Quang phổ là gì? Công thức tính quang phổ (chi tiết nhất)

Bài viết Quang phổ là gì? Công thức tính quang phổ với phương pháp giải chi tiết giúp học sinh ôn tập, biết cách làm bài tập Quang phổ là gì? Công thức tính quang phổ.

Quang phổ là gì? Công thức tính quang phổ (chi tiết nhất)

1. Quang phổ là gì?

Quang phổ là một dải màu tương tự như cầu vồng được quan sát trên màn hình khi ánh sáng trải qua hiện tượng tán sắc. Thuật ngữ "quang phổ" thường được sử dụng để mô tả việc đo cường độ bức xạ dưới dạng một hàm số của bước sóng và thường được sử dụng để mô tả các phương pháp thực nghiệm liên quan.

Vạch quang phổ là các vạch sáng hoặc tối trong một quang phổ liên tục và đồng nhất, được hình thành do sự phát xạ hoặc hấp thụ ánh sáng trong một dải tần số nhỏ so với các tần số lân cận. Trong một số trường hợp, các vạch quang phổ có thể được phân tách và phân biệt rõ ràng, trong khi trong những trường hợp khác, các vạch quang phổ có thể trùng lắp nhau do sự chuyển tiếp giữa các trạng thái năng lượng chỉ xảy ra khi mật độ của các trạng thái đạt đủ cao.

Thiết bị được sử dụng để đo và phân tích quang phổ được gọi là máy quang phổ, máy đo quang phổ hoặc máy phân tích quang phổ.

Quang phổ của các nguyên tử và phân tử thường bao gồm một loạt các vạch quang phổ, và mỗi vạch thường đại diện cho sự tương tác giữa hai trạng thái lượng tử khác nhau. Các vạch quang phổ cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc và hành vi của các nguyên tử và phân tử, và chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như vật lý, hóa học, thiên văn học và nghiên cứu vật liệu.

Trên cơ sở những thông tin được thu thập từ quang phổ, ta có thể rút ra những hiểu biết sâu hơn về cấu trúc và tính chất của vật chất, góp phần quan trọng trong việc hiểu và nghiên cứu các hiện tượng và quy luật tồn tại trong tự nhiên. 

2. Quang phổ vạch hấp thụ là gì?

Quang phổ vạch hấp thụ là một dạng quang phổ liên tục trong đó thiếu các vạch màu do khí hoặc hơi kim loại hấp thụ.

Nguồn sáng được sử dụng để tạo ra quang phổ là ánh sáng trắng từ một nguồn như đèn. Khi ánh sáng trắng đi qua một máy quang phổ, ta thu được quang phổ liên tục. Tuy nhiên, khi đặt một chất khí hoặc hơi kim loại giữa nguồn sáng và máy quang phổ, chất đó sẽ hấp thụ một số vạch màu trong quang phổ, dẫn đến xuất hiện các vạch tối trên quang phổ hấp thụ. Để có một phổ vạch hấp thụ, chất khí hoặc hơi kim loại phải có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ của nguồn sáng trắng.

Các vạch tối trong quang phổ hấp thụ được đặt chính xác tại vị trí tương ứng với các vạch màu trong quang phổ phát xạ của nguyên tố hóa học đó. Khi một chất rắn hoặc chất khí hấp thụ được đặt trong đường đi của ánh sáng trắng, các vạch tối sẽ xuất hiện trên nền trắng liên tục của nguồn sáng. Nguyên nhân của hiện tượng này là do các nguyên tố trong chất rắn hoặc chất khí tương tác với nhau và hấp thụ các bước sóng cụ thể.

Các ứng dụng của quang phổ vạch hấp thụ bao gồm:

- Xác định thành phần và cấu hình của mặt trời và các ngôi sao. Quang phổ của mặt trời là một quang phổ hấp thụ.

- Nhận biết các thành phần hóa học có mặt trong một mẫu với mức độ đáng kể. Bằng cách phân tích quang phổ vạch hấp thụ, ta có thể xác định các nguyên tố có mặt và đánh giá tỷ lệ phần trăm của chúng.

Quang phổ vạch hấp thụ cung cấp thông tin quan trọng về cấu trúc và thành phần của các chất, và nó đã trở thành một công cụ quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng khoa học.

