SPRAWOZDANIE

Laboratorium z fizyki

Temat: Analiza widmowa

GRUPA 2,SEKCJA 7

Krzysztof Kubiak

Rafał Szafraniec

1. Temat ćwiczenia:

Analiza widmowa.

2 Wprowadzenie:

Widmem optycznym nazywamy obraz powstały w skutek rozszczepienia światła poczodzącego od źródła rzeczywistego na składowe o różnych długościach fali.

Rodzaje widm:

a) ze względu na pochodzenie:

- emisyjne

- absorpcyjne

- luminescencyjne

b) ze względu na powstały obraz widma:

- liniowe

- pasmowe

- ciągłe.

Emisyjne widmo liniowe dają pobudzone do świecenia gazy oraz pary metali. Powstawanie lini widmowych związane jest ze wzbudzeniem elektronów pojedynczych atomów. Jeśli atom zostanie wzbudzony, to elektron przechodzi ze stanu stacjonarnego do stanu wyższego i wracając wypromieniowuje energię w postaci kwantu:

Długości poszczególnych lini widmowych są charakterystyczne dla rodzaju substancji. Obecność określonej lini świadczyo obecności odpowiedniej substancji w źródle światła.

Linie widmowe powinny mieć szerokość "zerową". W rzeczywistości obserwuje się nieznacznie poszerzenie lini, a a odpowiedzialne za taki stan są zjawiska:

a) efekt Dooplera,

b) oddziałowanie międzycząsteczkowe,

c) skończpny czas zycia elektronu w stanie wzbudzonym.

Linie widmowe układają się w serie, a najbardziej charakterystyczne są serie dla wodoru.

W zakresie światła widzianego długości fali kolejnych lini określa wzór Balmera:

gdzie:

b = 364.57 nm, stała,

k = 3, 4, 5, ... .

Wzór ten można otrzymać bezpośrednio ze wzoru Rydberga:

gdzie:

m , e - masai ładunek elektronu,

c - prędkość światła w próżni,

h - stała Plancka.

Widmo światła emitowane przez cząstki ma postać pasm złożonych z poszczególnych lini.

W każdym paśmie przy brzegach linie zlewają się tworząc tzw. głowicę pasma. Ten potrójny obraz widma pasmowego cząstek odpowiada trzem rodzajom energii określającym stan energetyczny cząstki:

a) energię elektronów Wel ,

b) energię oscylacyjną Wosc ,

c) energię rotacyjną Wrot .

W = Wel +Wosc +Wrot

2.1. Spektografia.

Do analizy widmowej stosuje się spektografy pryzmatyczne, siatkowe i interferencyjne.

Zasada działania najprostszego spektogrsfu pryzmatycznego:

Światło przechodzi przez prostokątną szczeline o szerokoci ok. 20 m. Soczewka skupiająca ustawiona w odległości ogniskowej f1 daje wiązkę światła równoległego padającego na pryzmat pod kątem dającym minimum odchylenia. Soczewka o ogniskowej f2 skupia na matówce (ekranie) promienie odpowiadające kolejnym liniom widmowym dającym barwne obrazy szczeliny o szerokości powiększonej p razy:

Działanie spektografu pryzmatycznego oparte jest na zjawisku dyspresji, polegającym na zależności prędkości światła od dlugości fsli. Miarą dyspersji danego ośrodka jest pochodna:

Dyspersję kątową pryzmatu określa wzór:

gdzie:

- kąt odchylenia biegu promieni w pryzmacie.

Dla symetrycznego biegu promieni (promień przechodzący przez pryzmat prostopadły do dwusiecznej kąta łamiącego )spełniony jest wzór

Różniczkując powyższą zależność otrzymamy:

Po przekształceniu licznika:

Ostatecznie otrzymujemy:

Dyspersję kątową można zwiększyć stosując pryzmaty o dużym współczynniku załamania oraz budując układy pryzmatyczne.

