Rok akademicki 1996/97 |
Laboratorium z fizyki |
|||
Nr ćwiczenia:
43 |
Temat: Badanie długości widma przy pomocy spektroskopu |
|||
Wydział: Elektronika
Kierunek: E-nika i Telekom.
Grupa: E03 |
Imię i nazwisko: Tomasz Zalewski |
|||
Data wykonania |
Ocena |
Data zaliczenia |
Podpis |
|
|
T |
|
|
|
|
S |
|
|
|
1. Zasada pomiaru.
Celem ćwiczenia była obserwacja widma liniowego za pomocą spektroskopu, wykreślenie krzywej dyspersji i pomiarów długości fal prążków widmowych.
Przebieg ćwiczenia był następujący:
1. Źródło światła o znanych długościach fal (rurka Pl*ckera napełniona helem) mocujemy na statywie przed szczelinką kolimatora spektroskopu i łączymy ze źródłem wysokiego napięcia.
2. Przy ustalonym, skrajnym położeniu lunetki, odpowiadającym najmniejszemu kątowi odchylenia, należy uzyskać ostry obraz prążków widmowych. Regulację ostrości obrazu prążków otrzymujemy przy szerszej szczelinie ok. 1mm, a po ustaleniu ostrości, szerokość szczeliny zmniejszamy, tak, aby prążki widmowe były możliwie wąski, lecz dobrze widoczne.
3. Oświetlamy skalę i tak ustawiamy jej tubus, aby skala była dobrze widoczna w okularze lunety. Regulujemy położenie skali względem soczewki tubusa, wsuwając lub wysuwając jej oprawkę w tubusie, aby obraz w skali był ostry i leżał w płaszczyźnie linii widmowych widocznych w okularze.
4. Odczytujemy położenie linii widmowych o znanych długościach fal, naprowadzając pionową linię widoczną na środek prążka i odczytujemy jego położenie na tle skali.
Widmo helu w części widzialnej składa się z następujących prążków, których długości fal wykorzystujemy przy cechowaniu spektroskopu:
1. 706,6 nm - prążek ciemno-czerwony
2. 667,8 nm - prążek czerwony
3. 587,6 nm - prążek żółty
4. 501,6 nm - prążek zielony
5. 492,2 nm - prążek zielony (słabo widoczny)
6. 471,3 nm - prążek niebiesko-zielony
7. 447,1 nm - prążek fioletowy
Położenie tych prążków zapisujemy w tabeli, która posłuży do narysowania krzywej dyspersji spektroskopu.
5. Przed szczeliną spektroskopu ustawiamy następną rurkę Pl*ckera wypełniona neonem, a następnie wodorem. Odczytujemy położenia kilku wyraźnych prążków widmowych tych gazów. Wyniki notujemy w tabeli.
6. Serię widmową dla wodoru określamy ze wzoru:
z = 1
n, m - orbity elektronu w stanie więcej i mniej wzbudzonym
- stała Rydberga
Dla n = 1 i m = 2,3,... seria widmowa Lymana
Dla n = 2 i m = 3,4,... seria widmowa Balmera
Dla n = 3 i m = 4,5,... seria widmowa Paschena
Dla n = 4 i m = 5,6,... seria widmowa Bracketta
Dla n = 5 i m = 6,7,... seria widmowa Pfunda
Dla n = 6 i m = 7,8,... seria widmowa Humphreysa
2. Schemat układu pomiarowego.
Do ćwiczenia użyta zestawu składającego się ze spektroskopu pryzmatycznego oraz rurek Pl*ckera (pl) wypełnionych gazami.
Spektroskop składa się z :
- kolimatora (K),
- lunetki obserwacyjnej (L) ze skalą,
- pryzmatu (P).
3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów.
