Wyznaczanie Długości fali świetlnej przy pomocy spektroskopu pryzmatycznego.

1.Cel ćwiczenia: Obserwacja widma przy pomocy spektroskopu, wykreślenie krzywej dyspersji i pomiar długości fal prążków widmowych.

2.Wprowadzenie:

Pierwiastki w formie gazowej, będące w stanie wzbudzenia (tzn. takim kiedy elektron wskutek pochłonięcia określonej porcji energii zewnętrznej zostaje przeniesiony z orbity podstawowej na jedną z dalszych) emitują charakterystyczne dla siebie widma prążków.

Czas trwania atomu w stanie wzbudzonym jest bardzo krótki, po ok.10^-8s elektron wraca na orbitę bliżej jądra, towarzyszy temu oddanie energii w postaci promieniowania elektromagnetycznego o długości fali, którą można określić z następującego wzoru:

gdzie:

l - długość fali,

Z- liczba atomową danego pierwiastka,

n₁ i n₂ - liczby kwantowe określające stan energetyczny atomu

n₁ - wyższy, n₂ - niższy.

Oraz wyrażenie:

nazywane jest stałą Rydberga.

3.Przebieg ćwiczenia:

Do badania widm pierwiastków użyty został spektroskop pryzmatyczny, który składa się z kolimatora, pryzmatu, lunetki i rzutnika skali, umocowanych na odpowiednim stoliku. Przed szczeliną kolimatora umieszcza się badaną próbkę z gazem jonizowanym wysokim napięciem z odpowiedniego zasilacza.

Wiązka światła rozszczepiona przez pryzmat tworzy widmo charakterystyczne dla danego gazu. Prążki o określonym zabarwieniu obserwujemy na tle skali.

Dla rurki wypełnionej helem odczytujemy rozmieszczenie prążków o długościach podanych poniżej:

ciemno czerwony - 706,5 [ nm ],

czerwony - 667,8 [ nm ],

żółty - 587,6 [ nm ],

zielony - 501,6 [ nm ],

zielony(sł.wid.)- 492,2 [ nm ],

nieb.-zielony - 471,1 [ nm ],

fioletowy - 447,1 [ nm ].

Dla podanych wartości l wykreślamy charakterystykę S = f(l).

Z wykresu krzywej dyspersji liniowej odczytujemy długości fal emitowanych przez neon i wodór.

4.Tabele pomiarowe:

HEL

S [ dz ]	1	2,2	5,9	12,3	13,3	15,8	19,3
l [ nm ]	706,5	667,8	587,6	501,6	492,2	471,3	447,1

Dokładność odczytu skali S ± 0,2 dz.

NEON

S [ dz ]	2,4	3,4	6,1	9,5	12	14	16
l [ nm ]	665	640	584	537	505,5	486	470
Dl [ nm ]	± 4	± 5	± 3	± 3	± 3	± 2	± 2

WODÓR

S [ dz ]	4	9	17	19
l [ nm ]	625	543	463	449

5.Wnioski:

Ponieważ dla wodoru promieniuje duża liczba atomów, z różnych orbit, emitowane widmo promieniowania było bardzo szerokie, trudno było określić jego kwantowy charakter. Przyjęto wartości orientacyjne dla granicznych barw.

W przybliżeniu odpowiada to serii Balmera, przejściom elektronów z orbity 6, 5, 4 i 3 na orbitę 2 odpowiada emisja fotonów o odpowiadających im

długościach fal:

n = 3 - 656,3 [ nm ],

n = 4 - 486,1 [ nm ],

n = 5 - 434,1 [ nm ],

n = 6 - 410,2 [ nm ].

Oczywiście możliwe są też przejścia na inne orbity np. na pierwszą(K), którym odpowiadają serie linii widmowych poza zakresem widzialnym.

W nadfiolecie seria Lymana lub podczerwieni (serie Paschena,Bracketta,Pfunda czy Humphreysa).

---