Почему газ горит красным пламенем на плите: факторы влияющие на цвет пламени Со временем пользования газовой плитой многие замечают, как цвет пламени меняется с голубого на какой-то другой. Возникает вопрос: каким цветом должен быть газ на плите при нормальной работе оборудования? Нормально ли, что он горит не синим, а каким-то другим цветом? И в каких случаях изменение цвета пламени указывает на серьезные проблемы.
Действительно, изменение окраски пламени практически всегда указывает на проблемы. Но большинство из них вполне можно решить самостоятельно и даже не вызывать специальные службы. Рассмотрим почему газ горит иногда оранжевым, а не синим пламенем, и как эту проблему устранить.
В публикациях в интернете по-разному объясняется, как возникает цвет пламени у костра
Существует две принципиально разные версии. В одной говорится, что излучают раскаленные частицы углерода размером около 100 нм, во второй — что желтый цвет возникает при излучении солей натрия, находящихся в древесине.
В многочисленных публикациях одно или другое из этих объяснений. На форумах обсуждается эта тема, но никто не ссылается на результаты экспериментов.
Вот пример типичных публикаций:
То есть, до настоящего времени нет общепринятого варианта объяснения механизма видимого излучения, возникающего в процессе горения костра!
Смачивая медную пластинку в соляной кислоте и поднося к пламени горелки, замечаем интересный эффект – окрашивание пламени. Огонь переливается красивыми сине-зелеными оттенками. Зрелище довольно впечатляющее и завораживающее.
Медь придает пламени зеленый оттенок. При высоком содержании меди в сгораемом веществе пламя имело бы яркий зеленый цвет. Окислы же меди дают изумрудно-зеленое окрашивание. Например, как видно из ролика, при смачивании меди соляной кислотой пламя окрашивается в голубой цвет с зеленоватым оттенком. А прокаленные медьсодержащие соединения, смоченные в кислоте, окрашивают пламя в лазурно-голубой цвет.
Для справки: Зеленый цвет и его оттенки огню придают также барий, молибден, фосфор, сурьма.
Объяснение:
Почему пламя видимое? Или чем определяется его яркость?
Некоторое пламя почти не видно, а другое наоборот светит очень ярко. Например, водород горит почти совершенно бесцветным пламенем; пламя чистого спирта тоже светит весьма слабо, а свеча и керосиновая лампа горят ярким светящимся пламенем.
Дело в том, что большая или меньшая яркость всякого пламени зависит от присутствия в нем раскаленных твердых частичек.
В топливе в большем или меньшем количестве содержится углерод. Частички углерода, раньше чем сгореть, накаливаются, — оттого-то пламя газовой горелки, керосиновой лампы и свечи светит – т.к. его подсвечивают раскаленные частицы углерода.
Таким образом, можно и несветящееся или слабо светящееся пламя сделать ярким, обогащая его углеродом или раскаляя им негорючие вещества.
Как получить разноцветное пламя?
Для получения цветного пламени к горящему веществу прибавляют не углерод, а соли металлов, окрашивающих пламя в тот или иной цвет.
Стандартный способ окрашивания слабосветящегося газового пламени — введение в него соединений металлов в форме легколетучих солей — обычно, нитратов (соли азотной кислоты) или хлоридов (соли соляной кислоты):
желтое – соли натрия,
красное – соли стронция, кальция,
зеленое – соли цезия (или бора, в виде борноэтилового или борнометилового эфира),
голубое – соли меди (в виде хлорида).
В синий окрашивает пламя селен, а в сине-зеленый — бор.
Этой способностью горящих металлов и их летучих солей придавать определенную окраску бесцветному пламени пользуются для получения цветных огней (например, в пиротехнике).
Чем определяется цвет пламени (научным языком)
Цвет огня определяется температурой пламени и тем, какие химические вещества в нём сгорают. Высокая температура пламени дает возможность атомам перескакивать на некоторое время в более высокое энергетическое состояние. Когда атомы возвращаются в исходное состояние, они излучают свет с определённой длиной волны. Она соответствует структуре электронных оболочек данного элемента.
