1
Ćwiczenie 47
Badanie widma emisyjnego gazów. Wyznaczanie nieznanych długości
fali
I. Zagadnienia do samodzielnego opracowania
1.
Równania Maxwella jako podstawa matematycznego opisu propagacji fal
elektromagnetycznych.
2.
Zjawisko dyspersji.
3.
Model atomu według Bohra.
4.
Rodzaje widm ze szczególnym uwzgl
ędnieniem widm liniowych.
5.
Zasada działania spektroskopu.
II. Wprowadzenie
W
ćwiczeniu bada się najprostsze widmo, jakie dają pobudzone do świecenia gazy
jednoatomowe - to jest widmo liniowe.
Źródłem widma jest gaz zamknięty w rurce
zwanej rurk
ą Plückera, pobudzony do świecenia wyładowaniem elektrycznym z
induktora Ruhmkorffa.
Źródło światła białego (Ŝarówka) słuŜy do oświetlenia skali w
spektroskopie. Schemat spektroskopu pryzmatycznego przedstawia rys. 1.
Sz
K
S
L
Z
S
Sz
O
P
Rys. 1. Spektroskop
Kolimator K, maj
ący postać rury, jest zakończony z jednej strony soczewką S, z
drugiej szczelin
ą Sz, umieszczoną w płaszczyźnie ogniskowej soczewki S. Światło
padaj
ące na szczelinę Sz wychodzi z kolimatora jako wiązka równoległa i pada na
pryzmat P ulegaj
ąc dyspersji. Po drugiej stronie pryzmatu znajduje się luneta L, za
pomoc
ą soczewki O obserwujemy widmo.
III. Wykonanie ćwiczenia
1.
Poł
ączyć obwód według schematu - rys. 2. Przed uruchomieniem przyrządów
zgłosi
ć się do prowadzącego ćwiczenia, aby w jego obecności włączyć induktor i
ustawi
ć układ tak, by na matówce w okularze lunety spektroskopu oglądać
intensywne widmo liniowe na tle o
świetlonej (z zewnętrznego źródła) wskazówki
poł
ączonej z bębnem skali spektroskopu.
2.
Przesuwaj
ąc bęben skali spektroskopu odczytać połoŜenie
He
L
wszystkich linii
widmowych helu.
2
induktor
spektroskop
ru
rk
a
P
lu
ck
e
ra
:
Rys. 2. Schemat układu do obserwacji widma emisyjnego
3.
Z tabeli 1 odczyta
ć długość fal
He
λ
zaobserwowanych linii widmowych helu.
Tabela 1. Długo
ść fali najsilniejszych widzialnych linii widma emisyjnego helu
µm]
[
He
λ
Barwa
0,7065
0,6678
0,5878
0,5016
0,4922
0,4713
0,4471
0,4388
0,4111
0,4026
czerwona
czerwona
Ŝółta
zielona
niebiesko - zielona
niebieska
niebieska
fiolet
fiolet
fiolet
4.
Wykre
ślić krzywą dyspersji spektroskopu
( )
He
He
L
f
=
λ
.
5.
Zmieni
ć rurkę Plückera na wypełnioną innym gazem, dającą inne widmo liniowe.
Na podstawie wykre
ślonej krzywej dyspersji znaleźć długość fali linii wskazanych
przez prowadz
ącego ćwiczenia.
Tabela pomiarowa
Barwa
linii
He
L
L
∆
He
λ
Barwa linii
x
L
x
λ
x
λ
∆
x
x
λ
∆
λ
±
-
-
-
[ ]
-
-
[ ]
[ ]
[ ]
Wskazówki do oszacowania bł
ędów
Bł
ędy oszacować na podstawie krzywej dyspersji spektroskopu i wzoru
Hartmanna. W spektroskopii do obliczenia długo
ści fal stosuje się doświadczalny wzór
interpolacyjny - wzór Hartmanna:
0
0
L
L
−
+
=
β
λ
λ
(1)
gdzie: L - odczyt okre
ślający połoŜenie linii w widmie,
3
0
λ
,
β
,
0
L - stałe, wyznaczone z poło
Ŝenia trzech linii widmowych fal znanych
długo
ści, w naszym przypadku dla helu.
W celu obliczenia stałych we wzorze Hartmanna wybra
ć długości trzech linii w
badanym widmie helu i z układu trzech równa
ń wyznaczamy stałe
0
λ
,
β
,
0
L .
Obliczone długo
ści linii z wykorzystaniem wzoru Hartmanna porównać z długościami
x
λ
obliczonymi z krzywej dyspersji spektroskopu
( )
L
f
x
=
λ
. Otrzymane ró
Ŝnice
x
λ
λ
λ
∆
−
=
s
ą miarą dokładności określenia długości fali. Te błędy moŜna porównać z
dokładno
ścią określenia połoŜenia linii na skali oraz z dokładnością odczytu długości
fali z krzywej dyspersji.
Literatura
M. Le
śniak, Fizyka. Laboratorium, wydanie II, Oficyna Wydawnicza PRz, 2002
J. Massalski, M. Massalska, Fizyka dla in
Ŝynierów, t.1, WNT, Warszawa 1980
R. Resnick, D. Halliday, Fizyka, t. I, PWN, Warszawa 1997