3. Quang phổ vạch phát xạ là gì? 

Quang phổ vạch phát xạ là một hệ thống các vạch màu riêng biệt được quan sát trên nền tối. Nó được tạo ra bởi các nguyên tử trong một mẫu vật liệu khi chúng bị kích thích bằng nhiệt độ hoặc phóng điện.

Mỗi nguyên tố hóa học có một phổ đặc trưng riêng, bao gồm số lượng vạch, vị trí vạch trên phổ, màu sắc và độ sáng của chúng. Điều này có nghĩa là các nguyên tố khác nhau sẽ có các phổ phát xạ khác nhau, với số lượng, vị trí và độ sáng của các vạch cũng khác nhau. Điều này đồng nghĩa với việc màu sắc của các vạch trên quang phổ cũng sẽ khác nhau.

Ứng dụng chính của quang phổ vạch phát xạ là trong việc xác định sự tồn tại của các nguyên tố hóa học trong mẫu khí nung chảy. Bằng cách phân tích quang phổ và so sánh với các phổ đặc trưng đã biết trước đó, chúng ta có thể xác định các nguyên tố có mặt trong mẫu và xác định tỷ lệ phần trăm của chúng. Phương pháp này rất hữu ích trong nhiều lĩnh vực như hóa học, vật lý, y học và khoa học vật liệu.

Quang phổ vạch phát xạ mang lại thông tin quý giá về cấu trúc và thành phần của các vật liệu, và nó đã trở thành một công cụ quan trọng trong nghiên cứu và ứng dụng khoa học hiện đại.

4. Nguyên lý hoạt động của quang phổ

Nguyên lý hoạt động của quang phổ dựa trên tương tác giữa ánh sáng và chất khi đi qua một môi trường. Khi ánh sáng tác động lên chất, nó có thể phản xạ, truyền hoặc bị hấp thụ. Quang phổ là kết quả của việc phân tích và quan sát sự tương tác này.

Khi ánh sáng đi qua chất, nó tương tác với các hạt nhỏ trong chất đó. Sự tương tác này gây ra sự phát xạ, hấp thụ hoặc phản xạ của ánh sáng. Quang phổ phát xạ là quang phổ được tạo ra khi một nguồn sáng phát ra ánh sáng và chất tương tác với ánh sáng đó, dẫn đến việc phát xạ ánh sáng ra ngoài. Quang phổ hấp thụ là quang phổ được tạo ra khi chất hấp thụ ánh sáng từ nguồn sáng đi qua nó, dẫn đến việc hấp thụ các bước sóng cụ thể và tạo ra các vạch tối trên quang phổ.

Quang phổ có thể được phân tích và quan sát bằng các phương pháp quang phổ học như máy quang phổ. Máy quang phổ sử dụng một nguồn ánh sáng và các thành phần quang học để phân tích và ghi lại quang phổ của một mẫu. Khi ánh sáng đi qua mẫu, máy quang phổ sẽ phân tích phổ ánh sáng phát ra sau khi tương tác với mẫu đó. Kết quả là một biểu đồ quang phổ hiển thị các vạch sáng hoặc tối tương ứng với các bước sóng mà chất hấp thụ hoặc phát xạ.

Quang phổ là một công cụ quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ. Nó cung cấp thông tin về cấu trúc và tính chất của vật chất, cho phép chúng ta nghiên cứu và hiểu sâu hơn về các nguyên tố, phân tử, vật liệu và cả vũ trụ. Các phương pháp phân tích quang phổ được sử dụng rộng rãi trong hóa học, vật lý, thiên văn học, y học và nhiều lĩnh vực khác để xác định thành phần, cấu trúc và tính chất của các vật chất.

5. Máy Quang phổ là gì?

Máy quang phổ là một thiết bị được sử dụng để phân tích và đo lường quang phổ của ánh sáng hoặc các vật liệu khác. Nó được thiết kế để tách biệt và ghi lại các thành phần của quang phổ, bao gồm các bước sóng và cường độ tương ứng.

Máy quang phổ thường bao gồm các thành phần chính như nguồn sáng, một hệ thống quang học để phân tách ánh sáng thành các thành phần phổ, một bộ cảm biến hoặc bộ thu để ghi lại và đo lường tín hiệu quang phổ, và một hệ thống điều khiển để điều chỉnh và điều khiển quá trình phân tích.

