Politechnika Szczecińska
Instytut Fizyki
ĆWICZENIA LABORATORYJNE Z FIZYKI
wydział: WTM
kierunek: Informatyka
imię i nazwisko: Jarosław Borek
grupa dziekańska: 27
zespół numer: 1
doświadczenie numer 407
Analiza widmowa
Analiza widmowa jest jedną z metod badania promieniowania wysyłanego przez ciała. Promieniowanie to jest najczęściej niejednorodne, tzn. składa się z wiązek o różnych długościach fal. Można się o tym przekonać przepuszczając badane światło przez układ optyczny spektroskopu. Zasadniczą częścią tego układu jest urządzenie dokonujące analizy badanego światła. W naszym przypadku jest to pryzmat.
W pryzmacie światło ulega rozszczepieniu, tzn. że pryzmat rozkłada badane światło niemonochromatyczne na poszczególne wiązki monochromatyczne. Dzieje się tak dlatego, że prędkość rozchodzenia się fal świetlnych w danym ośrodku, a stąd i wartość bezwzględnego współczynnika załamania `n', zależy od długości fali świetlnej.
Zależność ta da się przedstawić za pomocą wzoru Cauchy'ego:
gdzie:
n - współczynnik załamania światła o danej długości fali,
λ - długość fali,
A, B - stałe charakterystyczne dla danego ośrodka.
Kąt, o jaki ulega odchyleniu światło w pryzmacie, zależy od współczynnika załamania światła, a więc pryzmat odchyla wiązki światła zależnie od długości fali. Szereg barwnych obrazów szczeliny, powstałych w
omawianym układzie optycznym w wyniku rozszczepienia światła badanego, nazywamy widmem.
Istnieją zasadniczo dwa rodzaje widm: emisyjne i absorbcyjne. Ze względu na wygląd można je podzielić na: ciągłe, pasmowe i liniowe.
Widma emisyjne - światło wysyłane przez ciało świecące trafia bezpośrednio do układu rozszczepiającego.
Widma ciągłe - otrzymujemy wstęgę barwną, w której nie da się wyodrębnić poszczególnych linii odpowiadających danym długościom fal ( rozżarzone ciała stałe, ciekłe i gazy pod wysokim ciśnieniem ).
Widma pasmowe - szereg jasnych smug ( pasm ), posiadających wyraźne brzegi od strony krótkofalowej lub długofalowej ( pobudzone do świecenia drobiny związków chemicznych ).
Widma liniowe - oddzielne , wyraźne linie rozłożone w sposób prawidłowy i tworzący tzw. serie widmowe ( pobudzone do świecenia gazy i pary jednoatomowe ).
Widma absorbcyjne - na drodze światła pochodzącego ze źródła dającego widmo ciągłe umieszczone jest ciało absorbujące ( gaz lub para ) o odpowiednio niższej temperaturze niż źródło światła. W widmie ciągłym pojawiają się ciemne linie w dokładnie tym samym miejscu gdzie znajdowały by się linie świecącego tylko ciała
absorbującego.
Kolejność czynności:
I. Wykreślenie krzywej dyspersji:
1) Włączyć do obwodu wzorcowe źródło światła ( rurka jarzeniowa z parą rtęci ),
2) Ustawić spektroskop tak, aby w lunetce zobaczyć widmo,
3) Ustawić szczelinę kolimatora tak, by poszczególne prążki były dostatecznie wąskie i wyraźne,
4) Oświetlić skalę, aby uzyskać jasny jej obraz na tle widma,
5) Odczytać położenia linii widmowych na tle skali,
6) Dla każdej linii wypisać z tabeli widm odpowiednie długości fal i wykreślić krzywą dyspersji odkładając na osi
rzędnych długość fal linii, a na osi odciętych - ich położenie na skali.
II. Wyznaczanie długości fal emitowanych przez badane źródło światła:
1) Włączyć do obwodu badaną rurkę Geisslera i ustawić ją przed szczeliną kolimatora,
2) Odczytać na skali położenie badanego widma,
3) Z krzywej dyspersji odczytać długości fal widma badanego korzystając z ich położenia na skali spektroskopu.
Uwaga:
Konieczne jest możliwie najdokładniejsze wykreślenie krzywej dyspersji.
Tabelaryczne zestawienie wyników przeprowadzonego doświadczenia:
numer próbki |
kolor prążka |
położenie na skali [mm] |
długość fali [nm] |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
fiol. C (*) |
38 |
407,78 |
|
|
fiol. G (**) |
61 |
435,83 |
|
I. |
ziel. C |
87 |
491,61 |
|
WZORZEC |
ziel. G |
104 |
546,07 |
(***) |
|
żół. |
110,5 |
576,96 |
|
|
żół. |
111 |
579,07 |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
fiol. |
60,5 |
|
|
II. |
ziel. C |
80 |
|
|
|
ziel. G |
103,5 |
|
|
|
czerw. |
124 |
|
|
|
fiol. C |
67,5 |
|
|
|
fiol. G |
80 |
|
|
|
ziel. C |
88 |
|
|
III. |
ziel. G |
91,5 |
|
|
|
żół. |
114 |
|
|
|
czerw. G |
127 |
|
|
|
czerw. C |
131,5 |
|
(****) |
|
fiol. |
80 |
|
|
|
ziel. C |
101,5 |
|
|
|
ziel. G |
103 |
|
|
|
żół. C |
113,5 |
|
|
IV. |
żół. G |
115 |
|
|
|
pom. C |
118 |
|
|
|
pom. G |
119 |
|
|
|
czerw. C |
123 |
|
|
|
czerw. G |
124,5 |
|
|
Legenda:
(*) - prążek cienki - C
(**) - prążek gruby - G
(***) - wyniki odczytane tabeli widm
(****) - wyniki odczytane z wykresu krzywej dyspersji wykreślonej poniżej