Самодельный спектрометр
В интернете много публикаций и роликов о том, как сделать спектрометр из DVD диска, однако характеристики этих приборов не позволяют провести нужные измерения. Мне же удалось сделать качественный спектрометр.
Основные характеристики
Спектрометр работает в диапазоне 400-700 нм с разрешением 0,3 нм. Применяются сменные оптические щели шириной 50, 100, 200 и 300 микрон. Дифракционная решетка с шагом 740 нм изготовлена из DVD диска. Регистрация спектра выполняется зеркальной фотокамерой Nikon D5100. Прибор выполнен в крепком корпусе, позволяющем сохранять настройки при перемещениях.
Измерение спектра пламени костра
Были проведены классические эксперименты — измерены спектры Солнца, лазеров, пламени газовой горелки и всевозможных ламп. Спектрометр прошел проверку и теперь можно было приступать к исследованию пламени костра.
Исследуемое пламя костра в камине
Я разжигал костер в камине и проводил исследования, фиксируя спектр пламени
Измерим спектр линии огня — так я назвал увиденную линию.
На фоне очень слабого непрерывного черно-тельного спектра были зарегистрированы две яркие желтые лини с длинами волн 589,0 нм и 589,6 нм. Согласно базе данных NIST — это линии натрия.
Спектры калибровочной лампы, костра в камине, поваренной соли и золы из камина
Ниже на фотографии показана часть спектра пламени костра с большим увеличением, чтобы можно было рассмотреть двойную линию натрия 589,0 нм и 589,6 нм на фоне непрерывного спектра раскаленных частиц углерода:
Крупным планом спектральные линии натрия в костре и линии натрия в золе, горящей в спирте.
В дальнейших исследованиях была зафиксирована динамика появления линий натрия в спектре. Пока костер разгорается — в спектре линии отсутствуют. По мере появления углей и увеличения мощности излучения, данные линии появляются и их яркость растет.
Каким цветом должен гореть газ?
Итак, чтобы происходило максимально полное сгорание газа и при этом выделялось нужное количество энергии, важно, чтобы в газовой смеси было достаточно воздуха. Это достигается благодаря смешению кислорода и горящего газа в горелке в нужных пропорциях: на 1 литр горящего газа необходимо 10 литров воздуха.
Тогда сковорода или кастрюля будет нагреваться достаточно быстро, ведь из конфорки будет выделяться много тепла. Полное сгорание газа обеспечивает нормальное выделение тепла, некоторого количества света при образовании углекислого газа и паров воды.
Об этом свидетельствуют такие признаки:
- бесшумное горение газа;
- синий цвет пламени;
- равномерное распределение пламени по всем сторонам конфорки;
- достаточный уровень огня;
- поджиг без хлопков;
- нет прекращения горения на минимальном значении регулятора мощности пламени.
Если же возникают какие-то препятствия для попадания воздуха, сгорание газа происходит неполноценно. Окисление в недостаточном присутствии воздуха приводит к образованию окиси углерода (или угарного газа), из-за чего цвет меняется на желтый или даже красный.
Чем больше воздуха в газовой смеси, тем выше вероятность, что цвет пламени будет синим, а процесс горения будет происходить правильно
Если же в горелку поступает слишком много природного газа, начинается неправильный расход топлива, что вызывает образование копоти в горелке. Падает нагрев,что приводит к увеличению длительности приготовления пищи, а на нижней стороне посуды начинают появляться черные следы после нахождения на газовой плите. Все это указывает на проблемы в работе газовой конфорки и на необходимость срочной ее чистки.
Также рекомендуем прочесть другие наши каналы, где мы подробно рассказали о возможных проблемах с газовыми конфорками и способах их решения:
- Шум газовой конфорки.
- Увеличение мощности газовой конфорки.
- Газовая конфорка не держит пламя.
- Не работает конфорка на газовой плите.
