สเปกตรัม
สเปกตรัม หมายถึง อนุกรมของแถบสีหรือ หรือเส้นที่ได้จากการผ่านพลังงานรังสีเข้าไปในสเปกโตรสโคป ซึ่งทำให้พลังงานรังสีแยกออกเป็นแถบหรือเป็นเส้นที่มีความยาวคลื่นต่าง ๆ เรียงลำดับกันไป
สเปกโตรสโคป (Spectroscope) หรือสเปกโตรมิเตอร์ (Spectrometer) หมายถึง เครื่องมือที่ใช้แยกสีตามความถี่ หรือเครื่องมือที่ใช้ศึกษาเกี่ยวกับสเปกตรัม
สเปกตรัม แบ่งเป็น 2 ประเภท คือ
ก. สเปกตรัมแบบต่อเนื่อง (Continuous spectrum) เป็นสเปกตรัมที่ประกอบด้วยแถบสีที่มีความถี่ต่อเนื่องกันไปอย่างกลมกลืนกัน เช่น สเปกตรัมของแสงอาทิตย์
ข. สเปกตรัมไม่ต่อเนื่อง (Discontinuous spectrum) หรือเรียกเส้นสเปกตรัม ลักษณะของสเปกตรัมจะเป็นเส้นหรือแถบสีเล็ก ๆ ที่ไม่เกิดต่อเนื่องกันไป แต่มีการเว้นช่วงของความถี่ที่เส้นสเปกตรัมเกิด เช่น สเปกตรัมธาตุไฮโดรเจน ธาตุฮีเลียม เป็นต้น
- สเปกตรัมที่ไม่ต่อเนื่องจะมีบทบาทที่สำคัญในการศึกษาโครงสร้างอะตอม เนื่องจากอะตอมของธาตุต่าง ๆจะมีเส้นสเปกตรัมเฉพาะตัวคล้ายกับลายนิ้วมือของคนแต่ละคนที่ไม่เหมือนกัน
- สเปกตรัมของธาตุ ถ้าพลังงานรังสีเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอะตอมจะเรียกว่า “อะตอมมิกสเปกตรัม (Atomic spectrm) ”
การศึกษาเกี่ยวกับสเปกตรัม
สมัยนิวตัน โดยใช้ปริซึมแยกแสงอาทิตย์ออกเป็นแถบสีรวม 7 สี ซึ่งภายหลังเคอร์ชอฟ (Gustav Krchhoff) ชาวเยอรมัน ได้ประดิษฐ์สเปกโตรสโคปขึ้น ใช้ในการแยกสเปกตรัมของแสงขาว และต่อมาบุนเสน (Robert Bunsen) ได้นำความรู้เกี่ยวกับสเปกตรัมไปวิเคราะห์แร่ชนิดต่าง ๆ ซึ่งทำให้ทราบว่าแร่นั้นมีธาตุอะไรเป็นองค์ประกอบ
เมื่อให้แสงขาวส่องผ่านปริซึม แสงขาวจะแยกออกเป็นแถบสีต่าง ๆ ต่อเนื่องกัน 7 สี เหมือนสีรุ้ง คือ สีม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม และแดง เรียกแถบสีต่อเนื่องกันทั้ง 7 สีนี้ว่า “ สเปกตรัมของแสงสีขาว ” การที่แสงขาวสามารถแยกออกเป็นสเปกตรัมสีต่าง ๆ กันก็เนื่องจากแสงขาวประกอบด้วยสีต่าง ๆ ทั้ง 7 สี ซึ่งมีความยาวคลื่นต่าง ๆ จะทำให้เกิดการหักเหตามขนาดของมุมต่าง ๆ แสงที่มีความยาวคลื่นไม่เท่ากันจะเกิดการหักเหในปริซึมได้ไม่เท่ากัน ซึ่งทำให้เกิดการแยกออกเป็นแถบแสงสีต่าง ๆ และต่อเนื่องกันเป็นแถบสเปกตรัม
แถบสีของสเปกตรัมของแสงขาว
| สีของสเปกตรัม | ความยาวคลื่น (nm) |
| ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม แดง | 380 - 420 420 - 460 460 - 490 490 - 580 580 - 590 590 - 650 650 - 700 |
ความสัมพันธ์ของพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า กับความถี่และความยา่วคลื่น
Max Planck นักวิทยาศาสตร์ ชาวเยอรมัน ได้พบว่าคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าหรือแสงเป็นพลังงานรูปหนึ่งและพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ามีส่วนสัมพันธ์กับความถี่และ
ความยาวของคลื่นโดยสรุปเป็นกฎว่า
“ พลังงานของคลื่นแม่เหล็กแม่เหล็กไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของคลื่นนั้น ”
เขียนเป็นความสัมพันธ์ได้ดังนี้
E = hν
เมื่อ E = พลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (หน่วยเป็น จูล )
h = ค่าคงที่ของพลังค์ ( Plank , constant) = 6.625 x 10-34 Js
ν = ความถี่ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Hz หรือ s-1)
เรียกสมการดังกล่าวนี้ว่า กฎของพลังค์
ในการศึกษาเกี่ยวกับคลื่นโดยทั่ว ๆ ไปมักจะวัด เป็นความคลื่น ซึ่งความยาวคลื่นมีส่วนสัมพันธ์กับความถี่ของคลื่นดังนี้
C = λν
ν = 
เมื่อ c คือความเร็วของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในสูญญากาศ หรือความเร็วแสงในสูญญากาศ นั่นเอง
c = 2.99 x 108 ms-1 หรือ โดยประมาณ c = 3.0 x 108 ms-1
จากความสัมพันธ์ของความยาวคลื่นของความยาวคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ทำให้สามารถเขียนกฎของพลังค์ เพื่อแสดงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้ากับความยาว และความถี่ของคลื่น ได้ดังนี้
E = hν = hc/λ
พลังงาน ความถี่และความยาวคลื่นของแสงขาว
| สีของสเปกตรัม | ความยาวคลื่น (nm) | ความถี่คลื่น (Hz) | พลังงาน (J) |
| ม่วง คราม น้ำเงิน เขียว เหลือง ส้ม แดง | 380 - 420 420 - 460 460 - 490 490 - 580 580 - 590 590 - 650 650 - 700 | 7.89 x 1014 - 7.14 x 1014 7.14 x 1014 - 6.52 x 1014 6.52 x 1014 - 6.12 x 1014 6.12 x 1014 - 5.17 x 1014 5.17 x 1014 - 5.08 x 1014 5.08 x 1014 - 4.62 x 1014 4.62 x 1014 - 4.29 x 1014 | 5.23 x 10-19 - 4.73 x 10-19 4.73 x 10-19 - 4.32 x 10-19 4.32 x 10-19 - 4.06 x 10-19 4.06 x 10-19 - 3.43 x 10-19 3.43 x 10-19 - 3.37 x 10-19 3.37 x 10-19 - 3.06 x 10-19 3.06 x 10-19 - 2.84 x 10-19 |