie și alte științe conexe. Nu suntem surprinși de imaginile procesate de computer ale fătului în corpul unei femei însărcinate, suntem obișnuiți cu examinările RMN și nici măcar nu ne este frică de operații pe vasele corpului uman, a căror vizualizare se bazează pe analiza spectrului de radiații ultrasunete.

Chimiștii care folosesc metode spectrale de analiză nu își pot face doar o idee despre complex compuși chimici, dar și pentru a calcula aranjarea spațială a atomilor în molecule.

Și, ca întotdeauna, spectrele electromagnetice din frecvența radio și domeniul optic nu au scăpat atenției deosebite a specialiștilor militari. Pe baza analizei lor, ofițerii de informații militare nu numai că își fac o idee despre gruparea opusă a trupelor inamice, dar sunt și capabili să determine începutul Armaghedonului atomic.

Analiza spectrului

După cum sa arătat mai sus, analiza spectrală, în special în frecvența radio și în domeniul optic, este un instrument puternic pentru obținerea de informații despre esența fizică și informațională a obiectelor - nu contează deloc dacă acestea se referă la obiecte fizice cu adevărat reale sau reprezintă spectre efemere. a opiniei publice obţinute prin sondaje. Analiza spectrală fizică modernă se bazează pe compararea semnăturilor - un fel de semnături spectrale digitale ale obiectelor.

Odată cu dezvoltarea metodelor radar, specialiștii militari, pe baza analizei spectrului de semnale reflectate, sunt capabili nu numai să detecteze o țintă aeriană și să determine azimutul și elevația acesteia. Prin timpul de întârziere al sosirii semnalului reflectat în raport cu pulsul de radiație, este posibil să se determine distanța până la țintă. Pe baza efectului Doppler, este posibil să se calculeze viteza de mișcare a acestuia și chiar să se determine tipul acesteia din semnăturile (spectrele) semnalelor reflectate.

Cu toate acestea, aceleași metode sunt utilizate în aviatie Civila. Excelenta resursă flightradar24.com vă permite să urmăriți zborurile aeronavei aproape în timp real, oferind o mulțime de informații legate, cum ar fi: cursul aeronavei și tipul acesteia, altitudinea și viteza de zbor; ora decolare și ora estimată de sosire; cât a mai rămas de zbor și chiar numele și prenumele comandantului aeronavei. Prin intermediul graficii computerizate, această resursă produce un traseu de zbor, iar atunci când măriți, puteți vedea chiar decolarea și aterizarea zborului în momentele potrivite.

Specialiștii în informații radio, pe baza unei analize fine a spectrului de radiații, preiau chiar și determinarea apartenenței echipamentelor radio detectate la unitățile inamice corespunzătoare.

Sinteza spectrală

Sinteza spectrală a semnalelor se bazează pe analiza armonică a matematicianului francez Fourier și pe teorema omului de știință rus din domeniul ingineriei radio Kotelnikov, care, din păcate, are un alt nume în literatura tehnică engleză - teorema Nyquist-Shannon. . Analiza armonică implică posibilitatea implementării unui semnal arbitrar complex cu un grad suficient de fidelitate de către un set finit de componente armonice cu parametri diferiți. Fără a intra în specificul prezentării materialului matematic, teorema lui Kotelnikov afirmă că pentru a reproduce un semnal armonic, este suficient să eșantionați din acest semnal cu o frecvență dublă.

Sinteza semnalului - sinteza spectrului citit - a devenit baza criptografiei computerizate moderne, crearea muzica contemporanași chiar emularea obiectelor reale radiante de către omologi virtuali, sistemele de detectare a inamicului înșelătoare utilizate în războiul electronic modern (EW).

În zilele noastre, metodele de transmitere a semnalelor prin canale de comunicație închise sunt strâns legate cu metodele de transmitere a semnalelor de tip zgomot, care au un grad ridicat de imunitate la interferențe.

Enumerarea lor nu intră în sfera acestui articol, totuși, trebuie să vă asigurăm că, folosind comunicațiile mobile, utilizați din plin transformările spectrului de semnal acustic conform anumitor algoritmi matematici cu un grad ridicat de protecție împotriva decodării.

Câteva experimente cu spectre

În concluzie, să realizăm câteva experimente cu spectre optice.

