Nga pikëpamja e aftësive të lindura për të perceptuar informacionin nga mjedisi, një person është një krijesë mjaft patetike. Ndjenja jonë e nuhatjes nuk mund të krahasohet me instinktin e vëllezërve tanë të klasës më të vogël të gjitarëve - arinjtë polarë, për shembull, mund të nuhasin ushqimin nga një kilometra e gjysmë larg, dhe qentë e disa racave janë në gjendje të kapin një katër- gjurmë njëditore. Aparati ynë i dëgjimit nuk është përshtatur për të marrë të gjithë brezin e dridhjeve akustike - ne nuk mund të dëgjojmë drejtpërdrejt bisedat e elefantëve në infratinguj, dhe në rrezen ultrasonike, as bisedat e delfinëve, as sinjalet e ekolokimit të lakuriqëve të natës nuk janë të disponueshme për ne.

Dhe nuk ka fare rëndësi për njerëzimin situata me perceptimin e rrezatimit elektromagnetik - ne ndjejmë drejtpërdrejt vetëm një pjesë të vogël të tyre, të cilën ne e quajmë dritë e dukshme. Në rrjedhën e evolucionit, njeriu, si dhe shumë gjitarë të tjerë, humbën aftësinë për të marrë gjurmët infra të kuqe të presë, si gjarpërinjtë; ose shikoni ultravjollcë, si insektet, zogjtë, peshqit dhe disa gjitarë.

Edhe pse veshi i njeriut mund të ndiejë presionin e zërit në një gamë të gjerë nga 2 * 10-5 Pa (pragu i dëgjimit) deri në 20 Pa (pragu i dhimbjes), ne jemi relativisht keq në dallimin e tingujve sipas zërit (nuk është më kot që shkalla e fuqisë së dridhjet akustike janë logaritmike!). Por natyra na pajisi me aftësinë për të përcaktuar me shumë saktësi ndryshimin në frekuencat e sinjaleve akustike hyrëse, të cilat, nga ana tjetër, luajtën një rol vendimtar në zhvillimin e njeriut si zotërues i planetit. Kjo i referohet zhvillimit të të folurit dhe përdorimit të tij për planifikimin dhe organizimin e gjuetisë së bagëtive, mbrojtjen nga armiqtë natyrorë ose grupet armiqësore të njerëzve.

Caktimi i disa koncepteve të një kombinimi të qëndrueshëm tingujsh të artikuluar nga një aparat i zhvilluar kordat vokale, paraardhësit tanë u përcollën dëshirat dhe mendimet e tyre të tjerëve. Duke analizuar fjalimin e të tjerëve me vesh, ata, nga ana tjetër, kuptuan dëshirat dhe mendimet e njerëzve të tjerë. Duke koordinuar përpjekjet e anëtarëve të saj në kohë dhe hapësirë, një tufë njerëzish primitivë u shndërruan në një komunitet njerëzor dhe madje në një super grabitqar që gjuan kafshën më të madhe tokësore - mamuthi.

Fjalimi i zhvilluar u përdor jo vetëm për komunikim brenda një grupi njerëzish, por edhe për komunikim ndërspecial me kafshë shtëpiake - kolitë kufitare, për shembull, sipas hulumtimit të shkencëtarëve nga Universiteti i Kolumbisë Britanike, janë në gjendje të mësojnë përmendësh mbi 30 komanda dhe ekzekutoni me saktësi pothuajse herën e parë. Sisteme të ngjashme sinjalizuese janë rudimentare në pothuajse të gjitha kafshët e grumbulluara, pavarësisht nga klasa dhe habitati. Për shembull, zogjtë (korvidët) dhe gjitarët: ujqërit, hienat, qentë dhe delfinët, pa llogaritur të gjitha llojet e majmunëve që udhëheqin një mënyrë jetese të tufës. Por vetëm njeriu përdori të folurin si një mjet për transmetimin e informacionit te brezi i ardhshëm i njerëzve, gjë që kontribuoi në akumulimin e njohurive për botën përreth tij.

Një ngjarje epokale në zhvillimin e njerëzimit në formë moderne ishte shpikja e shkrimit - hieroglif në Kinën e lashtë dhe Egjipti i lashte, kuneiform në Mesopotami (Mesopotami) dhe alfabetik në Fenikinë e lashtë. Popujt evropianë ende përdorin këtë të fundit, megjithëse, pasi kanë kaluar me radhë nëpër Greqinë e lashtë dhe Romën, mbishkrimet e shkronjave fenikase - simbole të veçanta të tingujve - kanë ndryshuar disi.

