Politechnika Krakowska		rok: 1998/99	nr. ćwiczenia
Fizyka Techniczna	MARCIN	semestr: I	37
Grupa: C	KUK	Ocena:	Podpis:
Zespół: 8

Wzorcowanie spektroskopu pryzmatycznego i analiza spektralna dostarczonych próbek gazów i soli.

1. Budowa i działanie spektroskopu.

2. Widmo optyczne.

3. Analiza widmowa.

4. Doświadczenie.

5. Wniosek.

1. Budowa i działanie spektroskopu.

Spektroskop - jest to przyrząd służący do otrzymywania i badania widm. Składa się z pryzmatu (P), kolimatora (K), lunety (L) i rurki ze skalą (S').

Kolimator - jest to rura wewnątrz poczerniona, zaopatrzona z jednej strony w szczelinę (S), której szerokość można regulować, z drugiej strony soczewkę skupiającą; szczelina znajduje się w ognisku soczewki. Szczelina (S) oświetlona badanym światłem ze źródła (Ź) jest dla spektroskopu przedmiotem świecącym; wysyła ona rozbieżną wiązkę światła, która po przejściu przez soczewkę zamienia się w równoległą i pada na pryzmat. Tu część światła ulega odbiciu, część wnika do wnętrza, zostaje załamana i rozszczepiona. Z pryzmatu zatem wychodzi szereg wiązek równoległych o różnych długościach fali, każda pod innym kątem. Najbardziej odchylona od pierwotnego kierunku są wiązki fioletowe, najmniej czerwone. Wiązki te padają na obiektyw lunety i dają w jego płaszczyźnie ogniskowej szereg rzeczywistych, pomniejszonych, odwróconych obrazów szczeliny uszeregowanych obok siebie, które oglądamy przez okular działający jak lupa. Obrazy te nazywają się widmem ciała świecącego.

Jeżeli źródło wysyła fale wszystkich długości, obrazy te leżą jeden tuż przy drugim, otrzymujemy stopniowe przejście jednej barwy w drugą tzw. widmo ciągłe. Jeżeli źródło wysyła fale tylko o pewnych długościach, to powstają pojedyncze obrazy szczeliny w pewnych odstępach od siebie, tzw. widmo liniowe.

2. Widmo optyczne.

Widmo optyczne - obraz uzyskany w wyniku rozszczepienia promieniowania optycznego światła optycznego na składowe o różnych długościach fali.

Widmo optyczne emisyjne - widmo światłą emitowanego przez daną substancję.

Widmo optyczne absorpcyjne - widmo światła przechodzącego przez substancję pochłaniającą (świecący gaz lub para pochłaniająca te rodzaje promieniowania, które są wysyłane) np.: linie Prawhofera, to linie absorpcyjne pojawiające się w widmie słońca.

Widmo optyczne dzielimy na:

• Widmo ciągłe - widmo mające postać zespołu barw przechodzących płynnie jedna w drugą (np.: tęcza), dawana między innymi przez rozżarzone ciała stałe, ciekłe i gazy pod dużym ciśnieniem.

• Widmo liniowe - widmo mające postać jasnych barwnych prążków (linii widmowych) na ciemnym tle lub ciemnych prążków na tle widma ciągłego. Widmo charakterystyczne dla atomów pierwiastka emitującego (pochłaniającego) dawane przez pary gazy.

• Widmo pasmowe - widmo mające postać barwnych pasów (złożonych z bardzo gęsto rozmieszczonych linii widmowych) na ciemnym tle charakteryzujących cząsteczki chemiczne. Występuje wtedy, gdy molekuły gazu są pobudzone do świecenia.

3. Analiza widmowa.

Z linii występujących w widmie jakiegoś nieznanego ciała można wywnioskować jakie pierwiastki wchodzą w skład ciała . Metoda ta nosi nazwę analizy widmowej.

Aby móc obserwować widmo świecącego gazu do wywołania jego świecenia używa się rurki do wyładowań. Jest to rura szklana, zwykle z przewężeniem w środku z wtopionymi na końcach elektrodami metalowymi. Rurkę wypełnia się gazem pod ciśnieniem. Gdy do elektrod przyłączymy źródło dostatecznie wysokiego napięcia (kilkaset do paru tysięcy Voltów) przez rurę zacznie przechodzić prąd elektryczny i gaz wewnątrz rurki zacznie świecić. Świecenie to jest szczególni silne w przewężonej części rurki, którą umieszczamy przy szczelinie spektroskopu. Również pary np.: parę rtęci można pobudzić do świecenia w podobny sposób.

Elektron o masie (m) i ładunku (-e) krąży po orbicie kołowej o promieniu (r) wokół niemolowego jądra (protonu) o masie (M) i ładunku (e).

Elektron porusza się pod wpływem centralnej siły elektrostatycznego przyciągania przez proton, której wartość wynosi:

z przyspieszeniem dośrodkowym:

Energia kinetyczna elektronu wynosi:

lub

Energia potencjalna atomu wynosi:

Całkowita energia atomu wynosi:

Całkowita energia równa jest połowie energii potencjalnych:

4. Doświadczenie.

Widmo lampy rtęciowej, służące do wyskalowania spektroskopu.