Experiență 1. Descompunerea luminii solare și calibrarea unui spectrograf simplu de casă

Dacă aveți o prismă optică triunghiulară sau un vechi CD sau DVD care nu este necesar, puteți repeta experimentul lui Sir Isaac Newton despre descompunerea luminii solare. Vom folosi CD-ul deoarece este mai ușor. De asemenea, avem nevoie de o diafragmă la intrarea în spectrograful nostru și de un tub dintr-un material opac, precum cartonul. Pentru a face o diafragmă, este suficient să tăiați o fantă într-o placă din orice material optic opac cu un cuțit sau un bisturiu, pe care apoi să lipiți o pereche de lame. Această fantă va juca rolul unui colimator. Atașăm o placă cu fantă pe un tub de carton lung de aproximativ 20 cm. Fascicul paralel de lumină solară sau o altă sursă de lumină obținută după colimator trebuie direcționat către o bucată de disc, pe care o atașăm la celălalt capăt al tubului la un unghi de 60-80 ° față de fasciculul de lumină din fantă (selectat experimental) . Închideți al doilea capăt cu un capac. Pentru a vizualiza sau fotografia spectrul, trebuie să tăiați o gaură în tub, așa cum se arată în imagine. Totul, spectrograful nostru este gata. Putem observa și fotografia o bandă de culoare cu spectru continuu de lumină solară cu tranziții netede între culorile de la violet la roșu. Liniile întunecate de absorbție Fraunhofer sunt clar vizibile în spectru.

Pentru a calibra cel mai simplu spectrograf al nostru, vom folosi trei pointeri laser - roșu, verde și violet cu lungimi de undă de 670, 532 și, respectiv, 405 nm.

Experiența 2. Descompunerea luminii dintr-un LED „alb”.

Vom înlocui sursa de lumină naturală. Ca înlocuitor, folosim un LED cu o putere de radiație de 5 W cu o strălucire albă. Această lumină se obține cel mai adesea prin transformarea radiației unui LED albastru de către un fosfor care îl acoperă într-o lumină albă „caldă” sau „rece”.

Când se aplică o tensiune adecvată la ieșirile LED-ului de pe ecran, se poate observa spectrul de emisie cu o intensitate caracteristică neuniformă a culorii.

Experiența 3. Spectrul de emisie al unei lămpi fluorescente

Să vedem cum arată spectrul unei lămpi fluorescente compacte cu o temperatură de culoare normalizată de 4100 K. Observăm un spectru de linii.

Și nu contează deloc pentru umanitate situația cu percepția radiațiilor electromagnetice - simțim direct doar o mică parte din ele, pe care o numim lumină vizibilă. În cursul evoluției, omul, ca și multe alte mamifere, și-au pierdut capacitatea de a urma urmele în infraroșu a prăzii, precum șerpii; sau vezi ultraviolete, cum ar fi insecte, păsări, pești și unele mamifere.

Atribuind unor concepte o combinație stabilă de sunete articulate de aparatul dezvoltat al corzilor vocale, strămoșii noștri au transmis altora dorințele și gândurile lor. Analizând vorbirea altora după ureche, ei, la rândul lor, au înțeles dorințele și gândurile altora. Coordonând eforturile membrilor săi în timp și spațiu, un stol de oameni primitivi s-au transformat într-o comunitate umană și chiar într-un super prădător care vânează cel mai mare animal terestru - mamutul.

Un eveniment epocal în dezvoltarea omenirii în forma sa modernă a fost inventarea scrisului - hieroglific în China antică și Egiptul antic, cuneiform în Mesopotamia (Mesopotamia) și alfabetic în Fenicia antică. Popoarele europene încă îl folosesc pe acesta din urmă, deși, trecând succesiv prin Grecia antică și Roma, inscripțiile literelor feniciene - simboluri deosebite ale sunetelor - s-au schimbat oarecum.

Un alt eveniment epocal din istoria omenirii a fost inventarea tiparului. A permis unei game largi de oameni să se alăture cunoștințelor științifice care anterior erau accesibile doar unui cerc restrâns de asceți și gânditori. Acest lucru nu a întârziat să afecteze ritmul progresului științific și tehnologic.

Descoperirile și invențiile făcute în ultimele patru secole ne-au schimbat literalmente viața și au pus bazele tehnologiilor moderne de transmitere și procesare a semnalelor analogice și digitale. Acest lucru a fost facilitat în mare măsură de dezvoltarea gândirii matematice - secțiunile dezvoltate de analiză matematică, teoria câmpului și multe altele au oferit oamenilor de știință și inginerilor un instrument puternic pentru prognoza, cercetarea și calcularea dispozitivelor și instalațiilor tehnice pentru experimente fizice. Unul dintre aceste instrumente a fost analiza spectrală a semnalelor și cantităților fizice.