Një tjetër ngjarje epokale në historinë e njerëzimit ishte shpikja e shtypjes. Ai lejoi një gamë të gjerë njerëzish të bashkoheshin njohuritë shkencore, më parë i arritshëm vetëm për një rreth të ngushtë asketësh dhe mendimtarësh. Kjo nuk ishte e ngadaltë për të ndikuar në ritmin e përparimit shkencor dhe teknologjik.

Zbulimet dhe shpikjet e bëra gjatë katër shekujve të fundit fjalë për fjalë e kanë kthyer jetën tonë përmbys dhe kanë hedhur themelet për teknologjive moderne transmetimin dhe përpunimin e sinjaleve analoge dhe dixhitale. Kjo u lehtësua kryesisht nga zhvillimi i mendimit matematik - seksionet e zhvilluara të analizës matematikore, teorisë së fushës dhe shumë më tepër u dhanë shkencëtarëve dhe inxhinierëve një mjet të fuqishëm për parashikimin, kërkimin dhe llogaritjen e pajisjeve teknike dhe instalimeve për eksperimente fizike. Një nga këto mjete ishte analiza spektrale e sinjaleve dhe sasive fizike.

Spektri i tingullit të violinës, nota G e oktavës së dytë (G5); spektri tregon qartë se tingulli i violinës përbëhet nga një frekuencë themelore prej rreth 784 Hz dhe një seri ngjyrimesh me amplitudë që zvogëlohet me rritjen e frekuencës; nëse mbitonet janë prerë, duke lënë vetëm tingullin e frekuencës themelore, atëherë tingulli i violinës do të kthehet në tingullin e një piruni akordues ose një gjeneratori sinusoidal të frekuencës

Zbulimi i mundësisë së transferimit të spektrit të lëkundjeve akustike në rajonin e frekuencave më të larta të lëkundjeve elektromagnetike (modulimi) dhe transformimi i tij i kundërt (demodulimi) i dha një shtysë të fuqishme krijimit dhe zhvillimit të industrive të reja: teknologjia e komunikimit (përfshirë komunikimet celulare). ), radio dhe televizion komercial dhe i aplikuar.

Natyrisht, ushtria nuk mund të humbiste një mundësi kaq të madhe për të rritur aftësitë mbrojtëse të vendeve të tyre. Ka mënyra të reja për të zbuluar objektivat ajror dhe detar shumë përpara afrimit të tyre, bazuar në radar. komanda e forcave tokësore, forcat Ajrore dhe flota me radio rriti efektivitetin e operacioneve luftarake në përgjithësi. Sot është e vështirë të imagjinohet një ushtri moderne që nuk është e pajisur me instalime radarësh (radarësh), pajisje komunikimi, radio dhe inteligjencë elektronike dhe pajisje të luftës elektronike (EW).

Referenca e historisë

Historikisht, koncepti i spektrit u prezantua nga fizikani i shquar anglez Sir Isaac Newton gjatë eksperimenteve mbi zbërthimin e dritës së bardhë në përbërës duke përdorur një prizëm optik trekëndor. Rezultatet e eksperimenteve u prezantuan prej tij në veprën themelore "Optika", botuar në 1704. Edhe pse shumë kohë përpara se Njutoni të prezantonte termin "spektër" në përdorim shkencor, njerëzimi e dinte për shfaqjen e tij në formën e një ylberi të njohur.

Më vonë, me zhvillimin e teorisë së elektromagnetizmit, ky koncept u zgjerua në të gjithë gamën e rrezatimit elektromagnetik. Përveç konceptit të spektrit të lëkundjeve, ku frekuenca është parametri, dhe që përdoret gjerësisht në inxhinierinë radio dhe akustikë, në fizikë ekziston koncepti i spektrit të energjisë (për shembull, grimcat elementare), ku parametri është energjia e këtyre grimcave të marra gjatë reaksionet bërthamore ose ndryshe.

Një shembull tjetër i spektrit të energjisë është shpërndarjet shtetërore ( energjitë kinetike) molekulat e gazit për kushte të ndryshme, të quajtura statistika ose shpërndarje të Maxwell-Boltzmann, Bose-Einstein ose Fermi-Dirac.

