Andrzej Kądziołka 20.12.2006

Sprawozdanie z ćwiczenia nr 47

Badanie widma emisyjnego gazów.
Wyznaczanie nieznanych długości fali.

1. Zagadnienia teoretyczne:

Dyspersja fal to zależność prędkości fazowej fal od ich częstotliwości.

Dyspersję fal oraz zjawiska z niej wynikające obserwuje się w ośrodku, którego właściwości zależą od częstotliwości (długości fali). Jeżeli prędkość fazowa fali nie zależy od częstości fali, wówczas o takiej fali mówi się że nie ulega dyspersji, a ośrodek nazywa się niedyspersyjnym.

W wyniku rozchodzenia się fal w ośrodku dyspersyjnym fale o różnej częstotliwości rozchodzą się z różną prędkością, oznacza to że prędkość rozchodzenia się zmian fali, zwana prędkością grupową jest inna niż prędkość rozchodzenia się fazy fali prędkość fazowa.

Dyspersja jest zjawiskiem powszechnym, ulegają jej wszystkie rodzaje fal w bardzo wielu ośrodkach.

[edytuj] Dyspersja fal elektromagnetycznych

Dyspersji ulega fala elektromagnetyczna w tym i światło. Światło przechodząc między ośrodkami o różnej dyspersji ulega rozszczepieniu na fale o różnej częstotliwości. Z tego powodu, zjawisko rozszczepienia światła nazywane jest dyspersją, choć zjawisko dyspersji fal jest zjawiskiem znacznie ogólniejszym. Zjawisko dyspersji w optyce opisuje dokładniej artykuł Dyspersja (optyka).

Model budowy atomu Bohra - model atomu wodoru autorstwa Nielsa Bohra. Bohr przyjął wprowadzony przez Ernest Rutherforda model atomu, według tego modelu elektron krąży wokół jądra jako naładowany punkt materialny, przyciągany do jądra siłami elektrostatycznymi. Przez analogię do ruchu planet wokół Słońca model ten nazwano "modelem planetarnym atomu". Pierwszym równaniem modelu jest równość siły elektrostatycznej i siły dośrodkowej.

Bohr założył, że elektron może krążyć tylko po wybranych orbitach zwanych stabilnymi, oraz że krążąc po tych orbitach nie emituje promieniowania (mimo że tak wynikałoby z rozwiązania klasycznego). Atom wydziela promieniowanie tylko gdy elektron przechodzi między orbitami.

Długość fali elektronu mieści się całkowitą liczbę razy w długości orbity kołowej. Model Bohra, jakkolwiek będący sztucznym połączeniem mechaniki klasycznej i relacji de Broglie'a, daje prawidłowe wyniki nt. wartości energii elektronu na kolejnych orbitach.

Mimo pozornej poprawności modelu zrezygnowano z niego, ponieważ zgodnie z elektrodynamiką klasyczną poruszający się po okręgu (lub elipsie), a więc przyspieszany, elektron powinien, w sposób ciągły, wypromieniowywać energię i w efekcie "spadłby" na jądro już po czasie rzędu 10^-6 sekundy. Fakt, że tak się nie dzieje, nie dawał się wytłumaczyć na gruncie fizyki klasycznej. Model Bohra został ostatecznie odrzucony również ze względu na to, że nie dawało go się zaadaptować do atomów posiadających

Analiza widmowa, inaczej analiza spektralna - rodzaj teleanalizy - metoda jakościowego i ilościowego określania substancji i jej widma. Z precyzyjnych pomiarów fal linii widmowych dla danej substancji można wyznaczyć jej skład identyfikując wszystkie pierwiastki. Do analizy widmowej wystarczą śladowe ilości substancji.

Analizę widmową wykorzystuje się między innymi w astronomii jako badanie widm spektroskopowych gwiazd, które pozwala na uzyskanie informacji o budowie chemicznej i warunkach fizycznych panujących w atmosferze gwiazdy.

