Çevreden gelen bilgileri algılamak için doğuştan gelen yetenekler açısından, bir kişi oldukça acıklı bir yaratıktır. Koku duyumuz, daha küçük memeli sınıfından kardeşlerimizin içgüdüsü ile karşılaştırılamaz - örneğin kutup ayıları bir buçuk kilometre öteden yiyecekleri koklayabilir ve bazı cins köpekler dört- günlük iz. İşitme cihazımız tüm akustik titreşim bandını alacak şekilde uyarlanmamıştır - fillerin konuşmalarını kızılötesi ve ultrasonik aralıkta doğrudan duyamayız, ne yunusların konuşmalarını ne de yarasaların ekolokasyon sinyallerini duyabiliriz.

Ve elektromanyetik radyasyon algısı ile durum insanlık için hiç önemli değil - doğrudan dediğimiz küçük bir kısmını hissediyoruz. görülebilir ışık. Evrim sürecinde, insan ve diğer birçok memeli, yılanlar gibi, avın kızılötesi izini sürme yeteneğini kaybetti; veya böcekler, kuşlar, balıklar ve bazı memeliler gibi ultraviyoleyi görün.

İnsan kulağı 2*10-5 Pa (işitme eşiği) ile 20 Pa (ağrı eşiği) arasında geniş bir aralıkta ses basıncını hissedebilse de, sesleri yüksekliğe göre ayırt etmekte nispeten kötüyüz (güç ölçeğinin boşuna değil). akustik titreşimler logaritmiktir!). Ancak doğa bize, gelen akustik sinyallerin frekanslarındaki farkı çok doğru bir şekilde belirleme yeteneği ile donatıldı ve bu da, gezegenin efendisi olarak insanın gelişiminde belirleyici bir rol oynadı. Bu, konuşmanın gelişimini ve paket avcılığını planlamak ve organize etmek, doğal düşmanlardan veya düşman insan gruplarından korunmak için kullanılması anlamına gelir.

Bazı kavramlara, gelişmiş bir aygıt tarafından eklemlenen seslerin kararlı bir kombinasyonunu atama ses telleri, atalarımız dilek ve düşüncelerini başkalarına aktarmışlardır. Başkalarının konuşmalarını kulaktan analiz ederek, sırayla diğer insanların isteklerini ve düşüncelerini anladılar. Üyelerinin zaman ve mekandaki çabalarını koordine eden bir ilkel insan sürüsü, bir insan topluluğuna ve hatta en büyük kara hayvanı olan mamutu avlayan süper bir yırtıcıya dönüştü.

Geliştirilen konuşma sadece bir grup insan içinde iletişim için değil, aynı zamanda evcil hayvanlarla türler arası iletişim için de kullanıldı - örneğin, British Columbia Üniversitesi'nden bilim adamlarının araştırmasına göre border collies, 30'dan fazla komutu ezberleyebiliyor ve onları neredeyse ilk kez doğru bir şekilde yürütün. Bu tür sinyal sistemleri, sınıf ve habitattan bağımsız olarak hemen hemen tüm sürü hayvanlarında ilkeldir. Örneğin, kuşlar (korvidler) ve memeliler: kurtlar, sırtlanlar, köpekler ve yunuslar, sürü yaşam tarzına öncülük eden her türlü maymunu saymazsak. Ancak yalnızca insan konuşmayı, etrafındaki dünya hakkında bilgi birikimine katkıda bulunan gelecek nesil insanlara bilgi aktarma aracı olarak kullandı.

İnsanlığın gelişiminde çığır açan bir olay modern biçim yazının icadıydı - hiyeroglif Antik Çin ve Antik Mısır, Mezopotamya'da (Mezopotamya) çivi yazısı ve antik Fenike'de alfabetik. Avrupa halkları hala ikincisini kullanıyor, ancak arka arkaya antik Yunanistan ve Roma'dan geçmiş olmasına rağmen, Fenike harflerinin ana hatları - tuhaf ses sembolleri - biraz değişti.

İnsanlık tarihindeki bir başka çığır açan olay da matbaanın icadıydı. Geniş bir yelpazede insanların katılmasına izin verdi. bilimsel bilgi, daha önce yalnızca dar bir çileci ve düşünür çevresi tarafından erişilebilir. Bu, bilimsel ve teknolojik ilerlemenin hızını etkilemek için yavaş değildi.