Pionierët në studimin e spektrit të një flake të ngjyrosur me avujt e kripërave metalike ishin fizikani gjerman Gustav Robert Kirchhoff dhe kimisti Robert Wilhelm Bunsen. Analiza spektrale doli të ishte një mjet i fuqishëm për të studiuar natyrën dhe fizikën e fenomeneve optike që lidhen me thithjen dhe emetimin e dritës. Në vitin 1814, fizikani gjerman Josef Fraunhofer zbuloi dhe përshkroi mbi 500 vija të errëta në spektrin e dritës së diellit, por nuk mundi të shpjegonte natyrën e shfaqjes së tyre. Tani këto linja thithëse quhen linja Fraunhofer.

Në 1859, Kirchhoff botoi një artikull "Për linjat Fraunhofer", në të cilin ai shpjegoi arsyen e shfaqjes së linjave Fraunhofer; por përfundimi kryesor i artikullit ishte përkufizimi përbërje kimike atmosfera e diellit. Kështu, u vërtetua prania e hidrogjenit, hekurit, kromit, kalciumit, natriumit dhe elementëve të tjerë në atmosferën e Diellit. Në vitin 1868 metodat spektrometrike në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri, astronomi francez Pierre Jules Cesar Jansen dhe kolegu i tij anglez Sir Norman Lockyer zbuluan njëkohësisht një vijë të verdhë të ndritshme në spektrin e Diellit që nuk përkon me asnjë element i njohur. Kështu u zbulua elementi kimik helium (pas perëndisë së lashtë greke të Diellit - Helios).

Seritë dhe integralet Fourier, të emërtuara sipas matematikanit francez Jean Baptiste Joseph Fourier, i cili i zhvilloi ato gjatë studimit të teorisë së transferimit të nxehtësisë, u bënë baza matematikore për studimin e spektrave dhe spektrave të dridhjeve në përgjithësi. Transformimet Furier janë një mjet jashtëzakonisht i fuqishëm në fusha të ndryshme shkencat: astronomi, akustikë, radio inxhinieri dhe të tjera.

Studimi i spektrave, si vlera të vëzhgueshme të vlerave të funksioneve shtetërore të një sistemi të caktuar, doli të ishte shumë i frytshëm. Themelues fizika kuantike Shkencëtari gjerman Max Planck doli me idenë e një kuantike ndërsa punonte në teorinë e spektrit të trupit të zi. Fizikantët anglezë Sir Joseph John Thomson dhe Francis Aston në vitin 1913 morën prova për ekzistencën e izotopeve atomike duke studiuar spektrat e masës, dhe në vitin 1919, duke përdorur spektometrin e parë masiv që ndërtoi, Aston arriti të zbulonte dy izotope të qëndrueshme të neonit Ne, të cilët u bënë i pari nga 213 izotopet e atomeve të ndryshme të zbuluara nga ky shkencëtar.

Që nga mesi i shekullit të kaluar, për shkak të zhvillimit të shpejtë të elektronikës radio përdorim të gjerë në shkenca të ndryshme, u morën metoda të kërkimit radiospektroskopik: para së gjithash, rezonanca magnetike bërthamore (NMR), rezonanca paramagnetike e elektroneve (EPR), rezonanca feromagnetike (FR), rezonanca antiferromagnetike (AFR) dhe të tjera.

Përkufizimi i spektrit

Spektri në fizikë është shpërndarja e vlerave të një sasie fizike (energji, frekuencë ose masë) të dhëna në mënyrë grafike, analitike ose tabelare. Më shpesh, spektri nënkupton spektrin elektromagnetik - shpërndarja e energjisë ose fuqisë së rrezatimit elektromagnetik mbi frekuenca ose gjatësi vale.

Një sasi që karakterizon një sinjal, rrezatim ose sekuencë kohore është densiteti spektral i fuqisë ose energjisë. Ai tregon se si fuqia ose energjia e një sinjali shpërndahet në frekuencë. Kur maten sinjale që përmbajnë komponentë të ndryshëm të frekuencës, fuqia e komponentëve të sinjalit të frekuencave të ndryshme do të jetë e ndryshme. Prandaj, grafiku i densitetit spektral është një grafik i fuqisë kundrejt frekuencës. Dendësia spektrale e fuqisë zakonisht shprehet në vat për herc (W/Hz) ose decibel milivat për herc (dBm/Hz). Në rastin e përgjithshëm, densiteti spektral i fuqisë tregon se në çfarë frekuencash ndryshimet e sinjalit janë të forta dhe në çfarë janë të vogla.Kjo mund të jetë e dobishme për analiza të mëtejshme të proceseve të ndryshme.

