طیف چیست و چگونه به وجود می‌آید؟

دپارتمان آموزش2018/12/15بروزرسانی در: 2023/08/05

0 مطالعه: 3 دقیقه

در اصطلاح لغوی، طیف عبارت است از عبور نور خورشید از یک منشور و تجزیه آن نور سفید به امواج هفت رنگ قرمز، نارنجی، زرد، سبز، کبود، نیلی و بنفش. ولی در اصطلاح طیف‌شناسی، طیف عبارت از شعاعی است که بوسیله تابش نور خورشید به جسمی به وجود می‌آید و خصوصیات ساختمانی آن جسم را نشان می‌دهد.

طول موج

در سال 1666 میلادی اسحاق نیوتن، نور سفید آفتاب را به یک منشور مثلث القاعده تابانید و دید که آن نور سفید پس از گذشتن از منشور، نوار رنگین طیف را به وجود می‌آورد. یعنی نور سفید را به هفت رنگ نشان می‌دهد. البته باید دانست که نور سفید آفتاب تنها از این هفت رنگ تشکیل نشده، بلکه امواج و اشعه‌های دیگری را هم از خود نشان می‌دهد (یا با خود حمل می‌کند) که طول موج بعضی از آنها از طول موج بنفش کوتاه‌تر است، مانند اشعه ایکس و اشعه گاما. دسته دوم امواجی هستند که ماورای قرمز و امواج هرتز قرار دارند و آنها در طیف مرئی برای حواس فیزیکی ما انسان‌ها قابل رویت نیستند.

علت اینکه این دو دسته (مافوق بنفش و مادون قرمز) برای چشم ما انسان‌ها قابل رویت نیستند، این است که چشم فیزیکی ما به علت کوچکی یا بزرگی زیاد طول موج آنها که بین 0.4 میکرون طول موج نور بنفش و 0.8 میکرون طول موج قرمز می‌باشد، نمی‌توانند آن شعاع را ببینند.

امروزه علم ثابت کرده که طیف هر جسم بستگی به ساختمان اتمی آن دارد. به همین جهت است که طیف‌ها نمایانگر حقایق بسیاری هستند که موضوع علم طیف‌نگاری را تشکیل می‌دهند. برای روشن شدن موضوع اگر جسمی را تا هزاران درجه حرارت بدهند (آن جسم خواه جامد، مایع و یا گاز باشد) تمام طول موج‌های مخصوص به خود را منتشر می‌کند که همه آنها را طیف آن جسم می‌نامند. به عنوان مثال اگر این آزمایش را با گاز هیدروژن انجام دهند، طول موج‌های منتشر شده به این قرار خواهد بود: «یک طول موج در ناحیه سرخ، یکی دیگر در ناحیه آبی و سه طول موج در بنفش» که حاصل این طول موج‌ها در طیف نما، 5 نوار رنگی متناوب است.

کاربرد طیف در شناسایی ترکیب اجسام

در واقع طیف هر جسم به دقت و وضوح نشان می‌دهد که در ساختمان آن جسم چه عناصری بکار رفته است. کیرشهف (Gustav Kirchhoff) ثابت کرد که هر جسم هنگامی که بر سر راه تابش قرار می‌گیرد همان طول موج‌هایی را که به هنگام تحریک از خود منتشر می‌کرد، جذب می‌کند. به این ترتیب خلائی در محل مخصوص آن طول موج در طیف به وجود می‌آورد که به صورت خطی سیاه در زمینه رنگی طیف بر جای می‌ماند.

به عنوان مثال اگر نور سفیدی را از بخار سدیم عبور دهیم و بعد طیف آن را اندازه بگیریم، در زمینه طیف پیوسته نور سفید که از بنفش تا سرخ در ناحیه مرئی گسترده است، دو نوار سیاه مشاهده می‌شود. محل این دو نوار سیاه دقیقاً همان محل دو نوار زردی است که در طیف تابشی سدیم دیده می‌شود. پس نتیجه می‌شود که سدیم در این حالت طول موج‌های مخصوص خود را بلعیده است.

کاربرد تشکیل طیف به دانشمندان امکان داده که بوسیله تجزیه نور ستارگان و تشکیل طیف آنها، از کیفیت ترکیب آن ستاره آگاه شوند و بدانند چه عناصری در آن ستاره وجود دارند. طرز عمل بدین نحو است که طیف یک ستاره هم خطوط تابش دارد و هم خطوط جذبی. با تجزیه این خطوط و تقسیم آنها به دسته‌های مختلف، که هر دسته نمودار یک عنصر است، ترکیب شیمیایی دقیق ستاره‌ها را بدست می‌آورند.

حتی از مقایسه شدت تابندگی این دسته خطوط می‌توانند به نسبت چند درصد عناصر موجود در آن ستاره را هم مشخص نمایند. البته این ترکیب و تعیین نسبت بدست آمده مربوط به جو ستارگان و سطح آنها می‌باشد. با توجه به همین آزمایشات است که دانشمندان گفته‌اند: «ستارگان دارای ساختمان یکنواخت می‌باشند.»