Обсуждение результатов экспериментов
Почему мы видим желтый цвет, физиология
Чтобы правильно объяснить результаты экспериментов надо понимать, как наши глаза воспринимают излучения разной длины волны и как мозг обрабатывает эту информацию.
Коротко и очень, очень упрощенно напомню хорошо известные факты. Мы воспринимаем цвет желтым по разным причинам: в одном случае, когда в сетчатку глаза попадает излучение узкого спектра с длиной волны в диапазоне 570 нм – 590 нм, и во многих других, когда в глаза попадает излучение разного спектрального состава. Например, красный и зеленый в правильных пропорциях будут восприниматься как желтый. На экране мониторов мы создаем как раз такой желтый цвет.
То есть наши глаза и затем мозг создают иллюзию цвета и поэтому для понимания физических и химических процессов нам и требуется измерение спектра.
Заблуждение, которое встречается во многих публикациях, в которых объясняют желтый цвет костра — «Цвет костра вызван излучением натрия»
Данный эксперимент показывает — появление двойной линии натрия не оказывает какого-либо заметного изменения цвета.
Небольшие пояснения
Сравним спектры излучения Солнца и пламени костра.
В солнечном спектре максимум приходится на зеленый цвет, а мощность красного и синего меньше. Излучение именно с такой спектральной характеристикой воспринимается как белый цвет.
В пламени костра из атомов углерода образуются частицы сажи размером до 100 нм. Эти частицы и дают непрерывный спектр с максимумом излучения в инфракрасной области, а мощность видимого излучения падает от красного к зеленому и еще больше к синему. Излучение с таким спектром воспринимается человеком как оттенки желтого и оранжевого, в зависимости от температуры области пламени. Желтый цвет костра – это НЕ случайное совпадение, но об этом чуть ниже.
Влияние солей натрия
В процессе горения появляется зола в которой содержатся соли, в том числе и соли натрия. Золы совсем немного. Она начинает подниматься в пламени вверх, и яркая двойная желтая линия натрия постепенно появляется в спектре. Однако ее появление не сказывается заметно на цвете костра, так как желтый цвет от непрерывного спектра глаза уже воспринимают.
Выводы
То, что мы видим костер желтым, не означает, что идет излучение в узком спектральном диапазоне натрия. Наши глаза и мозг воспринимают непрерывный спектр как желтый цвет.
Появление дополнительно яркой линии натрия мало влияет на восприятие цвета костра, который остается таким же желтым. Для нас не заметно изменение цвета, так как такой цвет уже был. Кстати, если бы за цвет костра отвечал только натрий, оттенков бы не было, так как мы бы видели чистый спектральный цвет.
Почему же популярной остается версия о том, что желтый цвет костру придает линия натрия? Скорее всего, совпадение цвета линии натрия и черно-тельного спектра углерода и привело к путанице.
Цвет пламени костра дают ярко светящиеся частицы углерода. Влияние на цвет излучения натрия минимально.
Цвет пламени
Нетрудно догадаться, что оттенок пламени определяется химическими веществами, сгорающими в нем, в том случае, если воздействие высокой температуры высвобождает отдельные атомы сгораемых веществ, окрашивая огонь. Чтобы определить влияние веществ на цвет огня, проводились различные эксперименты, о которых поговорим ниже.
С древних времен алхимики и ученые старались узнать, какие вещества сгорают, в зависимости от цвета, который приобретало пламя.
Пламя газовых колонок и плит, имеющихся во всех домах и квартирах, имеет голубой оттенок. Такой оттенок при сгорании дает углерод, угарный газ. Желто-оранжевый цвет пламени костра, который разводят в лесу, или бытовых спичек, обусловлен высоким содержанием солей натрия в природной древесине. Во многом благодаря этому цвет пожарной машины — красный. Пламя конфорки газовой плиты приобретет тот же цвет, если посыпать ее обыкновенной поваренной солью. При горении меди пламя будет зеленого цвета. Думаю, вы замечали, что при долгой носке кольца или цепочки из обычной меди, не покрытой защитным составом, кожа становится зеленого оттенка. То же самое происходит при процессе горения. Если содержание меди высокое, имеет место очень яркий зеленый огонь, практически идентичный белому. Это можно увидеть, если насыпать на газовую конфорку медной стружки.