Për nga natyra e shpërndarjes së vlerave të një sasie fizike, spektrat janë diskrete (lineare), të vazhdueshme (të vazhdueshme) dhe gjithashtu mund të jenë një kombinim i spektrave diskrete dhe të vazhdueshme.

Një shembull i spektrit të linjës mund të jetë spektri i tranzicionit elektronik të atomeve nga një gjendje e ngacmuar në një gjendje normale. Një shembull i spektrit të vazhdueshëm është spektri i rrezatimit elektromagnetik të një të nxehtë trup i fortë, dhe një shembull i një spektri të kombinuar është spektri i emetimit të yjeve dhe llambave fluoreshente. Spektri i vazhdueshëm i fotosferës së nxehtë të një ylli mbivendoset nga linjat e emetimit dhe thithjes kromosferike të atomeve që përbëjnë kromosferën e yllit.

Spektra. Fizika e dukurive

Shembuj të spektrit

Në fizikë dallohen edhe spektrat e emetimit (spektrat e rrezatimit), spektri i absorbimit (spektri i përthithjes) dhe spektri i reflektimit (shpërndarja Rayleigh). Konsiderohet veçmas Raman duke u shpërndarë drita (efekti Raman), i shoqëruar me shpërndarje joelastike të rrezatimit optik dhe që çon në një ndryshim të dukshëm në frekuencën (ose, çfarë është e njëjta, gjatësinë e valës) të dritës së reflektuar. Spektroskopia Raman është një metodë efektive e analizës kimike, duke studiuar përbërjen dhe strukturën e materialeve që janë si në fazën e ngurtë ashtu edhe në fazën e lëngshme dhe të gaztë të substancës në studim.

Në spektrin e pirunit akordues të paraqitur në këtë figurë, mund të shihet se menjëherë pas goditjes, përveç harmonikës themelore (440 Hz), harmonia e dytë (880 Hz) dhe e tretë (1320 Hz) janë të pranishme në tingull, i cili shpejt prishet dhe më pas dëgjohet vetëm harmonika themelore. Tingulli mund të dëgjohet duke shtypur butonin e luajtjes së luajtësit

Siç u përmend më lart, spektrat e emetimit i detyrohen, para së gjithash, kalimit të elektroneve të shtresave të jashtme të atomeve që janë në gjendje të ngacmuar, gjatë së cilës elektronet e këtyre predhave kthehen në nivele më të ulëta të energjisë që korrespondojnë me gjendjen normale. të atomit. Në këtë rast, një sasi drite e një frekuence të caktuar (gjatësi vale) lëshohet dhe linjat karakteristike shfaqen në spektrin e emetimit.

Gjatë thithjes së adsorbimit, aktivizohet mekanizmi i kundërt - kapja e kuanteve të rrezatimit të një frekuence të caktuar, elektronet e predhave të jashtme të atomeve kalojnë në një nivel më të lartë. niveli i energjisë. Në këtë rast, linjat e errëta përkatëse karakteristike shfaqen në spektrin e absorbimit.

Me shpërndarje Rayleigh (shpërndarje elastike), e cila mund të përshkruhet mirë dhe jo Mekanika kuantike, thithja dhe riemetimi i kuanteve të dritës ndodh njëkohësisht, gjë që nuk e ndryshon fare spektrin e rrezatimit të incidentit dhe të reflektuar.

Spektrat akustike

Spektrat akustikë luajnë një rol të veçantë në shkencën e zërit - akustikë. Një analizë e spektrave të tillë jep një ide për frekuencën dhe diapazonin dinamik të një sinjali akustik, i cili është shumë i rëndësishëm për aplikimet teknike.

Për shembull, për një transmetim të sigurt të zërit të njeriut në telefon, mjafton të transmetohen tinguj në brezin 300-3000 Hz. Kjo është arsyeja pse zërat e të njohurve në telefon tingëllojnë pak më ndryshe se në jetën reale.

Shpikja e bilbilit tejzanor i atribuohet shkencëtarit dhe udhëtarit anglez Francis Galton, në çdo rast, ishte ai që e përdori për herë të parë për kërkime psikometrike.