Son dört asırda yapılan keşifler ve icatlar, kelimenin tam anlamıyla hayatımızı alt üst etmiş ve temellerini atmıştır. modern teknolojiler analog ve dijital sinyallerin iletimi ve işlenmesi. Bu, matematiksel düşüncenin gelişmesiyle büyük ölçüde kolaylaştırıldı - matematiksel analizin gelişmiş bölümleri, alan teorisi ve çok daha fazlası, bilim adamlarına ve mühendislere, fiziksel deneyler için teknik cihazları ve kurulumları tahmin etmek, araştırmak ve hesaplamak için güçlü bir araç verdi. Bu araçlardan biri, fiziksel sinyallerin ve niceliklerin spektral analiziydi.

Keman sesi spektrumu, ikinci oktavın G notası (G5); spektrum, keman sesinin yaklaşık 784 Hz'lik bir temel frekanstan ve artan frekansla azalan genliğe sahip bir dizi tınıdan oluştuğunu açıkça göstermektedir; üst tonlar kesilirse, sadece temel frekansın sesi kalırsa, kemanın sesi bir akort çatalının veya sinüzoidal bir frekans üretecinin sesine dönüşecektir.

Akustik salınımların spektrumunu elektromanyetik salınımların (modülasyon) daha yüksek frekansları bölgesine aktarma olasılığının keşfi ve bunun ters dönüşümü (demodülasyon), yeni endüstrilerin yaratılması ve geliştirilmesine güçlü bir ivme kazandırdı: iletişim teknolojisi (mobil iletişim dahil). ), ticari ve uygulamalı radyo yayıncılığı ve televizyon.

Doğal olarak ordu, ülkelerinin savunma kapasitesini artırmak için böylesine büyük bir fırsatı kaçıramazdı. Hava ve deniz hedeflerini yaklaşmalarından çok önce radara dayalı olarak tespit etmenin yeni yolları var. kara kuvvetleri komutanlığı, hava Kuvvetleri ve telsiz filosu, genel olarak muharebe operasyonlarının verimliliğini artırdı. Bugün radar (radar) tesisatları, haberleşme teçhizatı, radyo ve elektronik istihbarat ve elektronik harp (EW) teçhizatı ile donatılmamış modern bir ordu hayal etmek zor.

Geçmiş referansı

Tarihsel olarak, spektrum kavramı, seçkin İngiliz fizikçi Sir Isaac Newton tarafından beyaz ışığın üçgen optik prizma kullanılarak bileşenlere ayrıştırılması deneyleri sırasında tanıtıldı. Deneylerin sonuçları, 1704'te yayınlanan temel "Optik" çalışmasında sunuldu. Newton "spektrum" terimini bilimsel kullanıma sokmadan çok önce olsa da, insanlık onun tanıdık bir gökkuşağı biçimindeki tezahürünü biliyordu.

Daha sonra, elektromanyetizma teorisi geliştikçe, bu kavram elektromanyetik radyasyonun tüm aralığını kapsayacak şekilde genişletildi. Parametrenin frekans olduğu ve radyo mühendisliği ve akustikte yaygın olarak kullanılan salınım spektrumu kavramına ek olarak, fizikte enerji spektrumu kavramı da vardır (örneğin, temel parçacıklar), burada parametre, sırasında elde edilen bu parçacıkların enerjisidir. nükleer reaksiyonlar ya da.

Bir enerji spektrumunun başka bir örneği durum dağılımlarıdır ( kinetik enerjiler) için gaz molekülleri çeşitli koşullar Maxwell-Boltzmann, Bose-Einstein veya Fermi-Dirac'ın istatistikleri veya dağılımları olarak adlandırılır.

Metalik tuzların buharlarıyla renklendirilmiş bir alevin spektrumlarının araştırılmasındaki öncüler, Alman fizikçi Gustav Robert Kirchhoff ve kimyager Robert Wilhelm Bunsen'di. Spektral analizin, ışığın absorpsiyonu ve emisyonu ile ilişkili optik fenomenlerin doğasını ve fiziğini incelemek için güçlü bir araç olduğu ortaya çıktı. 1814'te Alman fizikçi Josef Fraunhofer, güneş ışığı spektrumunda 500'den fazla karanlık çizgi keşfetti ve tanımladı, ancak oluşumlarının doğasını açıklayamadı. Şimdi bu absorpsiyon hatlarına Fraunhofer hatları denir.