Błąd wyznaczenia działki na skali Δs = 0,2 [dz]
4. Tabele pomiarowe.
Tabela określająca krzywą dyspersyjną dla naszego układu. wzorcowe długości fali są to długości fali są to długości emitowane przez hel.
s [dz] |
1,5 |
2,7 |
6,0 |
12,2 |
13,1 |
15,5 |
19,0 |
λ [nm] |
706,5 |
667,8 |
587,6 |
501,6 |
492,2 |
471,3 |
447,1 |
Tabela widma wodoru:
s [dz] |
λ [nm] |
Δλ[nm] |
3 |
656 |
6 |
13,6 |
487 |
2 |
Tabela widma neonu
s [dz] |
λ [nm] |
Δλ [nm] |
3,1 |
654 |
6 |
3,6 |
641 |
6 |
4,6 |
618 |
5 |
5,6 |
595 |
4 |
6,1 |
582 |
4 |
9,0 |
541 |
3 |
5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej.
Wyznaczenie serii widmowej dla wodoru:
z - liczba atomowa (z=1)
- stała Rydberga
stąd:
Dla n = 1 i m = 2,3,... (seria Lymana)
λ12 = 91,15·10-9· 4/3 = 121,5 nm
λ1∞ = 91,15·10-9·1 = 91,2 nm
Odczytane prążki widma nie zawiera się w serii Lymana
Dla n = 2 i m = 3,4,5,... (seria Balmera)
λ23 = 91,15·10-9 · 36/5 = 656,3 nm
λ24 = 91,15·10-9 · 64/12 = 486,2 nm
λ25 = 91,15·10-9 · 100/21 = 434,1 nm
λ2∞ = 91,15·10-9 · 4 = 364,6 nm
Odczytane prążki widmowe wodoru odpowiadają serii Balmera, ponieważ:
H23 = (656 ± 6) nm ≈ λ23
H24 = (487 ± 2) nm ≈ λ24
Prążek H25 leżał poza widoczną skalą
6. Rachunek błędów.
Błąd Δλ ze względu na to, że λ nie zmienia się według nieskomplikowanego wzoru w stosunku do działki s, Δλ trzeba oszacować graficznie. Dla wzorcowego widma wykonujemy pomiary, które określają nam krzywą dyspersji. D można określić ze wzoru:
Dla konkretnego punktu można wyznaczyć z wykresu s = f(λ) wartość D, którą może być wartość współczynnika prostej stycznej do wykresu w tym punkcie (albo w przybliżeniu wartość współczynnika kierunkowego prostej przechodzącej przez dwa punkty należące do wykresu między którymi jest dany punkt).
Dla neonu s = 4,6 dz i λ = 618 nm
D = 0,0 4 , Δs = 0,2 dz :
nm
7. Zestawienie wyników pomiarów.
Zestawienie wyników pomiarów znajduje się w tabelkach pomiarowych (patrz punkt 4).
8. Uwagi i wnioski.
Widmo liniowe neonu jak i wodoru były bardzo niewyraźne. Jednak najbardziej rzucały się w oczy prążki właściwe. Na podstawie pomiarów świecenia wodoru można stwierdzić, że nasza seria odpowiada serii Balmera, Prążek pierwszy odpowiadał przeskokowi elektronu z trzeciej orbity na drugą, natomiast drugi prążek przeskokowi z orbity czwartej na drugą. Trzeciego prążka nie zaobserwowano gdyż mieścił on się poza widoczną skalą. Układ linii widmowych związany jest z budową atomu, odzwierciedla on system energetyczny atomu. To zaś ściśle powiązane jest z modelem atomu według Bohra. Z teorii tej wynika, że każdej linii w widmie np. wodoru odpowiada przejście elektronu między dwoma poziomami energetycznymi(elektron promieniuje wtedy porcje energii). Każdy atom może wprawdzie emitować tylko jeden foton o ściśle określonej energii, ale duża liczba atomów pobudzona do emisji w trakcie wyładowania w rozrzedzonym gazie emituje fotony o różnych energiach, które odpowiadają linią widma wodoru. W ten sposób w spektroskopie obserwujemy szereg linii, których natężenie jest proporcjonalne do liczby atomów emitujących światło o danej długości fali. Linie widmowe świecącego neonu były na tyle niewyraźne, że odczytanie ich wartości na skali mogło być niezbyt prawidłowe.
6
Wyszukiwarka