Lp.	Barwa linii	Intensywność	Położenie na skali	Długość fali
1	Czerwona	średnia		7081,88
2	Czerwona	mocna	28,11	6907,16
3	Czerwona	słaba	27,83	6716,17
4	Pomarańczowa	mocna	26,31	6234,37
5	Pomarańczowa	średnia	25,94	6123,27
6	Pomarańczowa	słaba	25,75	6072,64
7	Żółta	słaba	24,98	5890,16
8	Żółta	mocna	24,56	5790,16
9	Żółta	mocna	24,45	5789,66
10	Zielona	słaba	24,03	5675,86
11	Zielona	mocna	22,94	5460,74
12	Zielona	słaba	22,40	5354,05
13	Seledynowa	słaba	20,38	5045,74
14	Seledynowa	słaba	20,24	5025,64
15	Morska	słaba	19,75	4991,50
16	Morska	mocna	19,41	4916,04
17	Niebieska	mocna	13,99	4358,35
18	Niebieska	słaba	13,84	4347,50
19	Niebieska	bardzo słaba	13,73	4329,00
20	Fioletowa	bardzo słaba	10,54	4108,07
21	Fioletowa	średnia	10,08	4077,81
22	Fioletowa	mocna	9,59	4046,56

Tabela widzialnych linii widm emisyjnych pierwiastka zidentyfikowanego jako Hel.

Lp.	Barwa linii	Intensywność	Położenie na skali	Długość fali	Rzeczywista długość fali
1	Czerwona	mocna	25,64	6020,00
2	Czerwona	słaba	25,45	5990,00
3	Pomarańczowa	słaba	25,28	5930,00
4	Żółta	mocna	25,03	5880,00	5876,00
5	Zielona	średnia	24,75	5830,00
6	Niebieska	słaba	24,31	5730,00
7	Niebieska	średnia	23,84	5640,00
8	Niebieska	średnia	20,23	5040,00	5016,00
9	Niebieska	średnia	19,05	4880,00	4922,00
10	Niebieska	jasna	17,80	4750,00	4713,00
11	Fiołkowa	słaba	15,38	4520,00	4471,00
12	Fioletowa	bardzo mocna	13,68	4370,00

Tabela widzialnych linii widm emisyjnych pierwiastka zidentyfikowanego jako Neon.

Lp.	Barwa linii	Intensywność	Położenie na skali	Długość fali	Rzeczywista długość fali
1	Czerwona	mocna	27,92	6790,00	6929,00
2	Czerwona	mocna	27,80	6720,00	6717,00
3	Czerwona	mocna	27,59	6620,00	6599,00
4	Czerwona	mniej mocna	27,38	6550,00	6533,00
5	Czerwona	mniej mocna	27,31	6500,00	6506,00
6	Czerwona	bardzo mocna	26,96	6390,00	6402,00
7	Czerwona	mniej mocna	26,90	6380,00	6383,00
8	Czerwona	mocna	26,74	6320,00	6334,00
9	Czerwona	słaba	26,64	6300,00	6305,00
10	Czerwona	średnia	26,46	6250,00	6266,00
11	Czerwona	średnia	26,29	6200,00	6217,00
12	Pomarańczowa	bardzo słaba	26,10	6150,00	6163,00
13	Pomarańczowa	mocna	26,02	6140,00	6143,00
14	Pomarańczowa	średnia	25,85	6100,00	6096,00
15	Pomarańczowa	średnia	25,77	6080,00	6074,00
16	Pomarańczowa	słaba	25,60	6020,00	6030,00
17	Żółta	słaba	25,42	5980,00	5975,00
18	Żółta	średnia	25,29	5940,00	5945,00
19	Żółta	słaba	25,03	5880,00	5882,00
20	Żółta	mocna	24,90	5860,00	5852,00
21	Zielona	słaba	24,51	5770,00
22	Niebieska	bardzo słaba	24,19	5710,00
23	Niebieska	bardzo słaba	24,01	5670,00
24	Niebieska	bardzo słaba	23,50	5590,00
25	Niebieska	bardzo mocna	22,68	5440,00
26	Niebieska	średnia	22,33	5380,00	5400,00
27	Niebieska	średnia	22,23	5360,00
28	Fioletowa	bardzo słaba	20,94	5150,00
29	Fioletowa	bardzo słaba	20,66	5120,00
30	Fioletowa	bardzo słaba	20,37	5070,00
31	Fioletowa	średnia	19,04	4890,00

5. Wniosek.

Przeprowadzając doświadczenie analizy widm nieznanych pierwiastków za pomocą spektroskopu i porównując wyniki z tabelami, określiliśmy badane pierwiastki jako Hel i Neon. Podczas wyznaczania długości fali dla poszczególnych pierwiastków posłużyliśmy się wykresem funkcji określającej zależność długości fali do skali spektroskopu. Wykres ten był obarczony błędem systematycznym
wynikającym z podziałki papieru milimetrowego. Ponadto odchylenia od tablicowych wyników spowodowane zostały m.in. brakiem widoczności podziałki w przypadku mniej intensywnych linii widm.

5

5

---