Spetroskop Pryzmatyczny

Załamanie światła: Wąska wiązka promieniowania białego pada bezpośrednio na pryzmat. Wobec tego współczynnik załamania jest funkcją długości fali, każdy ze składników promieniowania białego załamuje się nieco pod innym kątem i na ekranie E otrzymujemy barwną wstęgę- widmo ciągłe. W widmie ciągłym występowałyby czyste barwy widmowe tzn. do danego miejsca ekranu dochodziłoby promieniowanie o ściśle określonej długości fali jedynie w przypadku, gdy wiązka padająca była nieskończenie wąska. W praktyce takich wiązek nie ma. Wiązka padająca jest rozciągana. Każdy z promieni wchodzących w jej skład ulega rozszczepieniu i na ekranie pokrywają się promienie różnych barw, nie dając czystego widma ciągłego.

Ustawiamy źródło światła w ognisku soczewki zbierającej i rzucamy wychodzącą z niej równoległą wiązkę na pryzmat.

Promienie określonej długości fali wyjdą po załamaniu z pryzmatu jako wiązki równoległe. Ustawiając na drodze promieni czerwonych i fioletowych soczewkę zbierającą achromatyczną doprowadzimy te promienie do przecięcia się w płaszczyźnie ogniskowej soczewki. W miejscu przecięcia promieni czerwonych powstanie obraz źródła Z o barwie czerwonej, w innym miejscu obraz źródła Z o innej barwie. Utworzone obrazy można oglądać w powiększeniu przez następną soczewkę działającą jako lupa.

Kolimator- metalowy tubus zamknięty z jednej strony soczewką zbierającą a z drugiej metalową zasłoną ze szczelina w części środkowej. Tuż przed szczeliną ustawiamy badane źródło światła i traktujemy je jako źródło promieniowania. Długość tubusa odpowiada dokładnie odległości ogniskowej soczewki kolimatora. Dzięki temu z kolimatora wychodzi wiązka promieni równoległych i pada na pryzmat. Po załamaniu w tym pryzmacie otrzymujemy wiązki równoległe promieni monochromatycznych, które padają na obiektyw lunety. Obrazy rzeczywiste szczeliny o różnych barwach tworzą się w płaszczyźnie ogniskowej obiektywu i mogą być oglądane przez okular lunety jak przez lupę.

Jeżeli źródłem promieniowania jest rozżarzone ciało stałe lub ciekłe to przy dostatecznie wysokiej temperaturze mamy do czynienia ze światłem białym. Ustawiając takie źródło przed szczelina kolimatora otrzymujemy po rozszczepieniu w pryzmacie nieskończenie wiele obrazów szczeliny, obrazów liniowych. Obrazy te grupują się obok siebie tworząc na ekranie barwną wstęgę z ciągłym przejściem od jednej barwy do drugiej, czyli widmo ciągłe.

Gdy źródłem promieniowania są pobudzone do świecenia atomy lub cząsteczki pary i gazu takie źródło emituje tylko promieniowanie o określonych długościach fal, charakterystycznych dla danego rodzaju atomów. Wtedy w polu widzenia dostrzeżemy oddzielne wąskie, barwne linie- powstaje widmo liniowe.

Gdy ciałem pobudzonym do świecenia są nie oddzielne atomy lecz cząstki pierwiastków lub związków. Wtedy linie grupują się bardzo gęstą w różnych obszarach widma, tworząc tzw. pasma- widmo pasmowe.

Pryzmat- bryła z materiału przezroczystego, ograniczona z dwóch stron płaszczyznami przecinającymi się pod kątem φ. Kąt dwuścienny φ, utworzony przez płaszczyzny pryzmatu, nazywamy kątem łamiącym pryzmatu, zaś prostą przecięcia obydwu płaszczyzn- krawędź pryzmatu.

Przejście światła jednobarwnego ( monochromatycznego) przez pryzmat

Promień światła jednobarwnego przy przejściu przez pryzmat zazwyczaj załamuje się dwukrotnie: przy wejściu i przy wyjściu. Po przejściu przez pryzmat promień świetlny odchyli się od pierwotnego kierunku o kąt δ. Odchylenie promienia od pierwotnego kierunku, wywołane przez pryzmat, zależy od kąta padania światła na pryzmat, kąta łamiącego oraz współczynnika załamania pryzmatu. Kąt odchylenia ma najmniejszą wartość podczas symetrycznego przejścia promienia przez pryzmat. Spełniona jest wówczas zależność:

Gdzie: n- współczynnik załamania światła dla materiału, z którego jest wykonany pryzmat

δ_min - kąt najmniejszego odchylenia

φ - kąt łamiący pryzmatu

Przejście światła białego przez pryzmat

Podczas przejścia światła białego przez pryzmat, oprócz załamania obserwuje się również zjawisko dyspersji, czyli rozszczepienia światła. Światło białe nie jest światłem monochromatycznym, lecz składa się z wielu barw ( wielu długości fal). Prędkość rozchodzenia się światła w ośrodku materialnym zależy od długości fali. Odpowiadające różnym prędkościom wartości współczynnika załamania są różne dla poszczególnych barw. W wyniku rozproszenia światła białego w pryzmacie otrzymuje się widmo ciągłe

( poszczególne barwy w sposób ciągły przechodzą jedna w drugą).

Prawo odbicia: Promień padający, prosta prostopadła do płaszczyzny odbijającej ( normalna) i promień odbity leżą w jednej płaszczyźnie. Kąt odbicia jest równy kątowi padania.

Prawo załamania: Promień padający, normalna i promień odbity leżą w jednej płaszczyźnie. Stosunek sinusa kąta padania α, do sinusa kąta załamania β jest równy stosunkowi prędkości światła w ośrodku pierwszym do prędkości światła w ośrodku drugim i nosi nazwę współczynnika załamania światła ośrodka drugiego względem pierwszego

Jeżeli pierwszym ośrodkiem jest powietrze ( względnie próżnia), wtedy
a współczynnik taki nazywamy bezwzględnym współczynnikiem załamania

Jeżeli światło składa się z różnych barw przechodzi przez granicę dwóch ośrodków ( pod kątem
) to na granicy musi ulec rozszczepieniu (dyspersji)

---