1859'da Kirchhoff, Fraunhofer çizgilerinin ortaya çıkış nedenini açıkladığı "Fraunhofer Çizgileri Üzerine" adlı bir makale yayınladı; ancak makalenin ana sonucu tanımdı kimyasal bileşim güneşin atmosferi. Böylece Güneş'in atmosferinde hidrojen, demir, krom, kalsiyum, sodyum ve diğer elementlerin varlığı kanıtlandı. 1868'de spektrometrik yöntemler Fransız astronom Pierre Jules Cesar Jansen ve İngiliz meslektaşı Sir Norman Lockyer, birbirlerinden bağımsız olarak, Güneş'in tayfında herhangi bir göktaşıyla örtüşmeyen parlak sarı bir çizgi keşfettiler. bilinen eleman. Böylece kimyasal element helyum keşfedildi (eski Yunan güneş tanrısı - Helios'tan sonra).

Fourier serileri ve integralleri, adını ısı transferi teorisini incelerken geliştiren Fransız matematikçi Jean Baptiste Joseph Fourier'den almıştır, genel olarak titreşim spektrumlarının ve spektrumlarının incelenmesinin matematiksel temeli olmuştur. Fourier dönüşümleri son derece güçlü bir araçtır. çeşitli alanlar bilimler: astronomi, akustik, radyo mühendisliği ve diğerleri.

Spektrum çalışması, belirli bir sistemin durum fonksiyonlarının değerlerinin gözlemlenebilir değerleri olarak çok verimli olduğu ortaya çıktı. Kurucu kuantum fiziği Alman bilim adamı Max Planck, kara cisim tayfı teorisi üzerinde çalışırken kuantum fikrini ortaya attı. İngiliz fizikçiler Sir Joseph John Thomson ve Francis Aston, 1913'te kütle spektrumlarını inceleyerek atomik izotopların varlığına dair kanıt elde ettiler ve 1919'da, inşa ettiği ilk kütle spektrometresini kullanarak Aston, neon Ne'nin iki kararlı izotopunu keşfetmeyi başardı. Bu bilim adamı tarafından keşfedilen çeşitli atomların 213 izotopundan ilki.

Geçen yüzyılın ortalarından itibaren, radyo elektroniğinin hızlı gelişimi nedeniyle geniş kullanımçeşitli bilimlerde radyospektroskopik araştırma yöntemleri elde edildi: her şeyden önce nükleer manyetik rezonans (NMR), elektron paramanyetik rezonans (EPR), ferromanyetik rezonans (FR), antiferromanyetik rezonans (AFR) ve diğerleri.

spektrum tanımı

Fizikte spektrum, fiziksel bir niceliğin (enerji, frekans veya kütle) grafik, analitik veya tablo şeklinde verilen değerlerinin dağılımıdır. Çoğu zaman, spektrum elektromanyetik spektrum anlamına gelir - elektromanyetik radyasyonun enerji veya gücünün frekanslar veya dalga boyları üzerindeki dağılımı.

Bir sinyali, radyasyonu veya zaman dizisini karakterize eden nicelik, güç veya enerji spektral yoğunluğudur. Bir sinyalin gücünün veya enerjisinin frekans üzerinden nasıl dağıldığını gösterir. Farklı frekans bileşenleri içeren sinyaller ölçüldüğünde, farklı frekans sinyali bileşenlerinin gücü farklı olacaktır. Bu nedenle, spektral yoğunluk grafiği, güce karşı frekans grafiğidir. Güç spektral yoğunluğu genellikle hertz başına watt (W/Hz) veya hertz başına desibel miliwatt (dBm/Hz) olarak ifade edilir. Genel durumda, güç spektral yoğunluğu, sinyal değişikliklerinin hangi frekanslarda güçlü ve hangilerinde küçük olduğunu gösterir.Bu, çeşitli süreçlerin daha ileri analizi için faydalı olabilir.

Fiziksel bir niceliğin değerlerinin dağılımının doğası gereği, spektrumlar ayrık (doğrusal), süreklidir (sürekli) ve ayrıca ayrık ve sürekli spektrumların bir kombinasyonu olabilir.