Trong máy quang phổ, ánh sáng từ nguồn sáng đi qua một hệ thống quang học như một khe hẹp hoặc một mạng lưới phân tán để tách biệt các bước sóng khác nhau. Sau đó, ánh sáng được chỉnh hướng vào bộ cảm biến hoặc bộ thu để ghi lại tín hiệu quang phổ. Bộ cảm biến có thể là một cảm biến quang điện hoặc một bộ cảm biến CCD (Charge-Coupled Device) để ghi lại tín hiệu ánh sáng.

Dữ liệu quang phổ được thu thập từ máy quang phổ có thể được sử dụng để xác định thành phần của một mẫu hoặc để nghiên cứu các quá trình tương tác ánh sáng và chất. Máy quang phổ được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hóa học, vật lý, sinh học, y học, thiên văn học và nghiên cứu vật liệu. Ví dụ, trong hóa học, máy quang phổ được sử dụng để xác định thành phần và nồng độ của các chất trong mẫu, trong khi trong thiên văn học, nó được sử dụng để xác định thành phần và tính chất của các ngôi sao và hành tinh.

6. Bài tập vận dụng

Câu 1: Máy quang phổ là dụng cụ dùng để

A. đo bước sóng các vạch quang phổ.

B. tiến hành các phép phân tích quang phổ.

C. quan sát và chụp quang phổ của các vật.

D. phân tích một chùm ánh sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc.

Đáp án: D

Giải thích:

Máy quang phổ là dụng cụ để phân tích một chùm ánh sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc.

Câu 2: Hiện tượng quang học nào sau đây sử dụng trong máy phân tích quang phổ?

A. Hiện tượng khúc xạ ánh sáng.

B. Hiện tượng phản xạ ánh sáng.

C. Hiện tượng giao thoa ánh sáng.

D. Hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Đáp án: D

Giải thích:

Máy quang phổ là dụng cụ để phân tích một chùm ánh sáng phức tạp thành những thành phần đơn sắc.

Máy phân tích quang phổ sử dụng hiện tượng tán sắc ánh sáng.

Câu 3: Phát biểu nào sau đây là sai khi nói về máy quang phổ?

A. Là dụng cụ dùng để phân tích chùm ánh sáng có nhiều thành phần thành những thành phần đơn sắc khác nhau.

B. Nguyên tắc hoạt động dựa trên hiện tượng tán sắc ánh sáng.

C. Dùng để nhận biết các thành phần cấu tạo của một chùm sáng phức tạp do một nguồn sáng phát ra.

D. Bộ phận của máy làm nhiệm vụ tán sắc ánh sáng là thấu kính.

Đáp án: D

Giải thích:

A – đúng

B – đúng

C – đúng

D – sai, bộ phận làm nhiệm vụ tán sắc ánh sáng là lăng kính.

Câu 4: Ống chuẩn trực trong máy quang phổ có tác dụng

A. tạo ra chùm tia sáng song song.

B. tập trung ánh sáng chiếu vào lăng kính.

C. tăng cường độ sáng.

D. tán sắc ánh sáng.

Đáp án: A

Giải thích:

Ống chuẩn trực trong máy quang phổ là bộ phận có dạng một cái ống tạo ra chùm tia sáng song song.

Câu 5: Khe sáng của ống chuẩn trực được đặt tại

A. tiêu điểm ảnh của thấu kính.

B. quang tâm của kính.

C. tiêu điểm vật của kính.

D. tại một điểm trên trục chính.

Đáp án: A

Giải thích:

Khe sáng của ống chuẩn trực được đặt tại tiêu điểm vật của một thấu kính hội tụ.

Chọn đáp án C

Câu 6: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Trong máy quang phổ, ống chuẩn trực có tác dụng tạo ra chùm tia sáng song song.

B. Trong máy quang phổ, buồng ảnh nằm ở phía sau lăng kính.

C. Trong máy quang phổ, lăng kính có tác dụng phân tích chùm ánh sáng phức tạp song song thành các chùm sáng đơn sắc song song.

D. Trong máy quang phổ, quang phổ của một chùm sáng thu được trong buồng ảnh luôn là một dải sáng có màu cầu vồng.

Đáp án: D

Giải thích:

A – đúng

B – đúng

C – đúng

D – sai, vì chỉ có ánh sáng trắng mới tạo ra trong buồng ảnh là một dải sáng có màu cầu vồng.

Câu 7: Phát biểu nào sau đây là đúng khi cho ánh sáng trắng chiếu vào máy quang phổ?

A. Chùm tia sáng ló ra khỏi lăng kính của máy quang phổ trước khi đi qua thấu kính của buồng ảnh là một chùm tia phân kì có nhiều màu khác nhau.