Было проведено много экспериментов с участием обыкновенной газовой горелки и различных минералов. Таким образом определялся их состав. Нужно взять минерал пинцетом и поместить в пламя. Цвет, который приобретет огонь, может указать на различные примеси, имеющиеся в элементе. Пламя зеленого цвета и его оттенков говорит о присутствии меди, бария, молибдена, сурьмы, фосфора. Бор дает сине-зеленый цвет. Селен придает пламени синий оттенок. В красный пламя окрашивается при наличии стронция, лития и кальция, в фиолетовый — калия. Желто-оранжевый цвет получается во время горения натрия.
Исследования минералов для определения их состава проводятся с использованием бунзеновской горелки. Цвет ее пламени ровный и бесцветный, он не мешает ходу опыта. Бунзен изобрел горелку в середине XIX века.
Он и придумал метод, позволяющий определить состав вещества по оттенку пламени. Подобные эксперименты ученые пытались проводить и до него, но они не обладали бунзеновской горелкой, бесцветное пламя которой не мешало ходу эксперимента. Он помещал в огонь горелки разные элементы на проволоке из платины, так как при внесении этого металла пламя не окрашивается. На первый взгляд метод кажется хорошим, можно обойтись без трудоемкого химического анализа. Достаточно лишь поднести элемент к огню и увидеть из чего он состоит. Но вещества в чистом виде можно встретить в природе крайне редко. Обычно в них в большом количестве содержатся различные примеси, которые изменяют окраску пламени.
Бунзен пытался выделить цвета и оттенки различными методами. К примеру, с помощью цветных стекол. Допустим, если смотреть через синее стекло, не будет виден желтый цвет, в который огонь окрашивается при горении наиболее часто встречающихся солей натрия. Тогда становится различимым лиловый или малиновый оттенок искомого элемента. Но даже такие ухищрения приводили к верному определению состава сложного минерала в очень редких случаях. Большего такая технология не смогла добиться.
В наши дни такую горелку используют только для пайки.
Новая гипотеза о влиянии пламени костра на адаптивную эволюцию цветового зрения человека
Краткий итог первой части публикации: (1) в пламени костра два совершенно разных и не связанных между собой механизма порождают излучения, цвета которых воспринимаются человеком одинаково, как желтый, (2) излучение натрия меняет интенсивность в процессе горения, (3) цвет пламени в процессе горения не меняется и остается желтым.
Как известно мы можем различать множество цветов. Утверждается, что миллион, но даже если это была бы тысяча, то вероятность случайного совпадения цвета 1:1000.
Логично возникает гипотеза – это не случайно. Можно предположить, что костер стал триггером для эволюции цветового зрения человека.
Поиски в интернете русскоязычном и англоязычном не дают ответов. Эта гипотеза не только нигде не обсуждалась, но даже никем не высказывалась. Скорее всего это связано с тем, что биологи просто не знают той информации о спектре пламени костра, которая появилась в процессе данных измерений.
Чтобы убедится, что цвет излучения действительно одинаковый я придумал еще один изящный эксперимент
После окончания горения пламени соскребаю сажу со стенок камина и собираю золу возле углей. Помещаю сажу и золу в две разные ложки из нержавейки, заливаю до краев спиртом и поджигаю одновременно. Результат на снимках ниже. Получилось, на мой взгляд, красиво.
Мне удалось разделить желтый цвет пламени костра на две разные части.
Что мы получили. Визуально цвет полностью совпадает. В процессе горения пламя золы и сажи выглядят совершенно одинаковыми. И цвет, и интенсивность горения одинаковые. Но на снимках можно увидеть небольшую разницу. В пламени, где излучает сажа можно разглядеть отдельные светящиеся треки частиц углерода, в золе таких нет.
Спектральный анализ показывает, что сажа излучает в сплошном спектре, где на каждой частоте излучение небольшое, а зола дает две яркие линии натрия.