Çizgi spektrumunun bir örneği, atomların uyarılmış bir durumdan normal bir duruma elektronik geçişlerinin spektrumları olabilir. Sürekli spektruma bir örnek, ısıtılmış bir elektromanyetik radyasyonun spektrumudur. sağlam vücut ve birleşik spektrumun bir örneği, yıldızların ve flüoresan lambaların emisyon spektrumlarıdır. Bir yıldızın ısıtılmış fotosferinin sürekli spektrumu, yıldızın kromosferini oluşturan atomların kromosferik emisyon ve absorpsiyon çizgileri tarafından üst üste bindirilir.

Spektrum. fenomenlerin fiziği

spektrum örnekleri

Fizikte, emisyon spektrumları (radyasyon spektrumları), adsorpsiyon spektrumları (absorpsiyon spektrumları) ve yansıma spektrumları (Rayleigh saçılması) da ayırt edilir. Ayrı ayrı düşünüldü Raman saçılması optik radyasyonun esnek olmayan saçılması ile ilişkili ve yansıyan ışığın frekansında (veya aynı olan dalga boyunda) gözle görülür bir değişikliğe yol açan ışık (Raman etkisi). Raman spektroskopisi, incelenen maddenin hem katı hem de sıvı ve gaz fazlarında bulunan malzemelerin bileşimini ve yapısını inceleyen etkili bir kimyasal analiz yöntemidir.

Bu şekilde gösterilen diyapazon spektrumunda, çarpmadan hemen sonra, temel harmoniğe (440 Hz) ek olarak, ikinci (880 Hz) ve üçüncü (1320 Hz) harmoniklerin de mevcut olduğu görülebilir. hızla bozulan ve daha sonra yalnızca temel harmonik duyulan ses. Ses, oynatıcının oynat düğmesine basılarak duyulabilir

Yukarıda bahsedildiği gibi, emisyon spektrumları, her şeyden önce, uyarılmış durumda olan atomların dış kabuklarının elektronlarının geçişinden kaynaklanır, bu sırada bu kabukların elektronları normal duruma karşılık gelen daha düşük enerji seviyelerine döner. atomun. Bu durumda, belirli bir frekansta (dalga boyu) bir kuantum ışık yayılır ve emisyon spektrumunda karakteristik çizgiler belirir.

Adsorpsiyon absorpsiyonu sırasında, ters mekanizma etkinleştirilir - belirli bir frekanstaki radyasyon kuantumlarını yakalayarak, atomların dış kabuklarının elektronları daha yüksek bir seviyeye geçer. enerji seviyesi. Bu durumda, ilgili karakteristik koyu çizgiler absorpsiyon spektrumunda görünür.

Rayleigh saçılımı (elastik saçılım) ile iyi tanımlanabilen ve tanımlanamayan Kuantum mekaniği Işık kuantasının absorpsiyonu ve yeniden emisyonu aynı anda meydana gelir ve bu, gelen ve yansıyan radyasyonun spektrumunu hiç değiştirmez.

akustik spektrum

Akustik spektrumlar, ses - akustik biliminde özel bir rol oynar. Bu tür spektrumların analizi, teknik uygulamalar için çok önemli olan bir akustik sinyalin frekansı ve dinamik aralığı hakkında bir fikir verir.

Örneğin, bir insan sesinin telefonda güvenli bir şekilde iletilmesi için 300–3000 Hz bandındaki sesleri iletmek yeterlidir. Bu yüzden telefondaki tanıdıkların sesleri gerçek hayattan biraz farklı geliyor.

Ultrasonik düdüğün icadı, İngiliz bilim adamı ve gezgin Francis Galton'a atfedilir, her durumda, onu psikometrik araştırmalar için ilk kullanan oydu.

Genel olarak seslerin, özellikle ritmik ve armonik olanların güçlü bir psiko-duygusal etkisi vardır. Gürültü benzeri akustik sinyallerin bile bir etkisi vardır - akustikte "beyaz" ve "pembe" gürültü kavramları ve "başka bir rengin" sesleri kullanılır. Beyaz gürültünün spektral yoğunluğu tüm frekans aralığında aynıdır, pembe gürültü ve diğer “renkli” gürültü, genlik-frekans spektral tepkisinde beyaz gürültüden farklıdır.