Tingujt në përgjithësi, veçanërisht ata ritmikë dhe harmonikë, kanë një ndikim të fuqishëm psiko-emocional. Edhe sinjalet akustike të ngjashme me zhurmën kanë një efekt - në akustikë, përdoren konceptet e zhurmës "të bardhë" dhe "rozë" dhe zhurmat e "një ngjyrë tjetër". Dendësia spektrale e zhurmës së bardhë është e njëtrajtshme në të gjithë gamën e frekuencës, zhurma rozë, si dhe zhurma e tjera "ngjyra", ndryshojnë nga zhurma e bardhë në përgjigjen e saj spektrale të frekuencës amplitudë.

Epo, kalorësit modernë të "mantelit dhe kamës" nuk mund të injoronin fare spektrin akustik. Fillimisht ata përdorën përgjime të parëndësishme të bisedave telefonike. Si rezultat, me zhvillimin e inxhinierisë së radios, filluan të përdoren metodat e përleshjes (kriptimit dhe kodimit) të sinjaleve akustike sipas algoritmeve të caktuara matematikore për të vështirësuar përgjimin e tyre. Për shkak të rritjes së fuqisë kompjuterike prodhuese të pajisjeve kompjuterike stacionare dhe portative, tani metodat e vjetra të kriptimit të sinjalit akustik po zbehen në harresë, duke u zëvendësuar nga metoda më moderne të kriptimit matematikor.

Spektrat elektromagnetike

Studimi i spektrit elektromagnetik u ka dhënë radioastronomëve një mjet të mahnitshëm për analizë sasive fizike. Ata kapën jehonat e Big Bengut, i cili shënoi fillimin e universit tonë, në formën e rrezatimit kozmik të sfondit mikrovalor dhe rafinuan sjelljen e yjeve të vendosur në sekuencën kryesore. Klasifikimi i yjeve kryhet sipas spektrit dhe, falë Zotit, drita jonë - Dielli xhuxh i verdhë i klasës G (G2V) - ka një karakter mjaft paqësor, përveç disa periudhave të aktivitetit. Me zhvillimin e ndjeshmërisë së instrumenteve, astrofizikanët dhe madje edhe astrobiologët tani janë në gjendje të nxjerrin përfundime rreth ekzistencës përtej sistem diellor planetë si toka jonë opsionet e mundshme ekzistenca e jetës mbi to.

Analiza e spektrit përdoret gjerësisht në mjekësi, kimi dhe shkenca të tjera të ngjashme. Ne nuk habitemi nga imazhet e përpunuara kompjuterike të fetusit në trupin e një gruaje shtatzënë, jemi mësuar me ekzaminimet MRI, madje nuk kemi frikë nga operacionet në enët e trupit të njeriut, vizualizimi i të cilave bazohet në analiza e spektrit të rrezatimit me ultratinguj.

Kimistët që përdorin metoda spektrale të analizës jo vetëm që mund të marrin një ide të kompleksit komponimet kimike, por edhe për të llogaritur renditjen hapësinore të atomeve në molekula.

Dhe, si gjithmonë, spektri elektromagnetik në frekuencën e radios dhe rrezen optike nuk i ka shpëtuar vëmendjes së ngushtë të specialistëve ushtarakë. Në bazë të analizës së tyre, oficerët e inteligjencës ushtarake jo vetëm që formojnë një ide të grupimit kundërshtar të trupave të armikut, por gjithashtu janë në gjendje të përcaktojnë fillimin e Harmagedonit atomik.

Analiza e spektrit

Siç u tregua më lart, analiza spektrale, veçanërisht në frekuencën e radios dhe rrezen optike, është një mjet i fuqishëm për marrjen e informacionit në lidhje me thelbin fizik dhe informativ të objekteve - nuk ka fare rëndësi nëse ato lidhen me objekte fizike reale ose përfaqësojnë spektra kalimtarë. të opinionit publik të marrë nga sondazhet. Analiza moderne spektrale fizike bazohet në krahasimin e nënshkrimeve - një lloj nënshkrimesh spektrale dixhitale të objekteve.

Me zhvillimin e metodave të radarit, specialistët ushtarakë, bazuar në analizën e spektrit të sinjaleve të reflektuara, janë në gjendje jo vetëm të zbulojnë një objektiv ajror dhe të përcaktojnë azimutin dhe lartësinë e tij. Me kohën e vonesës së mbërritjes së sinjalit të reflektuar në lidhje me pulsin e rrezatimit, është e mundur të përcaktohet distanca në objektiv. Bazuar në efektin Doppler, është e mundur të llogaritet shpejtësia e lëvizjes së tij dhe madje të përcaktohet lloji i saj nga nënshkrimet (spektrat) e sinjaleve të reflektuara.

