Nr ćw. 304	Data: 9.12.2013	Imię i Nazwisko: Marcin Szczukocki Marcin Szczechowicz	Wydział Elektryczny	Semestr I	Grupa EN-2 nr lab.
Prowadzący: mgr Elżbieta Robak	Przygotowanie: Szczukocki, Szczechowicz	Wykonanie: Szczukocki, Szczechowicz	Ocena ostat. :

Badanie widm za pomocą spektroskopu (monochromatora)

1. Wstęp teoretyczny

Światło emitowane przez dowolne źródło promieniowania składa się z fal elektromagnetycznych o różnych długościach. Możemy się o tym przekonać wykorzystując pryzmat - przyrząd posiadający zdolność dyspersji, czyli rozszczepienia światła. Gdy światło białe, po przejściu przez wąską podłużną szczelinę, pada na pryzmat, ulega dwukrotnie załamaniu na ściankach łamiących oraz rozszczepieniu barwnemu polegającemu na różnym odchyleniu promieni o różnych barwach. Promienie czerwone odchylane są najmniej, a fioletowe najsilniej.

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

.

Wielkość tę możemy przedstawić w postaci funkcyjnej, gdyż znana jest przybliżona zależność współczynnika załamania od długości fali, Ma ona dla ciał przezroczystych postać

gdzie A i B są pewnymi stałymi.

Uwzględniając powyższe znajdujemy, że dyspersję ośrodka w zależności od długości fali wyraża się wzorem

Widzimy, że dyspersja ośrodka wzrasta szybko, gdy długość fali maleje.

Wielkość rozszczepionej przez pryzmat zależy nie tylko od dyspersji ośrodka, lecz również od kąta padania i kąta łamiącego. Wielkością charakteryzującą rozszczepienie dla danego pryzmatu jest dyspersją kątową pryzmatu

,

gdzie jest kątem odchylania.

Obraz rozszczepionej wiązki na ekranie nazywamy widmem promieniowania danego źródła światła. Ciała stałe w podwyższonej temperaturze emitują promieniowanie o widmie ciągłym, zawierającym wszystkie możliwe 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 zespół kilku do kilkudziesięciu długości fal o ściśle określonych wartościach.

Do badania widm używa się spektroskopów , w których elementem rozszczepiającym światło jest siatka dyfrakcyjna lub pryzmat.

2. Pomiary

Na początku zbadano widmo nieznanego gazu. Z tabelce podane były długości fali, ich barwa oraz natężenie. Trzeba było odczytać położenie prążków na skali s.

1. WIDMO LAMPY RTĘCIOWEJ (TABELA)

Nr linii	Długość [nm]	Barwa	Natężenie	Odczyt ze skali [mm]
1	708,2	czerwona	bardzo słaba	12,15
2	690,7	czerwona	Słaba	12,3
3	671,6	czerwona	Słaba	12,4
4	623,4	czerwona	mocna	12,72
5	612,3	pomarańczowa	średnia	12,81
6	607,3	pomarańczowa	średnia	12,85
7	589	żółta	Słaba	13,02
8	587,2	żółta	bardzo słaba	13,04
9	585,9	żółta	Słaba	13,08
10	580,4	żółta	średnia	13,1
11	579	żółta	bardzo mocna	13,12
12	576,9	żółta	bardzo mocna	13,15
13	567,6	żółto-zielona	średnia	13,21
14	546,1	zielona	bardzo mocna	13,44
15	538,5	zielona	Słaba	13,46
16	535,4	zielona	Słaba	13,48
17	531,7	zielona	Słaba	13,5
18	512,1	zielona	Słaba	13,53
19	504,6	niebiesko-zielona	Słaba	13,56
20	502,6	niebiesko-zielona	średnia	13,97
21	497	niebiesko-zielona	średnia	14
22	491,6	niebiesko-zielona	bardzo mocna	14,1
23	435,8	niebieska	bardzo mocna	14,18
24	434,7	niebieska	średnia	14,19
25	433,9	niebieska	średnia	14,2
26	410,8	fioletowa	bardzo słaba	14,24
27	407,8	fioletowa	mocna	14,31
28	404,7	fioletowa	mocna	14,33

Z danych podanych w tabeli, wykreślono krzywą, zwaną krzywą dyspersji. Wykres znajduje się poniżej:

1. Następnie, za pomocą programu Microsoft Excel, wyprowadzono równanie tej krzywej przy użyciu regresji liniowej:

a= -1,3E-07

b= 2,28E-06

x=odczyt ze skali s

y=długość fali, zatem:

y= -1,3E-07x + 2,28E-06

Przykładowe obliczenie długości fali:

Np. pozycja nr 3 (w tabeli poniżej):

x= 12,55

y= -1,3E-07 * 12,55 + 2,28E-06 = 652,7

Resztę wyników przedstawiono w tabeli poniżej:

Nr linii	Barwa	Natężenie	Odczyt ze skali [mm]	Długość fali [nm]
1	czerwona	bardzo slaba	12,44	666,9
2	czerwona	bardzo slaba	12,49	660,5
3	czerwona	srednia	12,55	652,7
4	czerwona	bardzo mocna	12,63	642,4
5	pom-czer	srednia	12,67	637,2
6	pom-czer	slaba	12,72	630,7
7	pom-czer	bardzo slaba	12,75	626,9
8	pomarańczowa	bardzo mocna	12,81	619,1
9	pomarańczowa	mocna	12,86	612,6
10	pomarańczowa	bardzo slaba	12,9	607,5
11	żółta	bardzo mocna	12,98	597,1
12	żółta	mocna	13,05	588,1
13	żółto-zielona	slaba	13,13	577,7
14	zielona	srednia	13,46	535,0
15	zielona	srednia	13,55	523,4
16	niebiesko-zielona	slaba	13,88	480,7
17	niebieska	slaba	13,96	470,9
18	niebieska	srednia	14,01	463,9
19	fioletowa	srednia	14,07	456,1
20	fioletowa	slaba	14,2	438,9

3. Wnioski

W tablicach spektralnych znajdujących się m.in. w skrypcie Stanisława Szuby poszukano widma gazu najbardziej odpowiadającego temu z tabeli. Jak się okazało większość wartości (długości fali, w tabeli są to pozycje pogrubione) zgadzało się z widmem helu. Gdyby porównać odczyt pierwszego gazu z odczytem drugiego, warto zauważyć, że w drugim przypadku większość linii było słabo widocznych, szczególnie fioletowe, dlatego nasze pomiary obarczone są pewnym błędem. Ważnym punktem w ćwiczeniu było wykreślenie krzywej dyspersji, dzięki której mogliśmy odczytać późniejsze wyniki.

4. Wnioski