Dyspersja kątowa określa rozbierzność dwóch wiązek różniących się długością fal o jednostkę np. 1 mm. Ta rozbieżność kątowa spowoduje pewną odległość lini widmowych na ekranie.

Dyspersją liniową spektografu jest podział długości fal przypadających na jednostkę długości ekranu (klisza, matówka), np. 1 mm. Wielkość ta zależy m.in. od kąta nachylenia ekranu. Ograniczenie zwiększenia dyspersji liniowej związane jest ze zjawiskami dyfrakcyjnymi na szczelinie spektografu. Możma wykazać, że zdolność rozdzielcza spektografu od szerokości podstawy pryzmatu "a":

gdzie:

- najmniejsza różnica długości fal rozróżnialna w apektografie.

3.Przebieg ćwiczenia.

3.1. Tabela pomiarowa:

Substancja: lampa rtęciowa

			Długość fali [nm]
Skala	Barwa	Intensywność	tablicowa	z wykresu
1.9	żółta	słaba	579.1
2.13	żółta	średnia	579.0
2.14	żółta	jasna	577.0
2.44	zielona	średnia	546.1
3.17	zielona	średnia	521.1
3.34	błękit cjanowy	średnia	479.7
4.38	fioletowa	bardzo jasna	435.8
4.41	fioletowa	bardzo słaba	434.7
4.43	fioletowa	bardzo słaba	433.9

Substancja: gaz nieznany

			Długość fali [nm]
Skala	Barwa	Intensywność	tablicowa	z wykresu
1.35	czerwona	jasna
2.66	zielona	bardzo jasna
2.77	zielona	słaba
2.81	zielona	jasna
2.96	niebieska	słaba
3.34	indygo	bardzo słaba
3.88	fioletowa	słaba

Substancja: neon

			Długość fali [ nm ]
Skala	Barwa	Intensywność	tablicowa	z wykresu
1.33	czerwona	słaba	692.9
1.39	czerwona	słaba	667.8
1.43	czerwona	słaba	659.9
1.50	czerwona	bardzo jasna	650.6
1.54	czerwona	jasna	640.2
1.56	czerwona	jasna	638.3
1.58	czerwona	jasna	633.4
1.65	pomarańczowa	jasna	626.6
1.66	pomarańczowa	jasna	621.7
1.69	pomarańczowa	jasna	614.3
1.71	pomarańczowa	jasna	607.4
1.74	pomarańczowa	słaba	603.0
1.78	pomarańczowożółta	jasna	597.5
1.80	pomarańczowożółta	jasna	594.5
1.84	pomarańczowożółta	bardzo słaba	585.2
1.85	pomarańczowożółta	jasna	580.4
1.88	żółta	bardzo jasna	576.4
1.90	żółta	bardzo słaba	574.8
1.92	żółta	bardzo słaba	571.9
1.95	żółta	bardzo słaba	565.7
1.97	żółtozielona	bardzo słaba	556.3
2.01	zielona	bardzo słaba	540.1
2.06	zielona	bardzo słaba	534.1
2.15	zielona	słaba	533.1
2.32	zielona	jasna	514.5
2.38	zielona	słaba	503.8
2.40	zielona	słaba	500.5
2.67	zielona	słaba	495.7
2.78	zielona	słaba	489.2
3.06	niebieska	słaba	488.5
4.25	niebieska	bardzo słaba	483.7

3.Wnioski.

Powyższy wykres powstał na podstawie odczytów przeprowadzonych w czasie pomiarów kolejnych położeń lini widmowych lampy rtęciowej i będziemy go traktować jako wykres cechowania. Na podstawie tego wykresu odczytujemy długości fal w zależności od skali na spektroskopie dla różnych gazów. W ten sposób uzupełnimy tabelę pomiarową dla gazu nieznanego. Jak widać każdej barwie (lini) można przypisać odpowiednią długość fali [nm], która wacha się w pewnych granicach.

---