SPRAWOZDANIE Z ĆWICZENIA: BADANIE WIDM OPTYCZNYCH

I. Wstęp .

Widmo optyczne jest to obraz uzyskany w wyniku rozszczepienia promieniowania optycznego na składowe o różnych długościach fali, a także skład widmowy tego promieniowania.

Rodzaje widm:

1. Emisyjne - (widmo światła emitowanego przez daną substancję) w obszarze widzialnym ma postać jasnych, barwnych prążków (widmo optyczne liniowe) lub pasm (widmo optyczne pasmowe) na ciemnym tle, albo zespołu barw przechodzących płynnie (od czerwieni do fioletu) jedna w drugą (widmo optyczne ciągłe).

2. Liniowe - wytwarzają pobudzone do świecenia jednoatomowe pary i gazy; widmo optyczne liniowe jest związane ze strukturą elektronową atomu oraz występującymi w nim oddziaływaniami i charakteryzuje atomy pierwiastka emitującego to promieniowanie.

3. Pasmowe - składają się z wielu bardzo gęsto rozmieszczonych linii widmowych, które zlewają się w pasma ostro ograniczone z jednej, a rozmyte z drugiej strony. Są one charakterystyczne dla cząsteczek chemicznych, a ich skomplikowany charakter jest związany z budową cząsteczek (emisja promieniowania wynika nie tylko ze zmiany energii elektronów, lecz ze zmiany energii ruchów oscylacyjnych atomów w cząsteczce oraz ruchów obrotowych — rotacyjnych — cząsteczki jako całości).

4. Ciągłe - wytwarzają pobudzone do świecenia ciała stałe, ciekłe i gazy pod dużym ciśnieniem (dla ciał tych w wyniku poszerzenia, spowodowanego oddziaływaniami wzajemnymi, linie widmowe zachodzą na siebie) oraz swobodne atomy i cząsteczki, gdy zachodzą procesy fotojonizacji, rekombinacji, fotodysocjacji i asocjacji.

5. Absorpcyjne - powstają w wyniku pochłaniania przez ciało, przez które przechodzi promieniowanie o widmie optycznym ciągłym, fal o określonych długościach i w obszarze widzialnym, ma postać ciemnych prążków (lub pasm) na tle ciągłego widma optycznego emisyjnego. Dla atomów i prostych cząsteczek lokalizacja linii absorpcyjnych pokrywa się z odpowiednimi liniami emisyjnymi. Przykładem widma optycznego absorpcyjnego jest widmo Słońca.

W celu uzyskania widma promieniowania emitowanego przez świecące ciało należy zastosować element rozszczepiający światło (np. pryzmat), po przejściu przez który promieniowanie ulega rozszczepieniu na poszczególne barwy. Promień światła białego padający na ściankę pryzmatu rozszczepia się na barwy składowe, ponieważ współczynniki załamania (prędkość światła) różnych barw są różne (zjawisko dyspersji, rysunek poniżej) .

II. Cel ćwiczenia.

1. Sporządzenie krzywej dyspersji liniowej- cechowanie spektroskopu.

2. Badanie widm emisyjnych różnych substancji.

III. Przebieg ćwiczenia i wyniki pomiarów.

1. Wyznaczanie krzywej dyspersji spektroskopu.

Do wykonania pomiaru użyto spektroskopu oraz lampy spektralnej rtęciowej jako źródło światła rozszczepianego, ponieważ widmo tej lampy jest dobrze znane. Wyniki pomiarów przestawia Tabela 1.

Tabela 1.

Barwa linii widmowej	Długość fali λ [nm]	Wartość podziałki na skali [cm]
Czerwona I	612,3	0
Czerwona II	607,3	0,2
Pomarańczowa	589,0	1
Żółta I	579,1	1,7
Żółta II	577,0	1,8
Zielona	546,1	3,5
Zielono-błękitna	491,6	7,5
Niebieska	435,8	14
Fioletowa	407,8	19,5

2. Badanie widm emisyjnych różnych gazów.

W celu wykonania pomiarów w miejsce lampy rtęciowej z poprzedniego ćwiczenia ustawiamy rurki Geisslera z różnymi gazami. W naszym ćwiczeniu były to: Ar, Hel i Neon.

Tabela 2: Ar

Barwa linii widmowej	Położenie na skali podziałki [cm]	Długość fali λ [nm]
Czerwona I	0	612,3
Czerwona II	0,3	603
Pomarańczowa	3,3	549,5
Żółta	3,9	540
Zielona I	5,2	520
Zielona II	5,4	517
Zielona III	5,6	514,5
Zielona IV	6	509,5
Niebieska	8	485,5
Fioletowa I	14,5	432,8
Fioletowa II	17	416,5
Fioletowa III	18	410,5
Fioletowa IV	19,5	407,8

Tabela 3: Hel

Barwa linii widmowej	Położenie na skali podziałki [cm]	Długość fali λ [nm]
Czerwona I	0	612,5
Czerwona II	1	589,0
Pomarańczowa	2,4	566
Żółta	4	538,5
Zielona jasna	5,8	511,5
Zielona	9,3	482,5
Zielono-błękitna	10	466
Niebieska	12,1	449
Fioletowa	15	429

Tabela 3: Neon

Barwa linii widmowej	Położenie na skali podziałki [cm]	Długość fali λ [nm]
Czerwona I	1,3	583
Czerwona II	1,9	575
Pomarańczowa I	2,8	559
Pomarańczowa II	3,1	553
Żółta I	3,6	545
Żółta II	4	538,5
Zielona I	6,5	503
Zielona II	8	485,5
Niebieska	10,7	460

Długość fali w powyższych tabelach została odczytana z krzywej dyspersji z poprzedniego podpunktu. Wyniki pomiarów przestawione są w poniższych tabelach.

IV. Wnioski

---