Linnespektrum

E Linnespektrum ass e physikalescht Spektrum, dat vunenee getrennt (diskreet) Plaze vun héijer Intensitéit, sougenannt Spektrallinne weist. Déi Plaze kënnen ënner Ëmstänn nieft oder iwwerlagert mat kontinuéierlechen Deeler optrieden. Liichtspektre kënnen Absorptiouns- oder Emissiounslinne weisen. Och Deelchestralung, wéi d'Alphastralung, ka Linnespektren opweisen, wann d'Deelercher diskreet kinetesch Energien hunn.

Alphaspektrum der Plutoniumisotope ²⁴²Pu, ²³⁹Pu/²⁴⁰Pu an ²³⁸Pu

Spektrum vun enger Nidderdrock-Quecksëlwerdampluucht. Iewescht Foto mat engem 256-Pixel-Zeilesensor. Ënnescht Foto mat enger Kamera

Urspronk vun de Linnen an de Liicht- a Röntgenspektren

Jiddwer Material (Atom, Moleküll) huet charakteristesch, diskreet Energieniveauen, op deene sech seng Elektronen „ophale“ kënnen. Den Iwwergank vun engem op en aneren Energieniveau geschitt duerch Ophuelen (Iwwergank vum engem déiwen op e méi héijen Zoustand) oder Ofginn (Iwwergank vun engem héijen an e méi déiwen Zoustand) vun engem Photon mat der Energie:$h\cdot \nu$ (mat der Frequenz $\nu$ vun der Stralung an der Planck-Konstant h).

D'Energiedifferenz tëscht den Energieniveauen entsprécht genee der Energie vum Photon, an d'Energie vun engem Photon bestëmmt nees zesumme mat der Liichtvitess c deem seng Wellelängt $\lambda$::$\lambda ={\frac {c}{\nu }}.$

D'Zuel vun den Energiezoustänn vun engem Material ass dacks ganz grouss; allerdéngs si meeschtens nëmmen e puer Koppele vun Energiezoustänn begënschtegt Absorberen oder Australer.

Wa sech tëscht enger Stralungsquell mat kontinuéierlechem Spektrum an engem Spektrometer (z. B. fir Moosse vum Spektrum) e Material ass, absorbéiert et Photone vun deenen Energien, déi duerch d'Energiezoustänn vum Material gi sinn. Déi absorbéiert Photone feelen dann am observéierte Spektrum vun der Quell; si trieden dann als Absorptiounslinnen op.

Een ugereegt Atom oder Molekül geet no enger ganz kuerzer Zäitspan nees an e méi déiwen Energiezoustand zeréck. Dobäi gëtt e Photon fortgeschéckt, deem seng Energie der Energiedifferenz tëscht dem héijen an dem déiwen Energiezoustand entsprécht.

Wann een dat Material vun der Säit, dat heescht ouni datt d'Stralungsquell ze gesinn ass, observéiert, erschéngen déi Photone vun enger bestëmmter Energie, a sou Wellelängt, als Emissiounslinnen am Spektrum.

Informatiounen aus Linnespektren

Linnespektre vun Atomer waren eng wichteg Informatiounsquell fir d'Entdeckung vun der Quantemechanik. Dat besonnescht einfacht Spektrum vum Waasserstoffatom hat den Ustouss zum Bohrschen Atommodell ginn. Genee Ënnersich vun de Waasserstoffspektren hate spéider däitlech gemaach, datt dëst Atommodell d'Wierklechkeet net genuch beschreift an d'Theorië vum Werner Heisenberg a Wolfgang Pauli eng besser Beschreiwung liwweren.

An der Astronomie sinn d'Linnespektren eng wichteg Quell fir Informatiounen iwwer den Universum. D'Linnespektre sinn charakteristesch fir dat jeeweilegt Atom oder Molekül, dofir loosse sech aus dem Liicht d'Elementer bestëmmen, déi am Weltraum virkommen. Op déi Aart a Weis gouf zum Beispill den Helium ufanks op der Sonn fonnt, ier een en och op der Äerd noweise konnt.

Linnespektren hunn an der Astronomie eng weider wichteg Uwendung: Well déi exakt Energië vun den Elementspektre bekannt sinn an d'Elementer duerch d'Linnemuster identifizéiert kënne ginn, kann een aus dem Linnespektrum vun engem Stär d'Routverrécklung vu sengem Liicht bestëmmen. Fir méi no Objeten erlaabt dat iwwer den Doppler-Effekt eng Bestëmmung vun der Vitess vum Objet a Siichtlinnrichtung. Deen Ëmstand gëtt bei der Sich no Exoplanéiten als Radialvitessmethod gebraucht. Fir Objeten déi méi wäit ewech leie kritt een aus der Routverrécklung duerch d'Hubble-Gesetz d'Distanz vum Objet zu der Äerd.

D'Linnespektre vun der Gammastralung erlaben a ville Fäll den Nowäis och vu klengen Deeler vum jeeweilege Radionuklid.

Linnespektrum an der Akustik an Elektrotechnik

En diskontinuéierlecht Spektrum ass e Linnespektrum, dat eng bestëmmt Form z. B. vun engem akustesche Spektrum ass, bei deem d'Komponente bei enger oder ettlechen diskreete Frequenzen optrieden (DIN 13320). Bei der Frequenzberäichsduerstellung lafe periodesch Virgäng op e Linnespektrum eraus, wärend onperiodesch oder stochastesch Schallvirgäng zu kontinuéierleche Spektren, de Bandespektre féieren. En typescht Beispill fir e Linnespektrum ass beispillsweis de Klangspektrum oder e periodescht Signal (Spannung respektiv Stroum). Beim Linnespektrum gëtt all Deelfrequenz vum Signal duerch eng diskreet Spektrallinn symboliséiert, woubäi d'Frequenz duerch d'Lag op der Absziss (Frequenzachs) definéiert ass an d'Längt vu sou enger Linn eng Mooss fir d'Amplitud vun der Schwéngung (Amplitudespektrum) oder fir d'Stäerkt vun engem Schallvirgang (Pegelspektrum) ass. D'Frequenzskala gëtt an der Reegel logarithmesch ënnerdeelt. All Spektrallinn (konstant Frequenz, konstant Amplitud) stellt fir sech eng ideal harmonesch (d. h. sinus- resp. cosinusfërmeg) Schwéngung (also z. B. Spannung) duer.

Kuckt och

Portal Astronomie

• Elektromagnéitesche Spektrum

Literatur

• Dieter Meschede: Gerthsen Physik. 23. Auflage, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg New York 2006, ISBN 978-3-540-25421-8
• Thomas Görne: Tontechnik. 1. Auflage, Carl Hanser Verlag, Leipzig 2006, ISBN 3-446-40198-9