Pelerin ve hançerin modern şövalyeleri, akustik spektrumları hiç görmezden gelemezdi. Başlangıçta, telefon görüşmelerinin önemsiz bir şekilde dinlenmesini kullandılar. Sonuç olarak, radyo mühendisliğinin gelişmesiyle, akustik sinyallerin kesilmesini zorlaştırmak için belirli matematiksel algoritmalara göre karıştırma (şifreleme ve kodlama) yöntemleri kullanılmaya başlandı. Hem sabit hem de taşınabilir bilgisayar cihazlarının üretken bilgi işlem gücünün artması nedeniyle, artık eski akustik sinyal şifreleme yöntemleri unutulmaya yüz tutmuş, yerini daha modern matematiksel şifreleme yöntemlerine bırakmıştır.

elektromanyetik spektrum

Elektromanyetik spektrumların incelenmesi, radyo astronomlarına analiz için harika bir araç sağladı. fiziksel özellikler. Evrenimizin başlangıcını belirleyen Büyük Patlama'nın yankılarını kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu biçiminde yakaladılar ve ana dizide yer alan yıldızların davranışlarını iyileştirdiler. Yıldızların sınıflandırılması spektruma göre yapılır ve Tanrıya şükür, armatürümüz - G (G2V) sınıfının sarı cüce Güneşi - bazı faaliyet dönemleri dışında oldukça huzurlu bir karaktere sahiptir. Enstrümanların duyarlılığının gelişmesiyle birlikte, astrofizikçiler ve hatta astrobiyologlar artık bizim dışımızdaki varoluş hakkında sonuçlar çıkarabiliyorlar. Güneş Sistemi dünyamız gibi gezegenler olası seçeneklerüzerlerinde yaşamın varlığı.

Spektrum analizi tıp, kimya ve diğer ilgili bilimlerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Hamile bir kadının vücudundaki fetüsün bilgisayarla işlenmiş görüntülerine şaşırmıyoruz, MRI incelemelerine alışığız ve hatta görselleştirmesi temel alınan insan vücudunun damarlarındaki operasyonlardan korkmuyoruz. ultrason radyasyon spektrumunun analizi üzerine.

Spektral analiz yöntemlerini kullanan kimyagerler, sadece karmaşık bir fikir elde edemezler. kimyasal bileşikler değil, aynı zamanda moleküllerdeki atomların uzaysal düzenini hesaplamak için.

Ve her zaman olduğu gibi, radyo frekansı ve optik aralıktaki elektromanyetik spektrum, askeri uzmanların yakın dikkatinden kaçmadı. Askeri istihbarat memurları, analizlerine dayanarak, yalnızca düşman birliklerinin karşıt grupları hakkında bir fikir oluşturmakla kalmaz, aynı zamanda atom Armageddon'un başlangıcını da belirleyebilirler.

spektrum analizi

Yukarıda gösterildiği gibi, özellikle radyo frekansı ve optik aralıkta spektral analiz, nesnelerin fiziksel ve bilgisel özü hakkında bilgi elde etmek için güçlü bir araçtır - gerçekten gerçek fiziksel nesnelerle ilgili olmaları veya geçici spektrumları temsil etmeleri hiç önemli değildir. Anketler yoluyla elde edilen kamuoyu Modern fiziksel spektral analiz, nesnelerin bir tür dijital spektral imzası olan imzaların karşılaştırılmasına dayanır.

Radar yöntemlerinin geliştirilmesiyle, yansıyan sinyallerin spektrumunun analizine dayanan askeri uzmanlar, yalnızca bir hava hedefini tespit etmekle kalmaz, azimutunu ve yüksekliğini de belirleyebilir. Yansıyan sinyalin radyasyon darbesine göre varışının gecikme süresi ile hedefe olan mesafeyi belirlemek mümkündür. Doppler etkisine dayanarak, hareketinin hızını hesaplamak ve hatta yansıyan sinyallerin imzalarından (spektra) türünü belirlemek mümkündür.