Megjithatë, të njëjtat metoda përdoren në aviacioni civil. Burimi i shkëlqyer flightradar24.com ju lejon të gjurmoni fluturimet e avionëve pothuajse në kohë reale, duke dhënë shumë informacione të lidhura, si p.sh.: kursin e avionit dhe llojin e tij, lartësinë dhe shpejtësinë e fluturimit; koha e ngritjes dhe koha e parashikuar e mbërritjes; sa ka mbetur për të fluturuar madje emri dhe mbiemri i komandantit të avionit. Me anë të grafikës kompjuterike, ky burim prodhon një pistë fluturimi dhe kur zmadhoni, mund të shihni edhe ngritjen dhe uljen e fluturimit në momentet e duhura.

Specialistët e inteligjencës radiofonike, mbi bazën e një analize të imët të spektrit të rrezatimit, madje marrin përsipër përcaktimin e përkatësisë së pajisjeve radio të zbuluara në njësitë përkatëse të armikut.

Sinteza spektrale

Sinteza spektrale e sinjaleve bazohet në analizën harmonike të matematikanit francez Fourier dhe teoremës së shkencëtarit rus në fushën e inxhinierisë radio Kotelnikov, i cili, për fat të keq, ka një emër tjetër në literaturën teknike angleze - teorema Nyquist-Shannon. . Analiza harmonike nënkupton mundësinë e zbatimit të një sinjali kompleks arbitrarisht me një shkallë të mjaftueshme besnikërie nga një grup i kufizuar përbërësish harmonikë me parametra të ndryshëm. Pa hyrë në specifikat e paraqitjes së materialit matematikor, teorema e Kotelnikov thotë se për të riprodhuar një sinjal harmonik, mjafton që nga ky sinjal të bëhet kampion me dyfishin e frekuencës.

Sinteza e sinjalit - sinteza e spektrit të lexuar - është bërë baza e kriptografisë moderne kompjuterike, krijimit muzikë bashkëkohore dhe madje emulimi i objekteve reale rrezatuese nga homologët virtualë, sistemet mashtruese të zbulimit të armikut të përdorura në luftën moderne elektronike (EW).

Në ditët e sotme, metodat e transmetimit të sinjaleve përmes kanaleve të mbyllura të komunikimit janë të ndërthurura ngushtë me metodat e transmetimit të sinjaleve të ngjashme me zhurmën, të cilat kanë një shkallë të lartë imuniteti ndaj ndërhyrjeve.

Numërimi i tyre nuk përfshihet në detyrën e këtij neni, megjithatë, duhet t'ju sigurojmë se, duke përdorur komunikimet celulare, përdorni plotësisht transformimet e spektrit të sinjalit akustik sipas algoritmeve të caktuara matematikore me një shkallë të lartë mbrojtjeje kundër dekodimit.

Disa eksperimente me spektra

Si përfundim, le të kryejmë disa eksperimente me spektra optike.

Përvoja 1. Zbërthimi i dritës së diellit dhe kalibrimi i një spektrografi të thjeshtë të bërë vetë

Nëse keni një prizëm optik trekëndor ose një CD ose DVD të vjetër të panevojshëm, mund të përsërisni eksperimentin e Sir Isaac Newton mbi dekompozimin e dritës së diellit. Ne do ta përdorim CD-në pasi është më e lehtë. Ne gjithashtu kemi nevojë për një diafragmë në hyrje të spektrografit tonë dhe një tub të bërë nga një material i errët, si kartoni. Për të bërë një diafragmë, mjafton të prisni një të çarë në një pjatë nga çdo material optikisht optik me një thikë ose bisturi, në të cilën më pas ngjitni një palë tehe. Kjo çarje do të luajë rolin e një kolimatori. Ngjisim një pjatë me një çarë në një tub kartoni rreth 20 cm të gjatë. kënd prej 60-80 ° ndaj rrezes së dritës nga slot (i zgjedhur eksperimentalisht) . Mbyllni skajin e dytë me një kapak. Për të parë ose fotografuar spektrin, duhet të bëni një vrimë në tub, siç tregohet në foto. Gjithçka, spektrografi ynë është gati. Ne mund të vëzhgojmë dhe fotografojmë një brez të vazhdueshëm ngjyrash të spektrit të dritës së diellit me tranzicion të qetë midis ngjyrave nga vjollca në të kuqe. Linjat e errëta të absorbimit të Fraunhofer janë qartë të dukshme në spektër.

