Nr ćwiczenia: 11	Temat ćwiczenia: Poziomy energetyczne atomu wodoru. Stała Rydberga	Ocenia z teorii:
Nr zespołu: 6	Imię i nazwisko: Michał Koczur	Ocena z zal. ćwiczenia:
Data: 02.04.2007	wydział: EAIiE rok: I grupa: 2	Uwagi:

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest analiza spektralna światła emitowanego przez atomy wodoru, odtworzenie układu stanów energetycznych oraz wyznaczenie energii jonizacji atomu wodoru.

II. Wymagane wiadomości teoretyczne

• siatka dyfrakcyjna - jeden z najprostszych przyrządów do przeprowadzania analizy widmowej. Tworzy ją układ równych, równoległych i jednakowo rozmieszczonych szczelin. Jest instrumentem pozwalającym wyznaczyć długość fal świetlnych. Prążki jasne powstają dla kątów αn spełniających warunek:

dsin(αn) = nλ

• Widmo spektroskopowe to zarejestrowany obraz promieniowania rozłożony na częstotliwości, długości fali lub energii, które zostało wyemitowane albo weszło w kontakt z analizowaną substancją, przeszło przez nią lub zostało przez nią odbite. Widma są w stanie dostarczyć szeregu cennych informacji o analizowanej substancji. Klasyfikacja widm:

• ze względu na wygląd widma

o widmo ciągłe - ma postać ciągłego obszaru lub szerokich pasów (widmo o składowych, występujących w sposób ciągły wzdłuż skali częstotliwości),

o widmo liniowe - ma postać oddzielnych linii na pasku widmowym; typowo występuje dla atomów gazów rozrzedzonych,

• ze względu na sposób powstania

o widmo emisyjne - powstaje w wyniku emisji promieniowania przez ciało

o absorpcyjne - powstaje w wyniku oddziaływania (przejścia lub odbicia) fali o widmie zazwyczaj ciągłym z substancją.

• Seria Balmera - seria widm powstająca w wyniku emisji fotonów przez elektron w atomie wodoru przechodzący z wyższego orbitalu na orbital 2 (seria L). Długości fal tej serii to od 364,60 nm do 656,28 nm. Znajdują się one w bliskim nadfiolecie oraz w zakresie światła widzialnego (bezpośrednio widoczne są linie - czerwona (Hα), niebiesko-zielona (Hβ) i dwie fioletowe (Hγ i Hδ)).

• Wzór Rydberga (Rydberga-Ritza) - w fizyce atomowej wzór opisujący wszystkie długości fal w widmie liniowym wodoru (serie widmowe), później rozszerzony też na niektóre serie innych pierwaistków w stanie gazowym.

• 
  Model atomu Bohra - teoria sformułowana w 1913 roku przez N. Bohra dla atomu wodoru, oparta na planetarnym modelu atomu Rutherforda, zakładającym istnienie dodatnio naładowanego jądra i krążącego wokół niego po orbicie kołowej elektronu, przy czym w celu usunięcia pewnych sprzeczności związanych z tym modelem - wyzyskująca ideę teorii kwantów Plancka. U podstaw teorii atomu Bohra leżą tzw. postulaty Bohra głoszące, że:
  1. Atom nie wypromieniowuje energii, jeżeli elektron porusza się po orbicie, na której jego kręt jest całkowitą wielokrotnością h / 2π (są to tzw. orbity dozwolone, stacjonarne);
  2. Emisja promieniowania następuje wówczas, gdy elektron w atomie przeskakuje z dalszej na bliższą jądra dozwoloną orbitę;
  3. Kwant emitowanego promieniowania v = (E2-E1) / h, gdzie E1 i E2 - energie elektronu odpowiednio na bliższej i dalszej orbicie.

n1	n2	Nazwa	Granica serii	Położenie
1		seria Lymana	91nm	ultrafiolet
2		seria Balmera	365nm	światło widzialne
3		seria Paschena	821nm	podczerwień
4		seria Bracketta	1459nm
5		seria Pfunda	2280nm
6		Seria Humpreysa	3283nm

III. Wyposażenie stanowiska

Lampy spektralne: hel i wodór, uchwyt do lamp spektralnych, zasilacz wysokiego napięcia 0 - 10 kV, statyw, siatka dyfrakcyjna, siatkowy mikrospektrometr światłowodowy, komputer.

IV. Wykonanie ćwiczenia

1. Ostrożnie umieścić lampę helową w uchwycie i podłączyć do zasilacza.

2. Włączyć zasilanie i zwiększać napięcie na lampie aż do uzyskania stabilnego świecenia.

3. Przeprowadzić obserwację widma emitowanego przez lampę obserwując lampę wyładowczą poprzez siatkę dyfrakcyjną.

4. Oświetlić otwór wejściowy spektrometru światłowodowego wprowadzając koniec światłowodu w boczny otwór osłony lampy wyładowczej.

5. Włączyć zasilanie spektrometru; na obudowie zapala się wówczas czerwona dioda sygnalizacyjna.

6. Uruchomić program obsługi spektrometru (program "SPM"). W „Ustawieniach” przyjąć uśrednianie 10, a czas ekspozycji co najmniej 100 milisekund.

7. Uruchomić "Pomiar". W czasie pomiaru mysz jest nieaktywna. Po zakończeniu pomiaru, korzystając z kursora, odczytać wartości wszystkich długości fali odpowiadające maksimom występującym w widmie emisyjnym lampy wyładowczej. Położenie kursora podawane jest w prawym górnym rogu ekranu monitora.

8. Widmo można zapisać na dysku twardym korzystając z instrukcji „Zapisz".

9. Zmniejszyć napięcie zasilacza do zera, a następnie wyłączyć zasilacz, po czym odłączyć od obudowy lampy końcówkę spektrometru światłowodowego.

10. Wymienić ostrożnie rurę wyładowczą na rurę wypełnioną wodorem, podłączyć do niej końcówkę światłowodową.

11. Powtórzyć czynności z punktów 5 - 7. Pomiar kilkakrotnie wykonać przy wydłużaniu czasu pomiaru tak, by w mierzonym zakresie widmowym dało się zarejestrować cztery linie widmowe wodoru. Zapisywać wyniki na dysku twardym pamiętając za każdym razem o zmianie nazwy.

Uwaga: szczególnie małe natężenie obserwuje się

dla linii o najkrótszych długościach fali.

12. Odczytać wartości długości fali i natężenia odpowiadające maksimom.

13. Po zakończeniu pomiarów zmniejszyć zasilanie lampy wyładowczej do zera, a następnie wyłączyć zasilanie lampy wyładowczej. Wyłączyć zasilanie spektrometru światłowodowego.

Gdzie:

λ_vac - długość fali w próżni światła emitowanego przez atom

RH - stała Rydberga dla wodoru

n1 i n2 - liczby całkowite ( n1 < n2 )

Z - liczba atomowa

---