أطياف الخط هي ظاهرة تحدث عندما تبعث الذرات المثارة ضوء بأطوال موجية معينة تتوافق مع ألوان مختلفة، حيث يمكن ملاحظة الضوء المنبعث كسلسلة من الخطوط الملونة مع وجود مسافات داكنة بينهما، حيث تسمى هذه السلسلة من الخطوط الملونة الأطياف الخطية أو الذرية.
توسيع الخطوط الطيفية
في الفيزياء الذرية يتم توسيع دوبلر هو توسيع الخطوط الطيفية بسبب تأثير دوبلر الناجم عن توزيع سرعات الذرات أو الجزيئات، وتؤدي السرعات المختلفة للجسيمات المنبعثة إلى تحولات دوبلر مختلفة، ويكون التأثير التراكمي لها هو توسيع الخط.
وفي التحليل الطيفي يكون الانتشار عبر طول موجي أكبر، أو نطاق تردد، لخطوط الامتصاص (داكنة) أو خطوط الانبعاث (الساطعة) في الإشعاع المستلم من بعض الأشياء.
العوامل الأكثر شيوعًا التي تؤثر على عرض الخط هي فترات حياة الحالات المُثارة؛ حيث تُنتج الأعمار الأقصر شكلًا خطيًا أوسع، والتوسيع الحراري الذي ينتج عن درجات حرارة العينة الأعلى شكل خط أوسع، والتوسيع التصادمي الذي ينتج عن ضغط العينة الأعلى شكل خط أوسع.
كيف يتم توسيع الخطوط الطيفية في فيزياء الكم
1- ما هي الآليات المختلفة لتوسيع الخط الطيفي
الظواهر الفيزيائية التي توسع الخطوط الطيفية هي في الأساس ما يلي: عدم اليقين الميكانيكي الكمومي والطاقة لقيمة الطاقة E للمستويات الذرية مع عدم العمر اللانهائي والتوسيع الطبيعي والتوسيع الحراري (دوبلر).
2- كيف تفسر نظرية الكم أطياف خط الذرات
نظرية الكم تُعرف الذرات باسم الطيف الخطي، لأن الإشعاع (الضوء) المنبعث يتكون من سلسلة من الخطوط الحادة، والأطوال الموجية للخطوط هي سمة مميزة للعنصر وقد تشكل أنماطًا معقدة للغاية.
3- ما هي العوامل التي تؤثر على عرض وشدة الخط الطيفي
ستتأثر شدة الخطوط على الطيف بكمية العينة التي يمر الضوء خلالها، وتعتمد شدة هذا الضوء المرسل على تركيز العينة وطول المسار.
3- ما الذي يؤثر على شكل الخط الطيفي
إن أشكال الخطوط الطيفية حساسة لكثافة ودرجة حرارة البلازما.
4- لماذا الخطوط الطيفية لها عرض محدود
هناك دائمًا عرض محدود للخطوط الطيفية المرصودة، حيث أن أحد مصادر التوسيع هو عرض الخط الطبيعي الذي ينشأ من عدم اليقين في طاقة الدول المشاركة في الانتقال.
5- ما الذي يسبب التوسيع الطبيعي لخطوط الطيف
هذا التوسيع الطبيعي هو نتيجة مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ الذي يشير إلى وجود عدم يقين في حالة الطاقة للنظام E، بسبب عدم اليقين في عمر الحالة، ∆t.
6- لماذا الخطوط الطيفية غاوسي
نظرًا لوجود العديد من مصادر التوسيع، فإن الخطوط لها توزيع مستقر تميل نحو الشكل الغاوسي.
7- ما هو الفرق بين توسيع الضغط وتوسيع دوبلر لخطوط الطيف
يحدث توسع الدوبلر الحراري بسبب توزيع السرعة الحرارية لخط البصر للجزيئات عند درجة حرارة معينة في الغلاف الجوي الكوكبي، ويتم تحفيز توسيع الضغط عن طريق الاصطدامات بين الأنواع الكيميائية مع كون تردد الاصطدام وظيفة قوية للضغط.
