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约瑟夫·弗劳恩霍费尔:为光谱分析做出了杰出的贡献
对光的速度的测量是技术的大发展,但是这最重要的技术不是因为对光速度的研究,而是对光颜色的研究。
牛顿通过光通过棱镜的情形来观察光的性质。他在把实验装置装备好时,就会在棱镜后面的屏幕上产生光谱,这是一道彩虹。所谓“红移”与“蓝移”就是根据光谱位置来说的。
牛顿发现白光并不单纯,而且白光是最不单纯的光,白光可以分成多色,多色光又可以合成白光。
约瑟夫·弗劳恩霍费尔(1787—1826年)是慕尼黑的一名磨镜师和玻璃制造工匠。他曾经设计过精密的磨床,他还改进了望远镜,并且对各种玻璃的性质十分熟悉,知道怎样加工成优质的光学仪器。
弗劳恩霍费尔比较各种玻璃的光折射,让日光通过用单种玻璃做的棱镜,但他发现:由于光谱的颜色密集在一个较小的范围内,一开始就做出精密比较是不可能的。所以弗劳恩霍费尔拟定了方案,依靠这个方案进一步扩展光谱。
结果,弗劳恩霍费尔线诞生了。
太阳光谱的颜色不是没有间隙的和连续的,从光谱上看到的是:无规则地有窄谱线分布。这就是弗劳恩霍费尔线。
弗劳恩霍费尔认为,“这些谱线证明被分解的白色日光的成份,并非是由不同折射力的连续光谱组成,而且证明光来自一定的颜色层次,因此暗线是光谱中的间隙,这些间隙与缺少的光相应,假使这个光谱每次都是由日光通过同一材料制作的棱镜产生的话,这些谱线就会始终处在光谱的同一部分,次序和位置相同,密度和明暗相同。如果材料不同,数量、次序、明暗度也没有变化,但是谱线之间的相互距离却有不同”。
人们历来都认为太阳与其他恒星是同一光种,但弗劳恩霍弗尔发现恒星光谱与太阳光谱不同。
这下引发了一项重要研究,即光谱分析。光谱分析是19世纪的重大科学成就,由于光谱分析,使得化学家可以指出微小元素的情况,而天文学家也开始走向天文物理。至于冶金、工程等方面,也可以精密地确定出微量物质从而断定质量与事故。
当时人们利用的是元素、原子与光的关系,而为什么它们能保持发光并且颜色各不相同呢?19世纪的人们是不知道的,这是原子物理学的范围了。
今天实验室里的“本生灯”,是科学家本生发明的一项技术性工具,是一种有充分空气供应的煤气灯。由于空气供应很充分,这种火焰几乎没有颜色,而且热量很高,十分有助于观察颜色。
德国的化学家本生(1811—1899年)与他的同事克希霍夫(1824—1887年)利用这种灯研究了很多元素的燃烧发光。
他们用铂金丝将各种盐类慢慢靠近火焰,就可以观察到盐类上燃烧的蒸气光谱。“我们面前的这些现象,属于人造的最辉煌的光学现象。现在我们只看到与燃烧的盐相应的光谱,这种光谱以最大的光泽出现,而在以前的实验中,光谱的最大特点被酒精光所遮蔽”。
本生与克希霍夫断定金属有其特殊的焰色反应。为了进一步使不易熔解的金属化合物呈现焰色反应,他们二人还利用了电火花,因为电火花提供的火光很强。
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