Wstęp teoretyczny.

Stała Rydberga jest równa

Przy założeniu że masa jądra jest nieskończenie duża.

Gdzie: m - masa,

e - ładunek elektronu,

c - prędkość światła,

- stała Plancka dzielona przez 2π,

ε₀ - przenikalność elektryczna próżni.

Energia jonizacji.

Energią jonizacji E_j pierwiastka nazywa się minimum energii, jaką należy użyć, by oderwać elektron od atomu tego pierwiastka w stanie gazowym. Energia jonizacji obojętnych atomów zależy od liczby atomowej i waha się w granicach od kilku do dwudziestu kilku eV. Jest ona równa energii najsłabiej związanego elektronu walencyjnego. Największą energię jonizacji mają neutralne atomy gazów szlachetnych, co jest związane z faktem, że pierwiastki te mają zapełnione powłoki walencyjne. Najniższą energię jonizacji mają pierwiastki z pierwszej grupy układu okresowego posiadające na powłoce walencyjnej jeden elektron.

Model Bohra atomu wodoru.

Według niej, elektron krąży wokół jądra po jednej z wielu możliwych dozwolonych orbit tzw. orbicie stacjonarnej. W tym stanie nie pobiera on ani też nie emituje energii. Dostarczenie energii z zewnątrz powoduje, że elektron pobiera jej określoną porcję, czyli kwant energii i „przeskakuje” na orbitę bardziej oddaloną od jądra. Taki stan nie jest trwały i elektron po upływie 10^-9 – 10^-8 s wraca na orbitę bliższą jądra. Emituje przy tym pobraną uprzednio energię również w postaci kwantu promieniowania elektromagnetycznego. Wartość tej porcji energii jest zależna od tego, czy elektron powraca na orbitę stacjonarną, czy też na jedną z dozwolonych orbit pośrednich. Emitowana energia jest więc skwantowana, czyli występuje w postaci określonych porcji, które w spektrografie dają obraz osobnych linii. Występowanie linii widmowych jest doświadczalnym dowodem na to, że każdy elektron ma pewien właściwy sobie zasób energii – zajmuje określony stan kwantowy. Model Bohra zgadzał się z doświadczeniem jedynie przy opisie widma atomu wodoru, nie wyjaśniał natomiast rozkładu linii widmowych atomów innych pierwiastków. Dalszy postęp w poznawaniu budowy atomu przyniosła mechanika kwantowa. Do dziś jednak aktualna pozostała ogólna koncepcja, że każdy atom składa się z dwóch obszarów: dodatnio naładowanego jądra i znajdującej się poza nim ujemnie naładowanej sfery elektronowej.

Spektrometr pryzmatyczny.

Najprostszym przyrządem do uzyskiwania obrazu widm różnych źródeł światła jest spektrometr pryzmatyczny, którego schemat przedstawiono na rysunku.

pryzmatów: na dwóch zachodzi dyspersja (P1, P2), trzeci (P3) służy do zmiany kierunku promieni. Pryzmat P3 połączony jest z bębnem spektroskopu w taki sposób, że obrót bębna powoduje równię jego obrotu wokół osi przechodzącej przez środek pryzmatu. Sprężyna S powoduje likwidację ewentualnych luzów na gwincie śruby powodującej obrót pryzmatu. Położenie danej linii widmowej o danej barwie (długości) wyznaczamy ustawiając tę linię na wskazówkę widoczną w polu okularu lunety. Położenie danej linii odczytujemy na skali znajdującej się na bębnie spektroskopu. Zależność położenia danej linii od długości fali jest charakterystyczna dla danego spektroskopu i nosi nazwę krzywej dyspersji spektroskopu.

Masa zredukowana – wielkość służąca do opisu układu oddziałujących ze sobą ciał. W przypadku np. dwóch mas oddziałujących ze sobą grawitacyjnie przyjmuje ona postać:

gdzie: μ – masa zredukowana,

m1, m2 – masy składników.

Metodologia wykonania ćwiczenia.

Przyrządy: spektroskop, transformator, rurki Plückera wypełnione helem i wodorem.

1. Rurkę Plückera wypełnioną helem włożyć w uchwyt, połączyć z transformatorem zasilającym rurkę.

2. Ustawić rurkę tak, aby w obiektywie spektroskopu uzyskać intensywne widmo liniowe. Jeśli dodatkowo oświetlimy szczelinę Sz światłem białym, to uzyskamy widmo liniowe na tle widma ciągłego.

3. W celu wyskalowania spektrometru przeprowadzić pomiar położenia L_He wszystkich widocznych linii widmowych helu.

4. Dla wybranej linii widmowej pomiar położenia powtórzyć 10-krotnie.

5. Zamienić rurkę Plückera na wypełnioną wodorem. Odczytać w analogiczny sposób jak w p. 3 położenie L wszystkich widocznych linii widmowych.

6. Wyniki pomiarów zapisać w tabeli.

Tabela pomiarowa.

L He	λ He	L H	λ H	Barwa i natężenie
-	[μm]	-	[μm]
158,1	0,7065			czerwona słaba
152	0,6678	149,9		czerwona silna
134,8	0,5876			zółta bardzo silna
-	0,5411			żółto-zielona bardzo słaba
106,4	0,5047			zielona słaba
104,8	0,5015			zielona silna
100,6	0,4921			zielono-niebieska umiarkowana
89,3	0,4685	97,5		niebieska silna
73,9	0,4471			fioletowa silna
69,2	0,4387			fioletowa bardzo słaba
		powt.Pom. 10-krotnie dla niebieskiej linii
		97,5
		97,5
		97,5
		97,5
		97,5
		97,5
		97,4
		97,4
		97,4
		97,4