B. Chùm tia sáng ló ra khỏi lăng kính của máy quang phổ trước khi đi qua thấu kính của buồng ảnh gồm nhiều chùm tia sáng song song.

C. Chùm tia sáng ló ra khỏi lăng kính của máy quang phổ trước khi đi qua thấu kính của buồng ảnh là một chùm tia phân kì màu trắng.

D. Chùm tia sáng ló ra khỏi lăng kính của máy quang phổ trước khi đi qua thấu kính của buồng ảnh là một chùm tia sáng màu song song.

Đáp án: B

Giải thích:

Chùm tia sáng ló ra khỏi lăng kính của máy quang phổ có tác dụng phân tích chùm tia sáng song song chiếu tới thành nhiều chùm tia đơn sắc song song.

Câu 8: Những chất nào sau đây phát ra quang phổ liên tục?

A. Chất khí ở nhiệt độ cao.

B. Chất rắn ở nhiệt độ thường.

C. Hơi kim loại ở nhiệt độ cao.

D. Chất khí có áp suất lớn, ở nhiệt độ cao.

Đáp án: D

Giải thích:

Nguồn phát quang phổ liên tục là các chất rắn, chất lỏng và những chất khí ở áp suất lớn khi bị nung nóng.

Câu 9: Đặc điểm quan trọng của quang phổ liên tục là

A. chỉ phụ thuộc vào thành phần cấu tạo và nhiệt độ của nguồn sáng.

B. chỉ phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của nguồn sáng và không phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng.

C. không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của nguồn sáng và chỉ phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng.

D. không phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của nguồn sáng và không phụ thuộc vào nhiệt độ của nguồn sáng.

Đáp án: C

Giải thích:

Đặc điểm quan trọng của quang phổ liên tục là nó không phụ thuộc bản chất của vật phát sáng, mà chỉ phụ thuộc nhiệt độ của vật.

Câu 10: Quang phổ của nguồn sáng nào sau đây không phải là quang phổ liên tục ?

A. Sợi dây tóc nóng sáng trong bóng đèn.

B. Một đèn LED đỏ đang nóng sáng.

C. Mặt trời.

D. Miếng sắt nung nóng.

Đáp án: B

Giải thích:

Quang phổ của sợi dây tóc nóng sáng trong bóng đèn, mặt trời, miếng sắt nung nóng là quang phổ liên tục.

Quang phổ của đèn Led đỏ đang nóng sáng là quang phổ vạch phát xạ.

Câu 11: Nguồn sáng phát ra quang phổ vạch phát xạ là

A. mặt trời.

B. khối sắt nóng chảy.

C. bóng đèn nê-on của bút thử điện.

D. ngọn lửa đèn cồn trên có rắc vài hạt muối.

Đáp án: C

Giải thích:

Bóng đèn nê-on của bút thử điện có chất khí, khi có dòng điện đi qua thì nó phát ra các vạch màu riêng biệt đặc trưng cho nguyên tố đó và đó là quang phổ vạch phát xạ.

Còn mặt trời, khối sắt nóng chảy, ngọn lửa đèn cồn trên có rắc vài hạt muối là các nguồn phát ra quang phổ liên tục.

Câu 12: Phát biểu nào sau đây là không đúng?

A. Quang phổ vạch phát xạ của các nguyên tố khác nhau thì khác nhau về số lượng vạch màu, màu sắc vạch, vị trí và độ sáng tỉ đối của các vạch quang phổ.

B. Mỗi nguyên tố hoá học ở trạng thái khí hay hơi ở áp suất thấp được kích thích phát sáng có một quang phổ vạch phát xạ đặc trưng.

C. Quang phổ vạch phát xạ là những dải màu biến đổi liên tục nằm trên một nền tối.

D. Quang phổ vạch phát xạ là một hệ thống các vạch sáng màu nằm riêng rẽ trên một nền tối.

Xem thêm các dạng bài tập Vật Lí sách mới hay, chi tiết khác:

• Quán tính là gì? Công thức tính quán tính

• Quỹ đạo chuyển động là gì? Công thức tính quỹ đạo chuyển động

• Số bội giác là gì? Công thức tính số bội giác

• Tia tử ngoại là gì? Công thức tính tia tử ngoại

• Nam châm là gì? Công thức tính nam châm

• Vật sáng là gì? Công thức tính vật sáng

---