47, Spektroskop sprawozdanie, POLITECHNIKA WROC�AWSKA

1. Opis zjawiska fizycznego.

Widmo optyczne , inaczej spektrum, to obraz otrzymany w wyniku rozszczepienia promieniowania polichromatycznego na skadowe o r�nych dugociach fal. Widmo wiata emitowanego przez dan substancj ma posta jasnych, barwnych prk�w, kolorowych pasm lub zespou barw. Widmo zoone z barwnych ostrych prk�w to widmo emisyjne liniowe, za kady z takich prk�w to linia widmowa. Kadej linii widmowej odpowiada okrelona dugo fali, a co za tym idzie take warto energii emitowanych foton�w. Powstanie widma emisyjnego wie si ze struktur wieccego atomu. Energia elektron�w jest skwantowana, czyli przybiera cile okrelone (dyskretne) wartoci. Atom znajdujc si w stanie podstawowym nie wypromieniowuje energii. Kiedy jednak zostanie pobudzony do wiecenia, cz elektron�w przechodzi do stanu wyszego ni stacjonarny. Po kr�tkim czasie powraca do stanu pocztkowego wysyajc przy tym energi w postaci fali wietlnej.

Widma emisyjne charakteryzuj si:

Dla gaz�w prostych atom�w - widmo emisyjne przyjmuje czsto form serii dobrze rozseparowanych czstotliwoci, kt�re spektrometry rejestruj w formie prk�w. Ukad tych prk�w jednoznacznie wskazuje na obecno okrelonego pierwiastka w gazie i jest nazywany widmem atomowym. Umoliwia to m.in. ustalanie na podstawie widm emisyjnych skadu pierwiastkowego odlegych cia niebieskich.

Dla cia staych i cieczy - widmo emisyjne jest cige.

Dla gaz�w atom�w o zoonej budowie daj widmo pasmowe czyli skadajce si z pas�w.

2.Spektometr.

Spektrometr pryzmatyczny jest urzdzeniem sucym do pomiaru dugoci fali widma. Jeli ukad skonstruowany jest tak, e widmo mona obserwowa goym okiem, to nazywamy go spektroskopem, jeli widmo rejestrowane jest np. na kliszy fotograficznej - spektrografem. Konstrukcje spektrograf�w mog by r�norodne. Ten zastosowany w wiczeniu skada si z trzech pryzmat�w: na dw�ch zachodzi dyspersja (P1, P2), trzeci (P3) suy do zmiany kierunku promieni.

0x01 graphic

Pryzmat P3 poczony jest z bbnem spektrografu w taki spos�b, e obr�t bbna powoduje r�wni jego obr�t wok� osi przechodzcej przez rodek pryzmatu. Spryna S powoduje likwidacj ewentualnych luz�w na gwincie ruby powodujcej obr�t pryzmatu.

Pooenie wybranej linii widmowej o danej barwie (dugoci) wyznaczamy ustawiajc t lini na wskaz�wk widoczn w polu okularu lunety. Pooenie danej linii odczytujemy na skali znajdujcej si na bbnie spektrografu.

Zaleno pooenia danej linii od dugoci fali jest charakterystyczna dla danego spektroskopu i nosi nazw krzywej dyspersji spektroskopu.

3. Przebieg wiczenia.

Rurk Pl�ckera wypenion helem woy w uchwyt, poczy z transformatorem zasilajcym rurk.

Uwaga: Napicia uzyskiwane w transformatorze s rzdu kV. Naley wic zachowa szczeg�ln ostrono i nie dotyka czci nieosonitych rurki i cewki. Czynnoci te naley wykona w obecnoci osoby prowadzcej zajcia.

Ustawi rurk tak, aby w obiektywie spektroskopu uzyska intensywne widmo liniowe. Jeli dodatkowo owietlimy szczelin Sz wiatem biaym, to uzyskamy widmo liniowe na tle widma cigego.

W celu wyskalowania spektrometru przeprowadzi pomiar pooenia L_He wszystkich widocznych linii widmowych helu.

Dla wybranej linii widmowej pomiar pooenia powt�rzy 10-krotnie.

Zamieni rurk Pl�ckera na wypenion gazem dajcym inne widmo liniowe i wskazan przez prowadzcego zajcia. Odczyta w analogiczny spos�b jak w p. 3 pooenie L linii widmowych.

4. Pomiary.

Aby spektroskop m�g by wykorzystany do pomiar�w ilociowych potrzebne jest jego wyskalowanie. W celu wyskalowania spektroskopu naleao odczyta na skali pooenie kadej linii widma wzorcowego (He). Emiterem wiata bya rurka Pluckera wypeniona helem. Posugujc si tabel zidentyfikowalimy dugoci fal odpowiadajce poszczeg�lnym liniom widma. Natenie zostao oszacowane subiektywnie. Otrzymane wyniki zestawione zostay w tabeli charakteryzujcej barw, natenie, odpowiedni dugo fali oraz pooenie na skali. Korzystajc z wynik�w wykrelona zostaa krzywa skalowania spektroskopu .

L.p.	Dugo fali [um]	Pomiar	Barwa	Natenie
1	0,4387	65,7	fioletowa	b. saba
2	0,4471	72,2	fioletowa	silna
3	0,4685	87,7	niebieska	silna
4	0,4921	98,7	ziel.-niebies.	umiarkowana
5	0,5015	103,2	zielona	silna
6	0,5047	104,6	zielona	saba
7	0,5411	129,2	�to-zileona	b. saba
8	0,5876	133,6	�ta	b. silna
9	0,6678	150,7	czerwona	silna
10	0,7065	156,6	czerwona	saba

5. Dyskusja bd�w.

Podczas skalowania spektroskopu naleao zwr�ci szczeg�ln uwag na to, eby prki otrzymanego widma He byy wskie i ostre. Naley wspomnie o tym, e niedokadno pomiar�w moe wypywa z niedoskonaoci przyrzd�w. Dlatego dla ustalenia ewentualnego bdu pomiaru obliczamy odchylenie standardowe u(L_He) dla 10 pomiar�w wartoci L dla linii czerwonej sabej o dugoci fali 0,7065 m.

L.p.	Pomiar L
1	156,6
2	158,4
3	158,4
4	156,6
5	156,8
6	157,4
7	157,3
8	157,7
9	157,3
10	157,5

5. Obliczenia.

Na podstawie pomiar�w przeprowadzonych w p. 4 wyliczy odchylenie standardowe u(L_He).

Wykreli zaleno
.

Dopasowa funkcj drugiego stopnia do punkt�w pomiarowych dla helu, wykorzystujc w tym celu program ORIGIN lub EXCEL.

Wyznaczy dugoci fal badanego widma. Wyznaczy niepewno u().

Ad.1.

Wyniki pomiaru L dla =0,7065 m	Li-Lr	[Li-Lr]^2
156,6	-0,8	0,64
158,4	1	1
158,4	1	1
156,6	-0,8	0,64
156,8	-0,6	0,36
157,4	0	0
157,3	-0,1	0,01
157,7	0,3	0,09
157,3	-0,1	0,01
157,5	0,1	0,01
rednia Lr		Odchylenie standardowe ze wzoru *]
157,4		0,396339