Ancak aynı yöntemler kullanılmaktadır. sivil Havacılık. Mükemmel bir kaynak Flightradar24.com, uçak uçuşlarını neredeyse gerçek zamanlı olarak takip etmenizi sağlar ve aşağıdakiler gibi birçok ilgili bilgiyi verir: uçağın seyri ve tipi, yüksekliği ve uçuş hızı; kalkış zamanı ve tahmini varış zamanı; uçmak için ne kadar kaldı ve hatta uçak komutanının adı ve soyadı. Bilgisayar grafikleri sayesinde bu kaynak bir uçuş parkuru oluşturur ve yakınlaştırdığınızda uygun anlarda uçuşun kalkış ve inişini bile görebilirsiniz.

Radyo istihbarat uzmanları, radyasyon spektrumunun ince bir analizine dayanarak, tespit edilen radyo ekipmanının ilgili düşman birimlerine ait olduğunun belirlenmesini bile üstlenir.

spektral sentez

Sinyallerin spektral sentezi, Fransız matematikçi Fourier'in harmonik analizine ve ne yazık ki İngiliz teknik literatüründe farklı bir adı olan radyo mühendisliği Kotelnikov alanındaki Rus bilim adamının teoremine dayanmaktadır - Nyquist-Shannon teoremi . Harmonik analiz, farklı parametrelere sahip sonlu bir harmonik bileşen seti ile yeterli derecede aslına uygunluk ile keyfi olarak karmaşık bir sinyal gerçekleştirme olasılığını ifade eder. Matematiksel materyalin sunumunun özelliklerine girmeden, Kotelnikov'un teoremi, bir harmonik sinyali yeniden üretmek için bu sinyalden iki katı frekansla örneklemenin yeterli olduğunu belirtir.

Sinyal sentezi - spektrum sentezini oku - modern bilgisayar kriptografisinin temeli haline geldi. çağdaş müzik ve hatta gerçek yayan nesnelerin sanal benzerleriyle öykünmesi, modern elektronik savaşta (EW) kullanılan yanıltıcı düşman tespit sistemleri.

Günümüzde, kapalı iletişim kanalları üzerinden sinyal iletme yöntemleri, parazite karşı yüksek derecede bağışıklığa sahip olan gürültü benzeri sinyalleri iletme yöntemleri ile yakından iç içedir.

Bunların numaralandırılması bu makalenin görevine dahil değildir, ancak, sizi temin etmeliyiz ki, mobil iletişimi kullanarak, belirli matematiksel algoritmalara göre, kod çözmeye karşı yüksek derecede koruma sağlayan akustik sinyal spektrum dönüşümlerinden tam olarak yararlanıyorsunuz.

Spektrum ile bazı deneyler

Sonuç olarak, optik spektrumlarla birkaç deney yapalım.

Deneyim 1. Güneş ışığının ayrıştırılması ve basit bir ev yapımı spektrografın kalibrasyonu

Üçgen bir optik prizmanız veya eski bir gereksiz CD veya DVD'niz varsa, Sir Isaac Newton'un güneş ışığının ayrışmasıyla ilgili deneyini tekrarlayabilirsiniz. Daha kolay olduğu için CD'yi kullanacağız. Ayrıca spektrografımızın girişinde bir diyaframa ve karton gibi opak bir malzemeden yapılmış bir tüpe ihtiyacımız var. Bir diyafram yapmak için, optik olarak opak herhangi bir malzemeden bir plakada bir bıçak veya neşter ile bir yarık kesmek ve ardından bir çift bıçağı yapıştırmak yeterlidir. Bu yarık bir kolimatör rolünü oynayacak. Yaklaşık 20 cm uzunluğunda bir karton tüpe yarıklı bir plaka takıyoruz.Paralel güneş ışığı veya kolimatörden sonra elde edilen başka bir ışık kaynağı, tüpün diğer ucuna taktığımız bir disk parçasına yönlendirilmelidir. yuvadan gelen ışık huzmesine 60-80 ° açı (deneysel olarak seçilmiş) . İkinci ucu bir kapakla kapatın. Spektrumu görüntülemek veya fotoğraflamak için, resimde gösterildiği gibi tüpte bir delik açmanız gerekir. Her şey, spektrografımız hazır. Mordan kırmızıya renkler arasında yumuşak geçişlerle güneş ışığının sürekli bir spektrum renk bandını gözlemleyebilir ve fotoğraflayabiliriz. Koyu Fraunhofer absorpsiyon çizgileri, spektrumda açıkça görülebilir.