8- لماذا بعض خطوط الامتصاص أعرض من غيرها
بعض خطوط الامتصاص أعرض من غيرها؛ لإنه كلما طالت مدة بقاء الإلكترون عند مستوى طاقة أعلى، كان خط الامتصاص الناتج أضيق، وهذا يعني أن الخطوط العريضة تشير إلى منطقة تستغرق فيها انتقالات الإلكترون وقتًا قصيرًا لتحدث.
9- هل يزداد اتساع الدوبلر أم ينقص مع درجة الحرارة ولماذا
توسيع دوبلر للرنين الانشطاري قليل الأهمية في المفاعلات الحرارية، ويتناقص تأثير دوبلر مع زيادة درجة الحرارة ويعتمد بشدة على التركيز والتكتل.
10- كيف شرح نيلز بور الخطوط الطيفية
شرح نيلز بور الطيف الخطي لذرة الهيدروجين بافتراض أن الإلكترون يتحرك في مدارات دائرية وأن المدارات ذات نصف قطر معين فقط مسموح بها.
11- ما الذي يحدد قوة الخط الطيفي
قوة الخط الطيفي هي مساحة الخط الطيفي في مخطط الطول الموجي مقابل الكثافة، وغالبًا ما يتم التعبير عنها على أنها عرض مكافئ.
12- على ماذا تستند الخطوط الطيفية
تنشأ الخطوط الطيفية من تفاعل نظام الكم مثل الذرات عادة، ولكن في بعض الأحيان الجزيئات أو النوى الذرية والفوتونات المفردة.
13- لماذا الخطوط الطيفية ليست حادة
يتم توسيع الخطوط الطيفية الحقيقية للأسباب التالية، مثل مستويات الطاقة ليست حادة بشكل لانهائي، والذرات تتحرك بالنسبة للمراقب، والطاقة E للمستويات ذات الأعمار المحدودة، حيث يحدد العرض الطبيعي للخط ويكون صغير جدًا بشكل عام.
14- كيف تتغير الخطوط الطيفية عندما ينحسر مصدرها
إذا اقترب نجم منا أو انحسر عن الأرض، فإن الأطوال الموجية للضوء في طيفها المستمر تبدو مختصرة أو مطولة على التوالي كما هو الحال مع الخطوط المظلمة.
15- لماذا أطياف الخط ليست مستمرة
الأطياف الذرية المعروفة أيضًا باسم أطياف الخط، فالأطياف الذرية متقطعة لأن مستويات طاقة الإلكترونات في الذرات تكون كميّة، حيث يمكن أن تحتوي الإلكترونات في الذرة على مستويات طاقة معينة فقط، فليس هناك أرضية مشتركة.
16- لماذا تحتوي الأطياف على خطوط متعددة
عندما يقفز إلكترونها من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى أقل، فإنه يطلق فوتونًا، وهذه الفوتونات تسبب ألوانًا مختلفة من الضوء بأطوال موجية مختلفة بسبب المستويات المختلفة، حيث تظهر تلك الفوتونات كخطوط.
17- لماذا بعض الخطوط الطيفية أكثر إشراقًا من غيرها
التفسير، السماكة أو السطوع تعتمدان على عدد الفوتونات، وعندما يكون هناك المزيد من التردد، يكون هناك المزيد من الطاقة، لذا فهي تبعث المزيد من الفوتونات.
18- ما الذي يحدد عرض الخط الطبيعي للانبعاثات الذرية
بشكل عام، يتم استخدام مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ وعمر الحالة المثارة في تحديد عرض الخط الطبيعي وبالنسبة للذرات؛ تكون الأعمار الإشعاعية عمومًا في حدود 10-8 ثوانٍ، وبالتالي فإن عرض الخط الطبيعي الواسع يكون في حدود 10-5 نانومتر.
19- لماذا الخطوط الطيفية مثل بصمات الأصابع
بمعنى آخر، يمكن استخدام الطيف الذري كبصمة إصبع لعنصر لأنه فريد لكل عنصر ويعكس مستويات الطاقة التي تشغلها الإلكترونات في ذرة العنصر.
يُطلق على الطيف الذري لعنصر ما بصمة الإصبع لأنه يمكن تحديد العنصر الذي ينظر إلى الطيف، ولا يمكن أن يتشابه طيف عنصرين مختلفين تمامًا مثل بصمة شخصين مختلفين.
