POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

WYDZIAŁ METALURGII I INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ

LABORATORIUM Z FIZYKI

Ćwiczenie 19 Temat :

BADANIE WIDM OPTYCZNYCH PRZY POMOCY SPEKTROSKOPU.

Wykonali:

3. Wyniki pomiarów.

1. Sporządzenie krzywej dyspersji ( skalowanie spektroskopu ).

Nazwa gazu	Barwa linii widma	Położenie linii na skali X [mm]		Natężenie linii ( silna, słabo widoczna itp. )	Długość fali odczytana z tablicy [nm]

2. Widma emisyjne.

Nr rurki z gazem	Barwy linii widmowej		Położenie linii na skali x [mm]	Natężenie linii	Długość fali odczytywana z wykresu [nm]		Nazwa gazu wypełniającego rurkę

2. Widma absorpcyjne

Nazwa substancji absorbującej

Granica pasma

Barwa pasma pochłoniętego

Stopień Osłabienia (absorpcja)

na skali w długościach fal

Dolna x1

Górna x2

Dolna x1 [nm]

Górna x2 [nm]

BADANIE WIDM OPTYCZNYCH PRZY POMOCY SPEKTROSKOPU.

1. Przegląd widm fal elektromagnetycznych. Położenie fal świetlnych w

tym widmie.

Ładunki elektryczne poruszające się z przyśpieszeniem lub wykonujące ruch drgający są źródłem fal elektromagnetycznych. Dla fal elektromagnetycznych zachodzą następujące zjawiska: odbicie, załamanie, dyspersja (zależność prędkości rozchodzenia się od długości fali), uginanie się (dyfrakcja), interferencja, polaryzacja. Różne rodzaje fal (promieniowania) mają tą samą naturę i różnią się między sobą jedynie długością (częstotliwością drgań). Podział widma elektromagnetycznego na określone przedziały częstotliwości γ i odpowiadające im przedziały długości fal λ, wynika ze sposobu wytwarzania i zastosowania objętych nimi fal.

Promieniowanie podczerwone λ,=7,8*10³ A - 5,0*10⁶ A

Promieniowanie widzialne λ,=3600 A - 7800 A -światło

Promieniowanie nadfioletowe λ,< 3600 A - 100 A -ultrafioletowe

Promieniowanie rentgenowskie λ <0,1 A

Promieniowanie gamma ν λ>0,1 A

2. Zjawisko dyspersji światła. Rozszczepienie światła w pryzmacie.

. Światło białe przy przejściu przez pryzmat ulega barwnemu rozszczepieniu -dyspersji. Polega to na zróżnicowaniu współczynników załamania w zależności od różnej częstotliwości drgań. Ogólnie mówiąc dyspersją nazywamy zależność prędkości fazowej v od długości fali:

v = f(λ)

przy czym jeśli dv/dλ>0, to światło o większej długości fali rozchodzi się z większą prędkością fazową i mówimy wtedy o dyspersji normalnej. Jeśli dv/dλ<0, to promieniowanie o większej długości fali rozchodzi się z mniejszą prędkością fazową i dyspersja jest anomalna. Przy dv/dλ=0 dyspersja nie występuje.

Zjawisko rozszczepiania ilustruje rysunek:

Na ekranie ustawionym poza szklanym pryzmatem prostopadle do promieni odchylonych powstaje widmo promieniowania białego. Widmo to nie jest czyste - poszczególne wiązki barwne zachodzą wzajemnie na siebie Jak widać współczynnik załamania jest mniejszy dla światła czerwonego niż dla fioletowego. Ponieważ barwa światła zależy od długości fali stąd też wynika, że każdej długości fali odpowiada inny współczynnik załamania.

Miarą dyspersji ( różnej dla różnych ośrodków ) jest różnica współczynników załamania n_F -n_C długości fal światła fioletowego i czerwonego.

3. Rodzaje widm optycznych.

Rozróżniamy widma trojakiego rodzaju:

• ciągłe - dają je rozżarzone ciała stałe i ciecze oraz gazy znajdujące się pod dużym ciśnieniem np. widmo słoneczne.

• liniowe - dają atomy rozżarzonych gazów lub par metali. Widmo liniowe składa się z oddzielnych linii barwnych. Linie tego widma tworzą tzw. serie. W obrębie jednej serii przy przejściu lii coraz krótszym długością fali linie zbliżają się do siebie, a po osiągnięciu pewnej granicy, zlewają się.

• pasmowe - dają wzbudzone cząstki. Widmo takie zawiera dużą liczbę linii, które zlewają się w poszczególne pasma.

Wyżej wymienione widma są widmami emisyjnymi, ponieważ powstają poprzez nałożenie światła emitowanego przez ciało świecące.

Widmo absorpcyjne - powstaje jeżeli światło ze źródła przechodzi przez warstwę gazu lub pary o niższej temperaturze niż temperatura źródła, a następnie zostaje rozłożone na widmo, to na tle tego widma powstają ciemne linie. Linie te powstają w tych samych miejscach, w których powstały by linie w widmie emisyjnym danego gazu lub pary.

Widmo fluorescencyjne - niektóre ciała można pobudzić do świecenia przez naświetlenie ich światłem obcym, z zewnątrz. Ten rodzaj świecenia jest charakterystyczny dla struktury chemicznej pobudzanej substancji.

4. Przyrządy do badań widm.

Przyrządy do badania widm to : spektrometry lub goniometry jednokołowe, spektroskopy, spektrografy.

Widmo dawane przez pryzmat nie jest czyste - poszczególne wiązki barwne zachodzą na siebie. Czyste widmo możemy otrzymać przy pomocy układu optycznego zastosowanego w spektroskopie.

Typowy spektroskop składa się z kolimatora i lunetki podobnie jak spektrometr. Spektroskop posiada dodatkowy kolimator, w którym w miejscu szczeliny znajduje się podziałka. Działki i cyfry tej podziałki są przezroczyste, a tło nieprzezroczyste. Dodatkowy kolimator ustawiony jest tak, że jego światło odbija się od ścianki i pryzmatu bliżej lunetki i nakłada się na wiązkę przechodzącą przez pryzmat. Dzięki temu w lunetce na tle widma widzimy podziałkę, która pozwala na określenie poszczególnych linii widmowych.

Metoda analizy widmowej jest bardzo czuła. Pozwala ona wykryć ilość substancji rzędu 10^-7 mg w 1 cm³ dla widm emisyjnych lub rzędu 10^-8 mg w 1 cm³ dla widm absorpcyjnych i fluorescencyjnych.

---