Rok akademicki 1994/95 |
Laboratorium z fizyki |
|||
Nr ćwiczenia: 43 |
Badanie długości widma za pomocą spektroskopu |
|||
Wydział: Elektronika Kierunek: El. i telek. Grupa: III |
Paweł Kordowiecki
|
|||
Data wykonania 30.11.1994 rok |
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 nalełniona helem) mocujemy na statywie przed szczelinką kolimatora spektroskopu i łączymy ze źródłem napięcia (∼500V).
2. Przy ustalonym, skrajnym położeniu lunetki, odpowiadającym najmniejszemu kątowi odchylenia, należy uzskać 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. Serir 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,... jest to seria widmowa Lymana
Dla n = 2 i m = 3,4,... jest to seria widmowa Belemera
Dla n = 3 i m = 4,5,... jest to seria widmowa Paschena
Dla n = 4 i m = 5,6,... jest to seria widmowa Breckefta
Dla n = 5 i m = 6,7,... jest to seria widmowa Pfunda
Dla n = 6 i m = 7,8,... jest to seria widmowa Humphreysa
2. Schemat układu pomiarowego
Ż - źródło promieniowania
Sz - szczelina
P - pryzmat
S - skala
E - ekran (obraz w lunecie)
3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów
Błąd wyznaczenia działki na skali Δs = 0.1
4. Tabele pomiarowe
Tabelak określająca krzywą dyspersjyjną dla naszego układu. wzorcowe długości fali są to długości fali są to długości emitowane przez hel.
s [dz] |
0.5 |
1.7 |
5.3 |
11.8 |
12.7 |
15.4 |
18.8 |
λ [nm] |
706.5 |
667.8 |
587.6 |
501.6 |
492.2 |
471.3 |
447.1 |
Tabela widma wodoru
s [dz] |
5.1 |
7.4 |
λ [nm] |
609.0 |
549.0 |
Δλ [nm] |
0.6 |
1.0 |
Tabela widma neonu
s [dz] |
λ [nm] |
Δλ [nm] |
2.2 |
686.0 |
0.2 |
2.4 |
6.79.0 |
0.5 |
2.8 |
663.0 |
0.6 |
3.1 |
655.0 |
0.6 |
3.4 |
644.0 |
0.8 |
4.0 |
626.0 |
0.9 |
4.2 |
620.0 |
0.9 |
4.5 |
610.0 |
1.0 |
5.0 |
597.0 |
1.2 |
5.5 |
584.0 |
1.2 |
6.0 |
572.0 |
1.3 |
8.4 |
518.0 |
1.3 |
8.9 |
508.0 |
1.3 |
10.1 |
489.0 |
1.3 |
10.4 |
484.0 |
1.4 |
10.8 |
478.0 |
1.4 |
11.2 |
474.0 |
1.6 |
13.5 |
453.0 |
1.9 |
5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej
Wyznaczenie serii widmowej dla wodoru:
z - liczba atomowa (z=1)
- stała Rydberga
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 = 91.1 nm
Nasza seria nie zawiera się w serii Lymana
Dla n = 2 i m = 3,4,5,... (seria Balmera)
λ23 = 91.15*10-9 * 36/4 = 656.9 nm
λ24 = 486.6 nm
λ25 = 434.5 nm
λ2∞ = 364.6 nm
Nasze linie widmowe wodoru odpowiadają serii Balmera, ponieważ:
HL = (609.0 ± 0.6) nm ≈ λ23
HB = (549.0 ± 1.0) nm ≈ λ24
Linii λ25 nie zaobserwowano.
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:
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 = 10.8 Δλ = 484 nm
D = 0.08
Δs = 0.1 dz
Δλ = 1.3 nm
7. Zestawienie wyników pomiarów
Zestawienie wyników pomiarów jest w tabelkach pomiarowych (pkt 4).
8. Uwagi i wnioski
Widmo liniowe wodoru w naszym doświadczeniu było bardzo niewyraźne i przy tym wiele prążków nie było charakterystyczne dla wodoru jednoatomowego, które zostały odrzucowne przy robieniu tabelki.