În mod firesc, armata nu putea rata o ocazie atât de mare de a crește capacitatea de apărare a țărilor lor. Există noi modalități de a detecta țintele aeriene și maritime cu mult înainte de apropierea lor, pe baza radarului. Controlul radio al forțelor terestre, al forțelor aeriene și al marinei a sporit eficiența operațiunilor de luptă în ansamblu. Astăzi este greu de imaginat o armată modernă care să nu fie echipată cu instalații radar (radar), echipamente de comunicații, echipamente de inteligență radio și electronică și echipamente de război electronic (EW).

Referință istorică

Mai târziu, pe măsură ce teoria electromagnetismului s-a dezvoltat, acest concept a fost extins la întreaga gamă de radiații electromagnetice. Pe lângă conceptul de spectru de oscilații, unde frecvența este parametrul și care este utilizat pe scară largă în inginerie radio și acustică, în fizică există conceptul de spectru de energie (de exemplu, particule elementare), unde parametrul este energia acestor particule obținută în timpul reacțiilor nucleare sau altfel.

Un alt exemplu de spectru energetic este distribuția stărilor (energiile cinetice) ale moleculelor de gaz pentru diferite condiții, numite statistici sau distribuția lui Maxwell-Boltzmann, Bose-Einstein sau Fermi-Dirac.

În 1859, Kirchhoff a publicat un articol „Despre liniile Fraunhofer”, în care explica motivul apariției liniilor Fraunhofer; dar principala concluzie a articolului a fost determinarea compoziției chimice a atmosferei solare. Astfel, a fost dovedită prezența hidrogenului, fierului, cromului, calciului, sodiului și a altor elemente în atmosfera Soarelui. În 1868, folosind metode spectrometrice independente unele de altele, astronomul francez Pierre Jules Cesar Jansen și colegul său englez Sir Norman Lockyer au descoperit simultan o linie galbenă strălucitoare pe spectrul Soarelui care nu coincidea cu niciun element cunoscut. Așa că a fost descoperit elementul chimic heliu (după vechiul zeu grecesc al Soarelui - Helios).

Serii și integralele Fourier, numite după matematicianul francez Jean Baptiste Joseph Fourier, care le-a dezvoltat în cursul studierii teoriei transferului de căldură, au devenit baza matematică pentru studiul spectrelor de vibrații și a spectrelor în general. Transformele Fourier sunt un instrument extrem de puternic în diverse domenii ale științei: astronomie, acustică, inginerie radio și altele.

Studiul spectrelor, ca valori observabile ale valorilor funcțiilor de stare ale unui anumit sistem, s-a dovedit a fi foarte fructuos. Fondatorul fizicii cuantice, omul de știință german Max Planck, a venit la ideea unui cuantic în timp ce lucra la teoria spectrului corpului negru. Fizicienii englezi Sir Joseph John Thomson și Francis Aston au obținut în 1913 dovezi ale existenței izotopilor atomici prin studierea spectrelor de masă, iar în 1919, folosind primul spectrometru de masă pe care l-a construit, Aston a reușit să descopere doi izotopi stabili de neon Ne, care au devenit primul dintre cei 213 izotopi ai diverșilor atomi descoperiți de acest om de știință.

De la mijlocul secolului trecut, datorită dezvoltării rapide a electronicii radio, metodele de cercetare spectroscopice radio au devenit larg răspândite în diverse științe: în primul rând, rezonanța magnetică nucleară (RMN), rezonanța paramagnetică electronică (EPR), rezonanța feromagnetică ( FR), rezonanță antiferomagnetică (AFR) și altele.

Definirea spectrului

Prin natura distribuției valorilor unei mărimi fizice, spectrele sunt discrete (liniare), continue (continue) și pot fi, de asemenea, o combinație de spectre discrete și continue.

Un exemplu de spectre de linii pot fi spectrele tranzițiilor electronice ale atomilor de la o stare excitată la una normală. Un exemplu de spectre continue este spectrul de radiație electromagnetică a unui solid încălzit, iar un exemplu de spectru combinat este spectrul de emisie a stelelor și a lămpilor fluorescente. Spectrul continuu al fotosferei încălzite a unei stele este suprapus de liniile cromosferice de emisie și absorbție ale atomilor care alcătuiesc cromosfera stelei.