Për të kalibruar spektrografin tonë më të thjeshtë, ne do të përdorim tre tregues lazer - të kuq, jeshil dhe vjollcë me gjatësi vale përkatësisht 670, 532 dhe 405 nm.

Përvoja 2. Zbërthimi i dritës nga një LED "e bardhë".

Ne do të zëvendësojmë burimin e dritës natyrore. Si zëvendësim, ne përdorim një LED me një fuqi rrezatimi prej 5 W me një shkëlqim të bardhë. Kjo dritë më së shpeshti merret duke shndërruar rrezatimin e një LED blu nga një fosfor që e mbulon atë në një dritë të bardhë "të ngrohtë" ose "të ftohtë".

Kur aplikohet një tension i përshtatshëm në daljet e LED-it në ekran, mund të vëzhgoni spektrin e emetimit me një intensitet karakteristik të pabarabartë të ngjyrave.

Përvoja 3. Spektri i emetimit të një llambë fluoreshente

Le të shohim se si duket spektri i një llambë fluoreshente kompakte me një temperaturë ngjyre të normalizuar prej 4100 K. Vëzhgojmë një spektër të linjës.

Dhe nuk ka fare rëndësi për njerëzimin situata me perceptimin e rrezatimit elektromagnetik - ne ndjejmë drejtpërdrejt vetëm një pjesë të vogël të tyre, të cilën ne e quajmë dritë të dukshme. Në rrjedhën e evolucionit, njeriu, si dhe shumë gjitarë të tjerë, humbën aftësinë për të marrë gjurmët infra të kuqe të presë, si gjarpërinjtë; ose shikoni ultravjollcë, si insektet, zogjtë, peshqit dhe disa gjitarë.

Duke i caktuar disa koncepteve një kombinim të qëndrueshëm të tingujve të artikuluar nga aparati i zhvilluar i kordave vokale, paraardhësit tanë u përcollën dëshirat dhe mendimet e tyre të tjerëve. Duke analizuar fjalimin e të tjerëve me vesh, ata, nga ana tjetër, kuptuan dëshirat dhe mendimet e njerëzve të tjerë. Duke koordinuar përpjekjet e anëtarëve të saj në kohë dhe hapësirë, një tufë njerëzish primitivë u shndërruan në një komunitet njerëzor dhe madje në një super grabitqar që gjuan kafshën më të madhe tokësore - mamuthi.

Një ngjarje epokale në zhvillimin e njerëzimit në formën e tij moderne ishte shpikja e shkrimit - hieroglif në Kinën e lashtë dhe Egjiptin e lashtë, kuneiform në Mesopotami (Mesopotami) dhe alfabetik në Fenikinë e lashtë. Popujt evropianë ende përdorin këtë të fundit, megjithëse, pasi kanë kaluar me radhë nëpër Greqinë e lashtë dhe Romën, mbishkrimet e shkronjave fenikase - simbole të veçanta të tingujve - kanë ndryshuar disi.

Një tjetër ngjarje epokale në historinë e njerëzimit ishte shpikja e shtypjes. Ai lejoi një gamë të gjerë njerëzish të bashkoheshin me njohuritë shkencore që më parë ishin të aksesueshme vetëm për një rreth të ngushtë asketikësh dhe mendimtarësh. Kjo nuk ishte e ngadaltë për të ndikuar në ritmin e përparimit shkencor dhe teknologjik.

Zbulimet dhe shpikjet e bëra gjatë katër shekujve të fundit fjalë për fjalë e kanë kthyer jetën tonë përmbys dhe kanë hedhur themelet për teknologjitë moderne për transmetimin dhe përpunimin e sinjaleve analoge dhe dixhitale. Kjo u lehtësua kryesisht nga zhvillimi i mendimit matematik - seksionet e zhvilluara të analizës matematikore, teorisë së fushës dhe shumë më tepër u dhanë shkencëtarëve dhe inxhinierëve një mjet të fuqishëm për parashikimin, kërkimin dhe llogaritjen e pajisjeve teknike dhe instalimeve për eksperimente fizike. Një nga këto mjete ishte analiza spektrale e sinjaleve dhe sasive fizike.

Natyrisht, ushtria nuk mund të humbiste një mundësi kaq të madhe për të rritur aftësitë mbrojtëse të vendeve të tyre. Ka mënyra të reja për të zbuluar objektivat ajror dhe detar shumë përpara afrimit të tyre, bazuar në radar. Kontrolli radiofonik i forcave tokësore, forcave ajrore dhe marinës ka rritur efektivitetin e operacioneve luftarake në tërësi. Sot është e vështirë të imagjinohet një ushtri moderne që nuk është e pajisur me instalime radarësh (radarësh), pajisje komunikimi, radio dhe inteligjencë elektronike dhe pajisje të luftës elektronike (EW).

