Ćwiczenie 47

Badanie widma emisyjnego gazów. Wyznaczanie nieznanych długości fal

1. Wymagania do ćwiczenia

1. Równania Maxwella dla płaskiej fali elektromagnetycznej. Równanie różniczkowe fali.

2. Model Bohra atomu wodoru

3. Powstawanie widma emisyjnego

4. Bieg światła w pryzmacie. Zjawisko dyspersji.

5. Zasada działania spektrometru pryzmatycznego

Literatura

1. J.M. Massalski, M. Massalska, Fizyka dla inżynierów t. 2, WNT, Warszawa 1975

2. I.W. Sawieliew, Wykłady z fizyki, t. 3, Wydawnictwo Naukowe PWN 1994, str. 57 - 74,

1. Metodologia wykonania pomiarów

Spektrometr pryzmatyczny

Spektrometr pryzmatyczny jest urządzeniem służącym do pomiaru długości fali widma. Jeśli układ skonstruowany jest tak, że widmo można obserwować gołym okiem, to nazywamy go spektroskopem, jeśli widmo rejestrowane jest np. na kliszy fotograficznej - spektrografem. Konstrukcje spektrografów mogą być różnorodne. Ten zastosowany w ćwiczeniu składa się z trzech pryzmatów: na dwóch zachodzi dyspersja (P1, P2), trzeci (P3) służy do zmiany kierunku promieni.

Pryzmat P3 połączony jest z bębnem spektrografu w taki sposób, że obrót bębna powoduje równię jego obrót wokół osi przechodzącej przez środek pryzmatu. Sprężyna S powoduje likwidację ewentualnych luzów na gwincie śruby powodującej obrót pryzmatu.

Położenie wybranej linii widmowej o danej barwie (długości) wyznaczamy ustawiając tę linię na wskazówkę widoczną w polu okularu lunety. Położenie danej linii odczytujemy na skali znajdującej się na bębnie spektrografu.

Zależność położenia danej linii od długości fali jest charakterystyczna dla danego spektroskopu i nosi nazwę krzywej dyspersji spektroskopu.

Przyrządy: spektroskop, transformator, rurki Plückera wypełnione różnymi gazami

1. Rurkę Plückera wypełnioną helem włożyć w uchwyt, połączyć z transformatorem zasilającym rurkę.

Uwaga: Napięcia uzyskiwane w transformatorze są rzędu kV. Należy więc zachować szczególną ostrożność i nie dotykać części nieosłoniętych rurki i cewki. Czynności te należy wykonać w obecności osoby prowadzącej zajęcia.

2. Ustawić rurkę tak, aby w obiektywie spektroskopu uzyskać intensywne widmo liniowe. Jeśli dodatkowo oświetlimy szczelinę Sz światłem białym, to uzyskamy widmo liniowe na tle widma ciągłego.

3. W celu wyskalowania spektrometru przeprowadzić pomiar położenia L_He na skali spektrometru wszystkich widocznych linii widmowych helu.

4. Dla wybranej linii widmowej pomiar położenia powtórzyć 10-krotnie.

5. Zamienić rurkę Plückera na wypełnioną gazem dającym inne widmo liniowe i wskazaną przez prowadzącego zajęcia. Odczytać w analogiczny sposób jak w p. 3 położenie L linii widmowych.

6. Wyniki pomiarów wpisać do tabeli

Lp.	LHe	λHe	L
	[-]	[nm]	[-]	[nm]

2. Obliczenia

1. Na podstawie pomiarów przeprowadzonych w p. 4 wyliczyć odchylenie standardowe u(L_He).

2. Wykreślić zależność
   . Długości fali dla widma helu podane są w tabeli poniżej.

3. Przeprowadzić próbę dopasowania funkcji drugiego stopnia do punktów pomiarowych dla helu, wykorzystując w tym celu program ORIGIN lub EXCEL.

4. Wyznaczyć długości fal badanego widma. Wyznaczyć niepewność u(λ).

Długość fali najsilniejszych linii widzialnych widma emisyjnego helu

λHe [μm]	Barwa	natężenie
0,7065 0,6678 0,5876 0,5411 0,5047 0,5015 0,4921 0,4685 0,4471 0,4387	czerwona czerwona żółta żółto-zielona zielona zielona zielono-niebieska niebieska fioletowa fioletowa	słaba silna bardzo silna bardzo słaba słaba silna umiarkowana silna silna bardzo słaba

2

---