Nr ćwiczenia 304	Data 30.10.2006	Imię i nazwisko Jakub Grabski	Wydział Elektryczny	Semestr I	Grupa A1 nr lab. 1
prowadzący dr Mirosława Bertrandt			przygotowanie	wykonanie	ocena

Badanie widm za pomocą spektroskopu

1. Podstawy teoretyczne

Światło składa się z fal elektromagnetycznych o różnych długościach. Najprostszym sposobem przekonania się o tym jest przepuszczenie światła przez pryzmat lub siatkę dyfrakcyjną, czyli przyrządy powodujące dyspersję, czyli rozszczepienie światła. Gdy światło przechodzi przez pryzmat ulega załamaniu i rozszczepieniu polegającemu na różnych odchyleniu promieni o różnych barwach. Promienie czerwone są odchylone najmniej, a fioletowe najsilniej.

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

.

Po uwzględnieniu, że przybliżona zależność współczynnika załamania od długości fali ma postać:
(gdzie A i B są pewnymi stałymi), zależność dyspersji ośrodka w zależności od długości fali wyraża równanie:

.

Wielkość rozszczepienia zależy nie tylko od dyspersji ośrodka, ale również od kąta padania i kąta łamiącego. Wielkość charakteryzującą rozszczepienie przez dany pryzmat nazywamy dyspersją kątową:

gdzie
jest kątem odchylenia.

Obraz rozszczepionej wiązki na ekranie nazywamy widmem promieniowania danego źródła światła. Ciała stałe w podwyższonej temperaturze emitują promieniowanie o widmie ciągłym, zawierające wszystkie 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 od kilku do kilkudziesięciu długości fal o ściśle określonych wartościach. Widmo liniowe ma postać układu wąskich, barwnych linii (prążków). Każdy pierwiastek ma swoje indywidualne widmo, niepowtarzające się dla żadnego innego pierwiastka. Ta właściwość stanowi podstawę metody identyfikacji pierwiastków na postawie ich widm - analizy widmowej lub spektralnej. Widma wszystkich pierwiastków są znane i podane w specjalnych tablicach.

Do cechowania spektroskopu używa się rurek Geisslera. Są to rurki jarzeniowe, zawierające substancje emitujące znane widma, tj. wodór, hel, neon czy pary rtęci. Są one pobudzane do świecenia wysokim napięciem z cewki Ruhmkorffa.

2. Wyniki pomiarów:

Lampa wzorcowa (rtęciowa):

Kolor linii	natężenie		położenie
Czerwony	słaby	737,2	12,31
Czerwony	słaby	690,7	12,43
Czerwony	mocny	623,4	12,74
Pomarańczowy	słaby	607,2	12,83
Pomarańczowy	słaby	589,0	12,87
Żółty	bardzo mocny	579,1	13,11
Żółty	bardzo mocny	576,9	13,14
Zielonożółty	słaby	546,1	13,22
Zielony	słaby	536,5	13,45
Zielononiebieski	bardzo słaby	504,6	13,99
Zielononiebieski	bardzo słaby	502,6	14,02
Zielononiebieski	mocny	499,1	14,12
Zielononiebieski	bardzo mocny	491,6	14,19
Niebieski	bardzo mocny	435,8	15,32
Niebieski	bardzo słaby	434,7	15,35
Niebieski	bardzo słaby	433,1	15,37
Fioletowy	bardzo słaby	410,8	16,03
Fioletowy	słaby	407,8	16,13
Fioletowy	mocny	404,6	16,23

Rurka nr 1:

Kolor linii	natężenie	położenie
Czerwony	mocny	12,32
Żółty	bardzo mocny	13,02
Niebieskozielony	bardzo mocny	14,02
Niebieskozielony	mocny	14,15
Fioletowy	mocny	14,96

Rurka nr 2:

Kolor linii	natężenie	położenie
Czerwony	bardzo mocny	12,63
Czerwony	mocny	12,65
Czerwony	bardzo mocny	12,68
Czerwony	mocny	12,70
Czerwony	bardzo mocny	12,74
Pomarańczowy	mocny	12,81
Pomarańczowy	bardzo mocny	12,83
Pomarańczowy	mocny	12,86
Pomarańczowy	mocny	12,88
Żółty	słaby	12,92
Żółty	słaby	12,97
Żółty	bardzo mocny	12,99
Żółty	słaby	13,04
Żółty	mocny	13,07
Zielony	słaby	13,50
Zielony	słaby	13,52

Rurka nr 3:

Kolor linii	natężenie	położenie
Czerwony	bardzo mocny	12,52
Niebieski	bardzo mocny	14,27
Fioletowy	bardzo mocny	15,27

3. Obliczenia

Narysowanie krzywej dyspersji:

Odczytanie z wykresu długości fal dla rurek 1,2,3:

Rurka nr 1:

Kolor linii	natężenie	położenie
Czerwony	mocny	12,32	728
Żółty	bardzo mocny	13,02	572
Niebieskozielony	bardzo mocny	14,02	502
Niebieskozielony	mocny	14,15	497
Fioletowy	mocny	14,96	452

Rurka nr 2:

Kolor linii	natężenie	położenie
Czerwony	bardzo mocny	12,63	647
Czerwony	mocny	12,65	644
Czerwony	bardzo mocny	12,68	637
Czerwony	mocny	12,70	633
Czerwony	bardzo mocny	12,74	624
Pomarańczowy	mocny	12,81	610
Pomarańczowy	bardzo mocny	12,83	608
Pomarańczowy	mocny	12,86	601
Pomarańczowy	mocny	12,88	597
Żółty	słaby	12,92	590
Żółty	słaby	12,97	580
Żółty	bardzo mocny	12,99	577
Żółty	słaby	13,04	569
Żółty	mocny	13,07	563
Zielony	słaby	13,50	524
Zielony	słaby	13,52	522

Rurka nr 3:

Kolor linii	natężenie	położenie
Czerwony	bardzo mocny	12,52	672
Niebieski	bardzo mocny	14,27	490
Fioletowy	bardzo mocny	15,27	437

4. Wnioski

Na podstawie porównania otrzymanych wyników i porównania z krzywą dyspersji oraz widmami pierwiastków można sądzić iż w rurce nr 1 znajduje się hel (jego widmo charakteryzuje się małą liczbą prążków ale o mocnym natężeniu), w rurce nr 2 znajduje się neon (jego widmo charakteryzuje się dużą liczbą prążków, szczególnie w kolorze czerwonym), a w rurce nr 3 wodór (jego widmo charakteryzuje się bardzo małą liczbą prążków mocnym natężeniu).

4

---