Nr ćwicz. 304	Data: 12.11.97	Arkadiusz Sitek	Wydział Elektryczny	Semestr: I	Grupa: T4
prowadzący: prof. dr hab. Danuta Wróbel					Przygotowanie:	Wykonanie:	Ocena ostat.:

Temat: Badanie widm za pomocą spektroskopu.

Światło emitowane przez dowolne źródło promieniowania składa się z fal elektromagnetycznych o różnych długościach. Możemy się o tym przekonać wykorzystując pryzmat - przyrząd posiadający zdolność dyspersji, czyli rozszczepienia światła. Gdy światło białe, po przejściu przez wąską podłużną szczelinę, pada na pryzmat, ulega dwukrotnie załamaniu na ściankach łamiących oraz rozszczepieniu barwnemu polegającemu na różnym odchyleniu promieni o różnych barwach. Promienie czerwone odchylane są najmniej, a fioletowe najsilniej.

Rozszczepienie jest bezpośrednim następstwem faktu, że współczynnik załamania zależy od długości fali. Dyspersją ośrodka nazywamy pochodną współczynnika załamania względem długości fali

.

Wielkość tę możemy przedstawić w postaci funkcyjnej, gdyż znana jest przybliżona zależność współczynnika załamania od długości fali, Ma ona dla ciał przezroczystych postać

gdzie A i B są pewnymi stałymi.

Uwzględniając powyższe znajdujemy, że dyspersję ośrodka w zależności od długości fali wyraża się wzorem

Widzimy, że dyspersja ośrodka wzrasta szybko, gdy długość fali maleje.

Wielkość rozszczepionej przez pryzmat zależy nie tylko od dyspersji ośrodka, lecz również od kąta padania i kąta łamiącego. Wielkością charakteryzującą rozszczepienie dla danego pryzmatu jest dyspersją kątową pryzmatu

,

gdzie
jest kątem odchylania.

Obraz rozszczepionej wiązki na ekranie nazywamy widmem promieniowania danego źródła światła. Ciała stałe w podwyższonej temperaturze emitują promieniowanie o widmie ciągłym, zawierającym wszystkie możliwe długości fal.

Gazy dwuatomowe i bardziej złożone. pobudzone do świecenia, emitują długości fal z pewnych przedziałów, dając widmo pasmowe.

Gazy jednoatomowe oraz pary ciał stałych promieniują widmo liniowe, w którym występuje zespół kilku do kilkudziesięciu długości fal o ściśle określonych wartościach.

Do badania widm używa się spektroskopów , w których elementem rozszczepiającym światło jest siatka dyfrakcyjna lub pryzmat.

Widmo absorpcyjne - układ ciemnych pasm (dla ciał stałych i cieczy) lub linii (dla gazów).

Fotoluminescencja - niektóre ciała można pobudzić do świecenia przez naświetlanie ich z innego źródła. Ten rodzaj świecenia nazywamy fotoluminescencją.

Reguła Stokesa - badając widmo luminescencji dla tej samej substancji można zauważyć, że to ostatnie jest przesunięte bardziej w stronę fal długich. Ta prawidłowość nosi nazwę reguły Stokesa i może być wytłumaczona na bazie zasady zachowania energii. Kwant promieniowania pochłoniętego ma energię , która nie może być mniejsza od energii kwantu promieniowanego, gdyż światło pochłonięte jest źródłem energii dla procesu emisji:

Biorąc pod uwagę związek , otrzymamy nierówność: która wyraża właśnie regułę Stokesa

Przebieg ćwiczenia:

1. Oświetlić lampę kolimatora lampą wzorcową.

2. Odczytać położenie linii widmowych na skali przyrządu i z tablicy znaleźć odpowiadające im długości fali.

3. Na papierze milimetrowym wykreślić krzywą dyspersji.

4. Zbadać widmo lampy. Podać, jakim gazem jest wypełniona.

Informacje dodatkowe:

1. Spektroskop został zastąpiony monochromatorem.

2. Krzywą dyspersji monochromatora wykreślamy dla znanego widma. Wartość s odczytujemy na śrubie mikrometrycznej monochromatora, gdy linia widma znajduje się na przecięciu nici pajęczych okularu.

3. Długość fal widma lampy wzorcowej:

kolor	l [nm]	S [cm^-1]
czerwona słaba	772.8	12940
czerwona słaba	737.2	13656
czerwona słaba	690.7	14489
czerwona mocna	623.4	16041
czerwona słaba	612.3	16332
pomarańczowa słaba	607.2	16469
pomarańczowa słaba	589.0	16978
żółta bardzo mocna	579.1	17268
żółta bardzo mocna	576.9	17334
żółto zielona b. słaba	567.5	17618
zielona b. Mocna	546.1	18312
niebiesko - zielona słaba	536.5	18639
niebieska b. słaba	504.6	19818
niebieska b. słaba	502.6	19897
niebieska mocna	499.1	20036
niebieska b. mocna	491.6	20342
niebieska b. mocna	435.8	22946
niebieska b. słaba	434.7	23004
niebieska b. słaba	433.1	23089
fioletowa słaba	407.8	24552
fioletowa mocna	404.6	24716

---