Celem ćwiczenia było wykorzystanie spektroskopu oraz fotometru spektralnego spekol do określenia przepuszczalności filtrów .
1. Opis zjawiska fizycznego.
Widmo optyczne, to obraz otrzymany w wyniku rozszczepienia promieniowania polichromatycznego na składowe o różnych długościach fal. Ze względu na sposób powstawania ,widma dzielą się na :
- emisyjne - widmo światła emitowanego przez daną substancję; ma postać jasnych, barwnych prążków, kolorowych pasm lub zespołu barw. Widmo złożone z barwnych ostrych prążków to widmo emisyjne liniowe, zaś każdy z takich prążków to linia widmowa. Każdej linii widmowej odpowiada określona długość fali, a co za tym idzie także wartość energii emitowanych fotonów. Powstanie widma emisyjnego wiąże się ze strukturą świecącego atomu. Energia elektronów jest skwantowana, czyli przybiera ściśle określone (dyskretne) wartości. Atom znajdując się w stanie podstawowym nie wypromieniowuje energii. Kiedy jednak zostanie pobudzony do świecenia, część elektronów przechodzi do stanu wyższego niż stacjonarny. Po krótkim czasie powraca do stanu początkowego wysyłając przy tym energię w postaci fali świetlnej.
- absorpcyjne - wiązka światła przepuszczona przez warstwę gazu, cieczy lub ciała stałego daje widmo absorpcyjne na tle widma ciągłego, pochodzącego ze źródła polichromatycznego; ma postać pojedynczych ciemnych linii (absorpcja fotonów przez pojedyncze atomy) lub pasm absorpcji (cząsteczki chemiczne absorbują światło). Wyemitowane fale rozchodzą się we wszystkich kierunkach. Obserwujemy je jednak tylko w jednym kierunku, na który pozwala szczelina wyjściowa. W związku z tym intensywność znacznie maleje. Część wyemitowanego światła ulega ponownie absorpcji. W ćwiczeniu jako substancję absorbującą wykorzystano filtry, które dawały pasmowe widmo ciągłe.
2. Pomiary.
a)Skalowanie spektroskopu
Dla widma helu
Barwa lini widmowej |
Liczba działek skali |
Długość fali |
- |
- |
[*10-9 m] |
czerwona |
8 |
706,52 |
czerwona |
20 |
667,81 |
żółta |
45 |
587,56 |
zielona |
100 |
501,57 |
niebiesko-zielona |
113 |
492,19 |
niebieska |
128 |
471,31 |
fioletowa |
157 |
447,15 |
Po nałożeniu na źródło światła filtrów , kolejno czerwonego i zielonego uzyskano wycięcie widma ciągłego światła białego . Filtr czerwony spowodował wycięcie widma dla wartości większych od 58 działek skali spektroskopu , a filtr zielony dla mniejszych od 20 , co odpowiada długości fali , dla filtru
czerwonego λ<570 nm , a dla zielonego λ>667,81 nm .
b) Badanie absorpcji filtrów za pomocą spekola
Długość fali |
Przepuszczalność |
|
λ |
[%] |
|
[nm] |
filtr czerwony |
filtr zielony |
440 |
0 |
1,5 |
450 |
0 |
4 |
460 |
0 |
8 |
470 |
0 |
14 |
480 |
0 |
22 |
490 |
0 |
31 |
500 |
0 |
39 |
510 |
0 |
45 |
520 |
0 |
50 |
530 |
0 |
49 |
540 |
0 |
44 |
550 |
0 |
37 |
560 |
0 |
29 |
570 |
0 |
21 |
580 |
0 |
14 |
590 |
0 |
- |
600 |
0 |
- |
610 |
5 |
1 |
620 |
25 |
0 |
630 |
54 |
0 |
640 |
- |
0 |
650 |
82 |
0 |
660 |
85 |
0 |
670 |
87 |
0 |
680 |
89 |
0 |
690 |
90 |
0 |
700 |
91 |
0 |
710 |
92 |
0 |
720 |
93 |
0 |
730 |
94 |
0 |
740 |
94 |
0 |
750 |
94 |
0 |
760 |
94 |
0 |
770 |
95 |
0 |
3. Wnioski
Podczas skalowania spektroskopu należało zwrócić szczególną uwagę na to, żeby prążki otrzymanego widma He były wąskie i ostre , co jednak było trudne . Dlatego pomiar absorpcji przy pomocy spektroskopu jest obarczony dużymi błędami wynikającymi z niedoskonałości przyrządu a także z niedoskonałości ludzkiego wzroku . Podczas skalowania spektroskopu w okolicy prążka zielonego pojawił się w tyle prążek o barwie jasno-zielonej, jakby poświata , a także dodatkowy prążek fioletowy którego nie powinno być