En basit spektrografımızı kalibre etmek için, sırasıyla 670, 532 ve 405 nm dalga boylarına sahip kırmızı, yeşil ve mor olmak üzere üç lazer işaretçi kullanacağız.

Deneyim 2. "Beyaz" bir LED'den ışığın ayrışması

Doğal ışık kaynağını değiştireceğiz. Bunun yerine, beyaz parıltılı 5 W radyasyon gücüne sahip bir LED kullanıyoruz. Bu ışık çoğunlukla, mavi bir LED'in radyasyonunu, onu kaplayan bir fosfor tarafından "sıcak" veya "soğuk" bir beyaz ışığa dönüştürerek elde edilir.

Ekrandaki LED'in çıkışlarına uygun bir voltaj uygulandığında, emisyon spektrumu karakteristik eşit olmayan bir renk yoğunluğu ile gözlemlenebilir.

Deneyim 3. Bir floresan lambanın emisyon spektrumu

Normalize edilmiş 4100 K renk sıcaklığına sahip kompakt bir flüoresan lambanın spektrumunun nasıl göründüğünü görelim.Bir çizgi spektrumu gözlemliyoruz.

Ve elektromanyetik radyasyon algısı ile durum insanlık için hiç önemli değil - doğrudan görünür ışık dediğimiz küçük bir kısmını hissediyoruz. Evrim sürecinde insan, diğer birçok memeli gibi, yılanlar gibi, avın kızılötesi izini sürme yeteneğini kaybetmiştir; veya böcekler, kuşlar, balıklar ve bazı memeliler gibi ultraviyoleyi görün.

Bazı kavramlara, ses tellerinin gelişmiş aparatı tarafından eklemlenen seslerin istikrarlı bir kombinasyonunu atayan atalarımız, dileklerini ve düşüncelerini başkalarına iletti. Başkalarının konuşmalarını kulaktan analiz ederek, sırayla diğer insanların isteklerini ve düşüncelerini anladılar. Üyelerinin zaman ve mekandaki çabalarını koordine eden bir ilkel insan sürüsü, bir insan topluluğuna ve hatta en büyük kara hayvanı olan mamutu avlayan süper bir yırtıcıya dönüştü.

İnsanlığın modern biçimindeki gelişiminde çığır açan bir olay, yazının icadıydı - eski Çin ve eski Mısır'da hiyeroglif, Mezopotamya'da (Mezopotamya) çivi yazısı ve eski Fenike'de alfabetik. Avrupa halkları hala ikincisini kullanıyor, ancak arka arkaya antik Yunanistan ve Roma'dan geçmiş olmasına rağmen, Fenike harflerinin ana hatları - tuhaf ses sembolleri - biraz değişti.

İnsanlık tarihindeki bir başka çığır açan olay da matbaanın icadıydı. Daha önce yalnızca dar bir çileci ve düşünür çemberinin erişebildiği bilimsel bilgiye geniş bir yelpazede insanın katılmasına izin verdi. Bu, bilimsel ve teknolojik ilerlemenin hızını etkilemek için yavaş değildi.

Son dört yüzyılda yapılan keşifler ve icatlar, hayatımızı kelimenin tam anlamıyla alt üst etti ve analog ve dijital sinyalleri iletmek ve işlemek için modern teknolojilerin temellerini attı. Bu, matematiksel düşüncenin gelişmesiyle büyük ölçüde kolaylaştırıldı - matematiksel analizin gelişmiş bölümleri, alan teorisi ve çok daha fazlası, bilim adamlarına ve mühendislere, fiziksel deneyler için teknik cihazları ve kurulumları tahmin etmek, araştırmak ve hesaplamak için güçlü bir araç verdi. Bu araçlardan biri, fiziksel sinyallerin ve niceliklerin spektral analiziydi.

Doğal olarak ordu, ülkelerinin savunma kapasitesini artırmak için böylesine büyük bir fırsatı kaçıramazdı. Hava ve deniz hedeflerini yaklaşmalarından çok önce radara dayalı olarak tespit etmenin yeni yolları var. Kara kuvvetleri, hava kuvvetleri ve donanmanın telsiz kontrolü, genel olarak muharebe operasyonlarının etkinliğini artırdı. Bugün radar (radar) tesisatları, haberleşme teçhizatı, radyo ve elektronik istihbarat ve elektronik harp (EW) teçhizatı ile donatılmamış modern bir ordu hayal etmek zor.