Интересное наблюдение — пламя монохромного излучения золы имеет разные оттенки желтого. Скорее всего, это связано с разной мощностью излучения в разных частях пламени.
Спирт горит неярким голубым цветом
Вернемся к обсуждению гипотезы
Есть еще несколько фактов, которые делают предположение о влиянии костра на эволюцию цветового зрения более правдоподобной
Если бы цвет излучения сажи и золы воспринимался по-разному, то (1) цвет костра менялся бы в процессе горения и (2) воспринимаемая яркость костра была бы меньше.
Расположение максимумов восприятия в трех типах колбочек сетчатки 430, 530 и 560 нанометров, не симметрично и сдвинуто к линии натрия. При таком расположении, освещение костра для нас намного ярче (3). Как это могло возникнуть?
Археологи определили, что человек пользуется костром более миллиона лет. За это время сменилось более 50 тысяч поколений. Достаточно чтобы в каждом поколении максимум восприятия в колбочках менялся на 0,001 нм и за миллион лет изменения достигнут 50 нм (4).
Узкий спектр желтого по сравнению с красным зелёным и синим дополнительно указывает на маленькую вероятность случайного совпадения (5).
В течении миллионов лет, ежедневно, люди проводили у костра значительную часть своего времени, ведь костер был единственным альтернативным источником освещения, так что адаптироваться было жизненно необходимо (6).
Желтый цвет костра близок по восприятию к закатному освещению солнца, что может являться еще одним доводом в пользу гипотезы, так как таким образом цвет костра начал восприниматься похожим на цвет солнца (7).
Зимний закат на реке Обь
Гипотеза о влиянии костра на эволюцию цветового зрения человека также может объяснить необходимость появления трихроматического зрения (8).
Популярная гипотеза об эволюции зрения для большего удобства поиска фруктов среди листвы не объясняет необходимость появления трех разных колбочек с максимумами в 430 нм, 530 нм и 560 нм. Другие приматы являются дихроматами, имеют цветовое зрение и легко находят пищу.
А вот жизнь при двух разных источниках света могла привести к появлению трихроматического зрения. Напомню, что спектральный состав солнца и костра сильно отличаются. Излучение костра более интенсивное в длинноволновом диапазоне, чем в диапазоне коротких волн. И за цветовое зрение возле костра отвечают в основном колбочки 530 нм и 560 нм. Если бы в этом диапазоне был только один вид колбочек, а второй тип в фиолетовом диапазоне, то при свете костра у человека было бы практически монохромное зрение. Кроме того, именно такое ассиметричное расположение максимумов делает восприятие цвета при солнечном свете и свете костра очень похожим, особенно для вечернего солнца.
Все приведенные выше аргументы (1) — (8) не являются прямыми доказательствами, но косвенно они подтверждают гипотезу о роли костра в эволюции цветного зрения человека. Главным же фактором я считаю чрезвычайно маленькую вероятность совпадения цветов, излучаемых частицами углерода и натрия (9).
В заключении следует отметить, что мы можем наблюдать два вида эволюции — [1] изменение строения глаза и [2] адаптацию обработки мозгом информации от глаз. То есть сдвиг максимумов восприятий колбочек к линиям натрия и восприятие мозгом одинаковым желтым цветом излучения частиц углерода и натрия.
Примечательный факт — из-за того, что в процессе адаптации желтый цвет стал самым воспринимаемым, по описанным выше причинам, этим стали активно пользоваться маркетологи, разработчики дорожных знаков и геймдизайнеры.
Причины изменения цвета пламени
Газовое оборудование относится к небезопасным бытовым приборам. С одной стороны, пользователь не должен вмешиваться в его работу и нарушать конструкцию плиты, пытаться отремонтировать ее самостоятельно.
С другой — важно знать возможные признаки поломок и вовремя на них реагировать, чтобы не эксплуатировать варочную поверхность, которая вышла из строя.
