Pracownia Zakładu Fizyki Technicznej Politechniki Lubelskiej

Nazwisko i imię studenta: Paweł Łysak						Symbol grupy: WT 3.2
Data wyk. ćwiczenia : 1996-12-18		Symbol ćwiczenia: 11.1		Temat zadania: Skalowanie staloskopu i analiza jakościowa stopów metali
	ZALICZENIE			Ocena:	Data:	Podpis:

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z budową i zasadą działania staloskopu oraz zasady dokonywania pomiarów za pomocą tego urządzenia.

2. Podstawy teoretyczne:

Ciała stałe, ciekłe lub gazowe pobudzone do świecenia wysyłają promieniowanie widzialne. Promieniowanie takie można traktować jako falę elektromagnetyczną charakteryzującą się odpowiednią częstotliwością υ drgań wektora elektrycznego i magnetycznego w czasie, lub długością λ w przestrzeni.

Przepuszczając światło przez pryzmat lub siatkę dyfrakcyjną otrzymujemy widma promieniowania. Najogólniej widma promieniowania dzielimy na: emisyjne i absorpcyjne. Widma emisyjne obserwujemy wtedy, gdy światło wysyłane przez ciało promieniujące trafia bezpośrednio do spektrometru. Widmo absorpcyjne powstaje wówczas, gdy światło biegnące ze źródła przechodzi przez ośrodek (np. przez grubą warstwę gazu) i następnie trafia do spektrometru.

Wśród widm zarówno emisyjnych jak i absorpcyjnych wyróżniamy: widma ciągłe, liniowe i pasmowe.

Widma ciągłe mają postać barwnej wstęgi, w której nawet przy bardzo dużym rozszczepieniu nie możemy wyodrębnić poszczególnych linii odpowiadającym danym długościom fali.

Widma pasmowe składają się z szeregu jasnych pasm posiadających wyraźne granice od strony krótkofalowej do długofalowej. Widma pasmowe składają się z dużej ilości blisko siebie położonych linii, zagęszczających się w stronę każdego pasma.

Widma liniowe utworzone są z oddzielnych linii ułożonych w sposób prawidłowy w tak zwane serie widmowe.

Na podstawie znajomości linii widmowych i długości fal im odpowiadających można stwierdzić jakiemu pierwiastkowi odpowiada promieniowanie tworzące to widmo. Jest to tak zwana analiza spektralna.

Według teorii Bohra energia elektronu w atomie wodoru lub jonie wodoropodobnym na orbicie, którą określa n-główna liczba kwantowa, wyraża się wzorem:

Zgodnie z III postulatem Bohra przejście elektronu z orbity wyższej na niższą wiąże się z emisją fotonu o energii:

Z powyższych zależności otrzymujemy wzór na długość fali emitowanego fotonu:

, gdzie

λ - długość emitowanej fali świetlnej,

ν - jej częstotliwość,

c - prędkość światła w próżni,

- masa elektronu,

- masa jądra,

h - stała Plancka,

- stała dielektryczna próżni,

e - ładunek elektronu,

R - stała Rydberga,

Z - liczba protonów w jądrze,

- powłoka na którą elektron powraca,

- powłoka na której elektron przebywa w stanie wzbudzonym atomu.

Współczynnik załamania światła w pryzmacie n wynosi:

A, B, C - są stałymi charakterystycznymi dla poszczególnych substancji.

Dyspersja kątowa pryzmatu wynosi:

Inną ważną wielkością charakteryzującą pryzmat jest zdolność rozdzielcza, która opisana jest zależnością:

-oznacza najmniejszą różnicę długości fal pomiędzy dwiema długościami fal λ₁ i λ₂ , które zostaną jeszcze rozdzielone w pryzmacie;

3. Opis ćwiczenia:

W ćwiczeniu do pomiarów spektroskopowych używany jest - przystosowany do analizy jakościowej stopów metali - spektrometr zwany staloskopem.

Źródłami do analizy widmowej są zwykle: płomień, iskra lub łuk elektryczny.

W badaniach widm emisyjnych metali najczęściej stosuje się wyładowania iskrowe. Najprostszy obwód iskry składa się z transformatora Tr zasilanego z sieci 220V poprzez zmienny opór R. W obwodzie wtórnym równolegle do uzwojenia, w którym wzbudza się napięcie kilku tysięcy woltów, podłączony jest kondensator C. ładowany prądem zmiennym kondensator C, rozładowywany jest poprzez przerwę iskrową Ł.

W

Tr 220V C Ł R

4. Przeprowadzone pomiary:

Lp	Rodzaj elektrod	Barwa linii	położenie w jednym kierunku	linii w przeciwnym	na skali średnie	Długość fali λ[nm]	Błąd względny δ[%]
1.	Kadm	1-CZERWONA 2-ŻÓŁTA 3-ŻÓŁTA 4-ZIELONA 5-ZIELONA 6-ZIELONA 7-NIEBIESKA 8-NIEBIESKA 9-FIOLETOWA	0.30 0.675 0.68 1.17 1.22 1.55 2.02 2.26 2.89	0.30 0.675 0.68 1.17 1.22 1.55 2.02 2.26 2.89	0.30 0.675 0.68 1.17 1.22 1.55 2.02 2.26 2.89	643.84 589.59 588.99 537.89 533.00 508.58 479.99 467.81 441.46	0.49
2.	Miedź	1-CZERWONA 2-POMARAŃ. 3-ŻÓŁTA 4-ZIELONA 5-ZIELONA 6-ZIELONA 7-ZIELONA 8-ZIELONA 9-NIEBIESKA 10-FIOLET	0.280 0.64 0.770 0.860 0.870 1.370 1.460 1.520 1.670 2.360	0.280 0.64 0.770 0.860 0.870 1.370 1.460 1.520 1.670 2.360	0.280 0.64 0.770 0.860 0.870 1.370 1.460 1.520 1.670 2.360	648.41 595.20 581.40 571.82 571.00 523.40 517.00 511.21 506.40 470.20	0.53

Wyniki dla miedzi odczytujemy na podstawie wykresu wzorcowego (dla kadmu).

5. Rachunek błędu:

Przyjmujemy, że na błąd pomiaru w tym ćwiczeniu mają wpływ: zdolność rozdzielcza staloskopu :, dokładność nastawienia bębna skali s na środek linii: , i dokładność sporządzenia wykresu krzywej dyspersyjnej: .

Całkowity błąd bezwzględny będzie równy: .

Mając wartość i zmierzoną długość fali λ dla jednego z pomiarów, obliczamy błąd względny pomiaru:

%. - dla miedzi (pomarańcz).

%. - dla kadmu (czerwony).

---