Geçmiş referansı

Daha sonra, elektromanyetizma teorisi geliştikçe, bu kavram elektromanyetik radyasyonun tüm aralığını kapsayacak şekilde genişletildi. Frekansın parametre olduğu ve radyo mühendisliği ve akustikte yaygın olarak kullanılan salınım spektrumu kavramına ek olarak, fizikte enerji spektrumu kavramı (örneğin, temel parçacıklar) vardır. nükleer reaksiyonlar sırasında veya başka bir şekilde elde edilen bu parçacıkların enerjisidir.

Enerji spektrumunun bir başka örneği, Maxwell-Boltzmann, Bose-Einstein veya Fermi-Dirac'ın istatistik veya dağılımı olarak adlandırılan çeşitli koşullar için gaz moleküllerinin durumlarının (kinetik enerjilerinin) dağılımıdır.

1859'da Kirchhoff, Fraunhofer çizgilerinin ortaya çıkış nedenini açıkladığı "Fraunhofer Çizgileri Üzerine" adlı bir makale yayınladı; ancak makalenin ana sonucu, güneş atmosferinin kimyasal bileşiminin belirlenmesiydi. Böylece Güneş'in atmosferinde hidrojen, demir, krom, kalsiyum, sodyum ve diğer elementlerin varlığı kanıtlandı. 1868'de Fransız astronom Pierre Jules Cesar Jansen ve İngiliz meslektaşı Sir Norman Lockyer, birbirinden bağımsız spektrometrik yöntemler kullanarak, Güneş'in tayfında bilinen hiçbir elementle örtüşmeyen parlak sarı bir çizgi keşfettiler. Böylece kimyasal element helyum keşfedildi (eski Yunan güneş tanrısı - Helios'tan sonra).

Fourier serileri ve integralleri, adını ısı transferi teorisini incelerken geliştiren Fransız matematikçi Jean Baptiste Joseph Fourier'den almıştır, genel olarak titreşim spektrumlarının ve spektrumlarının incelenmesinin matematiksel temeli olmuştur. Fourier dönüşümleri, çeşitli bilim alanlarında son derece güçlü bir araçtır: astronomi, akustik, radyo mühendisliği ve diğerleri.

Spektrum çalışması, belirli bir sistemin durum fonksiyonlarının değerlerinin gözlemlenebilir değerleri olarak çok verimli olduğu ortaya çıktı. Kuantum fiziğinin kurucusu Alman bilim adamı Max Planck, kara cisim tayfı teorisi üzerinde çalışırken kuantum fikrini ortaya attı. İngiliz fizikçiler Sir Joseph John Thomson ve Francis Aston, 1913'te kütle spektrumlarını inceleyerek atomik izotopların varlığına dair kanıt elde ettiler ve 1919'da, inşa ettiği ilk kütle spektrometresini kullanarak Aston, neon Ne'nin iki kararlı izotopunu keşfetmeyi başardı. Bu bilim adamı tarafından keşfedilen çeşitli atomların 213 izotopundan ilki.

Geçen yüzyılın ortalarından bu yana, radyo elektroniğinin hızlı gelişimi nedeniyle, radyo spektroskopik araştırma yöntemleri çeşitli bilimlerde yaygınlaştı: her şeyden önce nükleer manyetik rezonans (NMR), elektron paramanyetik rezonans (EPR), ferromanyetik rezonans ( FR), antiferromanyetik rezonans (AFR) ve diğerleri.

spektrum tanımı

Fiziksel bir niceliğin değerlerinin dağılımının doğası gereği, spektrumlar ayrık (doğrusal), süreklidir (sürekli) ve ayrıca ayrık ve sürekli spektrumların bir kombinasyonu olabilir.

Çizgi spektrumunun bir örneği, atomların uyarılmış bir durumdan normal bir duruma elektronik geçişlerinin spektrumları olabilir. Sürekli spektrum örneği, ısıtılmış bir katının elektromanyetik radyasyon spektrumudur ve birleşik spektrum örneği, yıldızların ve flüoresan lambaların emisyon spektrumudur. Bir yıldızın ısıtılmış fotosferinin sürekli spektrumu, yıldızın kromosferini oluşturan atomların kromosferik emisyon ve absorpsiyon çizgileri tarafından üst üste bindirilir.