Рекомендуется вызывать специалистов по обслуживанию газовых плит время от времени для профилактической чистки конфорок и проверки их функциональности
Один из самых простых признаков проблем в работе плиты является изменение окраски огня. В норме он синий, но иногда может становиться оранжевым, красным, желтым, иметь резкий и неприятный запах.
Важное условие для нормального сжигания газа — необходимое количество кислорода. Существует определенная пропорция, которую необходимо соблюдать, чтобы горение было максимально полезным для пользователя.
Причины изменения цвета пламени:
- неполное сгорание газа;
- неправильное количество воздуха в смеси (недостаточное или избыточное);
- загрязненность конфорок;
- неподходящее оборудование;
- некачественный газ.
Бытует мнение, что изменение цвета газа указывает на плохое качество поставляемого топлива. Якобы его разбавляют различными веществами, чтобы потребитель платил больше за услугу. На самом же деле, цвет огня указывает только на то, насколько правильно осуществляется процесс сгорания.
Так, однородный голубой цвет свидетельствует о полном сгорании газа с извлечением максимального количества тепла.
Некоторые станции могут разбавлять голубое топливо другими соединениями, которые, сгорая, образуют сажу, копоть, налет на газовых горелках
Но нельзя исключать и поставку некачественного газа. На сам цвет горения это не влияет, но некачественный газ в будущем ухудшает работу плиты и приводит к появлению желтого цвета пламени.
После работы плиты на ней может собираться черная сажа. Все это свидетельствует о том, что пламя коптит. Это указывает на нарушение инжекции газа. При работе конфорок ощущается нехватка газовой смеси. Вот почему газ иногда горит красным или желтым пламенем на плите.
Нужно искать причину прежде всего в загрязнении горелок, проблемах с вентиляцией и т. д. Чем выше температура горения, то есть, чем больше насыщен газ кислородом при горении, тем более холодный оттенок пламени.
Желтая окраска пламени
Топливовоздушная смесь становится непригодной и меняет свой цвет по разным причинам. Наиболее частая — забиваются отверстия, предназначенные для всасывания воздуха. В них попадает пыль, которая препятствует свободному проходу воздуха.
Особенно эта проблема актуальна в первые годы пользования газовым оборудованием. Именно тогда нужно чаще всего подвергать его проверке. Связано это с тем, что после штамповки на горелке и трубке запальной группы первое время сохраняется небольшая масляная пленка. Это приводит к налипанию пыли на ее поверхность, что препятствует попаданию нормального количества воздуха. Газ при этом проходит в прежнем количестве.
Меняется состав смеси, и это становится причиной, почему газ горит оранжевым или желтым цветом в плите, а не традиционным голубым или синим.
Газ попадает в горелку без достаточного количества кислорода и сгорает вместе с сажей и пылью. Она и дает тот самый характерный оранжевый цвет
Важно понимать, что изменение окраски пламени — не единственный признак того, что плиту пора почистить.
Другие показатели следующие:
- пламя коптит;
- огонь приобретает непрозрачный оттенок;
- факел становится слишком большим;
- факел становится светящимся.
Это все указывает на необходимость вызывать мастера, чтобы он почистил горелки, их различные элементы и отрегулировал работу плиты, чтобы воздух подавался равномерно.
Еще одна частая причина изменения цвета газового пламени на желтый — пребывание заслонки для регулирования подачи воздуха в неправильном положении. Она может быть закрытой, соскочить, упасть и т. д. Это вызывает недостаток воздуха, что приводит к потере нагрева, появлению копоти, желтому пламени и других проблем. Нередко это заканчивается даже необходимостью делать срочный ремонт плиты.
Пламя горит красным
Иногда газ может гореть даже красным цветом. Причиной такого явления служит избыток угарного газа, который накапливается как побочный продукт горения любого топлива. Если газ горит синим пламенем, значит, газовое оборудование полностью исправно и выделяет небольшое количество угарного газа.
Если же цвет меняется ближе к красному — этого ядовитого вещества становится все больше. Это довольно опасно, ведь чрезмерная концентрация приводит к головной боли, тошноте, головокружению и другим признакам отравления.
