1

Ćwiczenie 47

Badanie widma emisyjnego gazów. Wyznaczanie nieznanych długości

fali

I. Zagadnienia do samodzielnego opracowania

1.

Równania Maxwella jako podstawa matematycznego opisu propagacji fal
elektromagnetycznych.

2.

Zjawisko dyspersji.

3.

Model atomu według Bohra.

4.

Rodzaje widm ze szczególnym uwzgl

ędnieniem widm liniowych.

5.

Zasada działania spektroskopu.

II. Wprowadzenie

W

ćwiczeniu bada się najprostsze widmo, jakie dają pobudzone do świecenia gazy

jednoatomowe - to jest widmo liniowe.

Źródłem widma jest gaz zamknięty w rurce

zwanej rurk

ą Plückera, pobudzony do świecenia wyładowaniem elektrycznym z

induktora Ruhmkorffa.

Źródło światła białego (żarówka) służy do oświetlenia skali w

spektroskopie. Schemat spektroskopu pryzmatycznego przedstawia rys. 1.

Sz

K

S

L

Z

S

Sz

O

P

Rys. 1. Spektroskop

Kolimator K, maj

ący postać rury, jest zakończony z jednej strony soczewką S, z

drugiej szczelin

ą Sz, umieszczoną w płaszczyźnie ogniskowej soczewki S. Światło

padaj

ące na szczelinę Sz wychodzi z kolimatora jako wiązka równoległa i pada na

pryzmat P ulegaj

ąc dyspersji. Po drugiej stronie pryzmatu znajduje się luneta L, za

pomoc

ą soczewki O obserwujemy widmo.

III. Wykonanie ćwiczenia

1.

Poł

ączyć obwód według schematu - rys. 2. Przed uruchomieniem przyrządów

zgłosi

ć się do prowadzącego ćwiczenia, aby w jego obecności włączyć induktor i

ustawi

ć układ tak, by na matówce w okularze lunety spektroskopu oglądać

intensywne widmo liniowe na tle o

świetlonej (z zewnętrznego źródła) wskazówki

poł

ączonej z bębnem skali spektroskopu.

2.

Przesuwaj

ąc bęben skali spektroskopu odczytać położenie

He

L

wszystkich linii

widmowych helu.

2

induktor

spektroskop

ru

rk

a

P

lu

ck

e

ra

:

Rys. 2. Schemat układu do obserwacji widma emisyjnego

3.

Z tabeli 1 odczyta

ć długość fal

He

λ

zaobserwowanych linii widmowych helu.

Tabela 1. Długo

ść fali najsilniejszych widzialnych linii widma emisyjnego helu

µm]

[

He

λ

Barwa

0,7065
0,6678
0,5878
0,5016
0,4922
0,4713
0,4471
0,4388
0,4111
0,4026

czerwona
czerwona

żółta

zielona

niebiesko - zielona

niebieska
niebieska

fiolet
fiolet
fiolet

4.

Wykre

ślić krzywą dyspersji spektroskopu

( )

He

He

L

f

=

λ

.

5.

Zmieni

ć rurkę Plückera na wypełnioną innym gazem, dającą inne widmo liniowe.

Na podstawie wykre

ślonej krzywej dyspersji znaleźć długość fali linii wskazanych

przez prowadz

ącego ćwiczenia.

Tabela pomiarowa

Barwa
linii

He

L

L

∆

He

λ

Barwa linii

x

L

x

λ

x

λ

∆

x

x

λ

∆

λ

±

-

-

-

[ ]

-

-

[ ]

[ ]

[ ]

Wskazówki do oszacowania bł

ędów

Bł

ędy oszacować na podstawie krzywej dyspersji spektroskopu i wzoru

Hartmanna. W spektroskopii do obliczenia długo

ści fal stosuje się doświadczalny wzór

interpolacyjny - wzór Hartmanna:

0

0

L

L

−

+

=

β

λ

λ

(1)

gdzie: L - odczyt okre

ślający położenie linii w widmie,

3

0

λ

,

β

,

0

L - stałe, wyznaczone z poło

żenia trzech linii widmowych fal znanych

długo

ści, w naszym przypadku dla helu.

W celu obliczenia stałych we wzorze Hartmanna wybra

ć długości trzech linii w

badanym widmie helu i z układu trzech równa

ń wyznaczamy stałe

0

λ

,

β

,

0

L .

Obliczone długo

ści linii z wykorzystaniem wzoru Hartmanna porównać z długościami

x

λ

obliczonymi z krzywej dyspersji spektroskopu

( )

L

f

x

=

λ

. Otrzymane ró

żnice

x

λ

λ

λ

∆

−

=

s

ą miarą dokładności określenia długości fali. Te błędy można porównać z

dokładno

ścią określenia położenia linii na skali oraz z dokładnością odczytu długości

fali z krzywej dyspersji.

Literatura

M. Le

śniak, Fizyka. Laboratorium, wydanie II, Oficyna Wydawnicza PRz, 2002

J. Massalski, M. Massalska, Fizyka dla in

żynierów, t.1, WNT, Warszawa 1980

R. Resnick, D. Halliday, Fizyka, t. I, PWN, Warszawa 1997