Referenca e historisë

Më vonë, me zhvillimin e teorisë së elektromagnetizmit, ky koncept u zgjerua në të gjithë gamën e rrezatimit elektromagnetik. Përveç konceptit të spektrit të dridhjeve, ku frekuenca është parametri, dhe që përdoret gjerësisht në inxhinierinë radio dhe akustikë, në fizikë ekziston koncepti i spektrit të energjisë (për shembull, grimcat elementare), ku parametri është energjia e këtyre grimcave e fituar gjatë reaksioneve bërthamore ose ndryshe.

Një shembull tjetër i spektrit të energjisë është shpërndarja e gjendjeve (energjitë kinetike) të molekulave të gazit për kushte të ndryshme, të quajtur statistika ose shpërndarja e Maxwell-Boltzmann, Bose-Einstein ose Fermi-Dirac.

Në 1859, Kirchhoff botoi një artikull "Për linjat Fraunhofer", në të cilin ai shpjegoi arsyen e shfaqjes së linjave Fraunhofer; por përfundimi kryesor i artikullit ishte përcaktimi i përbërjes kimike të atmosferës diellore. Kështu, u vërtetua prania e hidrogjenit, hekurit, kromit, kalciumit, natriumit dhe elementëve të tjerë në atmosferën e Diellit. Në 1868, duke përdorur metoda spektrometrike në mënyrë të pavarur nga njëri-tjetri, astronomi francez Pierre Jules Cesar Jansen dhe kolegu i tij anglez Sir Norman Lockyer zbuluan njëkohësisht një vijë të verdhë të ndritshme në spektrin e Diellit që nuk përputhej me asnjë element të njohur. Kështu u zbulua elementi kimik helium (pas perëndisë së lashtë greke të Diellit - Helios).

Seritë dhe integralet Fourier, të emërtuara sipas matematikanit francez Jean Baptiste Joseph Fourier, i cili i zhvilloi ato gjatë studimit të teorisë së transferimit të nxehtësisë, u bënë baza matematikore për studimin e spektrave dhe spektrave të dridhjeve në përgjithësi. Transformimet Furier janë një mjet jashtëzakonisht i fuqishëm në fusha të ndryshme të shkencës: astronomi, akustikë, inxhinieri radio dhe të tjera.

Studimi i spektrave, si vlera të vëzhgueshme të vlerave të funksioneve shtetërore të një sistemi të caktuar, doli të ishte shumë i frytshëm. Themeluesi i fizikës kuantike, shkencëtari gjerman Max Planck, erdhi në idenë e një kuantike ndërsa punonte në teorinë e spektrit të trupit të zi. Fizikantët anglezë Sir Joseph John Thomson dhe Francis Aston në vitin 1913 morën prova për ekzistencën e izotopeve atomike duke studiuar spektrat e masës, dhe në vitin 1919, duke përdorur spektometrin e parë masiv që ndërtoi, Aston arriti të zbulonte dy izotope të qëndrueshme të neonit Ne, të cilët u bënë i pari nga 213 izotopet e atomeve të ndryshme të zbuluara nga ky shkencëtar.

Që nga mesi i shekullit të kaluar, për shkak të zhvillimit të shpejtë të radio-elektronikës, metodat radio spektroskopike të kërkimit janë bërë të përhapura në shkenca të ndryshme: para së gjithash, rezonanca magnetike bërthamore (NMR), rezonanca paramagnetike e elektroneve (EPR), rezonanca ferromagnetike ( FR), rezonancë antiferromagnetike (AFR) dhe të tjera. .

Përkufizimi i spektrit

Një shembull i spektrit të linjës mund të jetë spektri i tranzicionit elektronik të atomeve nga një gjendje e ngacmuar në një gjendje normale. Një shembull i spektrit të vazhdueshëm është spektri i rrezatimit elektromagnetik të një trupi të ngurtë të ndezur, dhe një shembull i një spektri të kombinuar është spektri i emetimit të yjeve dhe llambave fluoreshente. Spektri i vazhdueshëm i fotosferës së nxehtë të një ylli mbivendoset nga linjat e emetimit dhe thithjes kromosferike të atomeve që përbëjnë kromosferën e yllit.