Если газ стал гореть красным цветом, а плита периодически тухнет или плохо зажигается, пора вызывать специалистов, чтобы они выполнили чистку газового оборудования
Проблема угарного газа в том, что он без запаха и цвета. Поэтому окраска пламени — единственный способ распознать увеличение его концентрации.
Даже небольшие концентрации этого вещества (0,01-0,2%) приводят к тяжелым симптомам.
Cкопление угарного газа даже в незначительных количествах (от 0,01% до 0,2%) может привести к отравлениям, проявляющимся головной болью, головокружением и тошнотой
Если концентрация газа достигнет больших величин, то это может вызвать более серьезные отравления и даже летальный исход.
Пояснения и инструкции
Пояснения для тех, кто хочет узнать подробности экспериментов, и инструкции для желающих сделать аналогичный спектрометр и провести свои измерения
Конструкция прибора очень простая, но простота стала возможной потому что были использованы современные высокотехнологичные компоненты: зеркальный фотоаппарат, DVD-R диск, компьютер с программным обеспечением для обработки фотографий. Я собрал спектрометр в прочном корпусе, закрепил на массивном штативе, сделал заменяемые оптические щели и использовал для калибровки ртутную лампу с четырьмя известными линиями излучения ртути. Воспользовался базой данных для идентификации зафиксированных в экспериментах линий. Придумал как обрабатывать данные и получил разрешение спектрометра 0,1 нм.
Спектрометр, в котором спектр регистрируется на фотоаппарат лучше подходит для экспериментов по восприятию человеком цвета, чем классические спектрометры с равномерной шкалой мощности. Дело в том, что производители делают трехцветную матрицу по аналогии с трихроматическим зрением человека. Мы сразу получаем нужный результат.
Изготовление спектрометра
Изготовление дифракционной решетки
Изготовление оптических щелей
Изготовление корпуса
Настройка и калибровка спектрометра
Настройка — это выбор чувствительности матрицы, диафрагмы объектива, экспозиции, резкости. Все это делается экспериментальным путем. Параметры выбирались так, чтобы экспозиция при съемке пламени не превышала 10 секунд.
Калибровка производилась перед каждой серией опытов по известному спектру малогабаритной ртутной люминесцентной лампы. Спектрометр устанавливался на прочном штативе в метре от пламени, между прибором и костром помещалась калибровочная лампа и делались снимки спектра лампы. Затем лампа убиралась, менялась выдержка и делались съемки спектра пламени.
Обработка результатов измерений
Обработку результатов измерений (измерение длин волн исследуемого спектра) проводили следующим образом: Спектр калибровочной лампы и исследуемый спектр объединялись в один кадр. Зная расположение линий ртути, путем измерений и последующих расчетов определяли нужную длину волны. Измерения проводились с точностью до одного пикселя матрицы сенсора камеры, что соответствует 0,1 нм. Для надежной регистрации спектральных линий требовалось три пикселя. Ширина половины спектральной линии 0,3 нм; поэтому разрешение спектрометра не хуже 0,3 нм. Учитывая, что расположение центров линий можно определить с точностью до 1 пикселя, длина волны была установлена с точностью до 0,1 нм. Типичные самодельные спектрометры, информацию о которых можно найти в Интернете, имеют разрешение более чем на порядок ниже — от одного до нескольких нанометров. Они не подходят для таких измерений.
Мне немного повезло. В природе два спектральных источника желтого цвета: (1) двойная линия эмиссионного спектра натрия 589,6 нм и 589,0 нм и (2) двойная линия эмиссионного спектра ртути 577,0 нм и 579,1 нм. Один из них был в калибровочной лампе другой в пламени костра. Между этими линями всего около 10 нм и соответственно порядка 100 пикселей. Поэтому я легко смог с точность до 0,1 нм измерить длину волны линии натрия в пламени костра.
О том, как сделать качественный спектрометр и как правильно проводить эксперименты читайте в моей статье «Самодельный спектрометр с высоким разрешением»