Etapy analizy widmowej:

poprzez porównanie widma substancji z widmami wzorcowymi określa się jakie substancje (pierwiastki) wchodzą w jej skład

poprzez porównanie natężenia światła w uniach różnych pierwiastków wchodzących w skład substancji określa się jej skład procentowy

Spektroskop - przyrząd służący do przeprowadzania zdalnej analizy poprzez badanie widma. Składa się z poziomej tarczy z podziałką kątową, w której środku jest umieszczony pryzmat, z lunety obracanej wokół tarczy oraz z kolimatora, wyposażonego w źródło światła.

Spektroskop optyczny jest to przyrząd służący do otrzymywania i analizowania widm promieniowania świetlnego (od podczerwieni do ultrafioletu).

2. Wykonanie ćwiczenia:

1. Połączyć obwód. Przed uruchomieniem przyrządów zgłosić się do prowadzącego ćwiczenia, aby w jego obecności włączyć induktor i ustawić układ tak, by na matówce w okularze lunety spektroskopu oglądać intensywne widmo liniowe na tle oświetlonej (z zewnętrznego źródła) wskazówki połączonej z bębnem skali spektroskopu.

2. Przesuwając bęben skali spektroskopu odczytać położenie
wszystkich linii widmowych helu.

3. Z tabeli 1 odczytać długość fal He l zaobserwowanych linii widmowych helu.

4. Wykreślić krzywą dyspersji spektroskopu

5. Zmienić rurkę Plückera na wypełnioną innym gazem, dającą inne widmo liniowe.

Na podstawie wykreślonej krzywej dyspersji znaleźć długość fali linii wskazanych przez prowadzącego ćwiczenia.

3. Tabela pomiarowa:

Barwa linii				Barwa linii
---	---	---		---	---
Czerwona	158,2	0,1	0,7065	Czerwona	157,8	0,6697	0,0045	0,6697 0,0045
Czerwona	152,2			0,6678	Czerwona	152,8	0,6583	0,0095	0,6583 0,0095
Żółta	135,0			0,5878	Czerwona	149,7	0,6511	0,0065	0,6511 0,0065
Zielona	106,4			0,5016	Żółta	141,4	0,6309	0,0035	0,6309 0,0035
Niebiesko-zielona	105,0			0,4922	Żółta	140,3	0,6281	0,0095	0,6281 0,0095
Niebieska	100,6			0,4713	Zielona	136,7	0,6190	0,0128	0,6190 0,0128
Niebieska	89,5			0,4471	Zielona	134,4	0,6129	0,0185	0,6129 0,0185
Fioletowa	74,1			0,4111	Zielono-niebieska	120,4	0,5740	0,0212	0,5740 0,0212
Fioletowa	67,7			0,4026	Niebieska	118,4	0,5681	0,0196	0,5681 0,0196
				Niebieska	113,1	0,5519	0,0236	0,5519 0,0236
				Fioletowa	95,1	0,4906	0,0220	0,4906 0,0220
				Fioletowa	89,2	0,4679	0,0142	0,4679 0,0142

4. Obliczenia:

Na podstawie przeprowadzonych obserwacji wykreślono krzywą dyspersji dla helu.

Na podstawie wykresu odczytano nieznane długości fali linii widmowych neonu, nanosząc na oś X
oraz odczytując z osi Y
.

Odczytane wartości zawarte są w tabeli.

Na podstawie programu „Spektruś 1.0”, umożliwiającego dokładne odczytanie długości fali linii spektralnych pierwiastków przeprowadzono analizę błędów, przyjmując za błąd danej długości fali różnice pomiędzy jej wartością obliczoną a wartością prawdziwą generowaną przez program.

Wartości błędów przedstawione są w tabeli pomiarowej.

Zapis wyników:

0,6697
0,0045

0,6583
0,0095

0,6511
0,0065

0,6309
0,0035

0,6281
0,0095

0,6190
0,0128

0,6129
0,0185

0,5740
0,0212

0,5681
0,0196

0,5519
0,0236

0,4906
0,0220

0,4679
0,0142

5. Wnioski:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie nieznanych długości fali widma emisyjnego neonu na podstawie obserwacji widma emisyjnego helu. Uważam, że doświadczenie zostało przeprowadzone prawidłowo o czym mogą świadczyć stosunkowo małe błędy czyli różnice pomiędzy prawidłowo wyznaczonymi długościami fali a ich wartościami wyznaczonymi podczas przeprowadzanie tego ćwiczenia.

---