KF PŚK	Imię i nazwisko: Adrianna Lech	Wydział, Grupa: 110BU L19_a
Symbol ćwiczenia: O - 3	Temat: Badanie widm optycznych.
Data wykonania: 23-11-2011r.	Data oddania do poprawy:	Ocena:

• Wstęp

Ładunki elektryczne poruszające się z przyśpieszeniem lub wykonujące ruch drgający są źródłem fal elektromagnetycznych. Dla fal elektromagnetycznych zachodzą następujące zjawiska: odbicie, załamanie, dyspersja (zależność prędkości rozchodzenia się od długości fali), uginanie się (dyfrakcja), interferencja, polaryzacja. Różne rodzaje fal (promieniowania) mają tą samą naturę i różnią się między sobą jedynie długością (częstotliwością drgań).

Światło widzialne: - częstotliwość - 10¹⁵-10¹⁴ [Hz]

- energia fotonów - 10-7 [eV].

Rozszczepienie światła w pryzmacie. Światło białe przy przejściu przez pryzmat ulega rozszczepieniu (dyspersji). Polega to na zróżnicowaniu współczynników załamania w zależności od różnej częstotliwości drgań. Ogólnie mówiąc dyspersją nazywamy zależność prędkości fazowej v od długości fali:

v =f(λ)

przy czym jeśli dv/dλ>0, to światło o większej długości fali rozchodzi się z większą prędkością fazową i mówimy wtedy o dyspersji normalnej. Jeśli dv/dλ<0, to promieniowanie o większej długości fali rozchodzi się z mniejszą prędkością fazową i dyspersja jest anomalna. Przy dv/dλ=0 dyspersja nie występuje.

Zjawisko rozszczepienia ilustruje rysunek:

Na ekranie ustawionym poza szklanym pryzmatem prostopadle do promieni odchylonych powstaje widmo promieniowania białego. Współczynnik załamania jest mniejszy dla światła czerwonego niż dla fioletowego. Ponieważ barwa światła zależy od długości fali stąd też wynika, że każdej długości fali odpowiada inny współczynnik załamania.

Rozróżniamy widma trojakiego rodzaju:

• ciągłe - dają je rozżarzone ciała stałe i ciecze oraz gazy znajdujące się pod dużym ciśnieniem np. widmo słoneczne.

• liniowe - dają atomy rozżarzonych gazów lub par metali. Widmo liniowe składa się z oddzielnych linii barwnych. Linie tego widma tworzą tzw. serie. W obrębie jednej serii przy przejściu lii coraz krótszym długością fali linie zbliżają się do siebie, a po osiągnięciu pewnej granicy, zlewają się.

• pasmowe - dają wzbudzone cząstki. Widmo takie zawiera dużą liczbę linii, które zlewają się w poszczególne pasma.

Wyżej wymienione widma są widmami emisyjnymi, ponieważ powstają poprzez nałożenie światła emitowanego przez ciało świecące.

Widmo absorpcyjne - powstaje jeżeli światło ze źródła przechodzi przez warstwę gazu lub pary o niższej temperaturze niż temperatura źródła, a następnie zostaje rozłożone na widmo, to na tle tego widma powstają ciemne linie. Linie te powstają w tych samych miejscach, w których powstały by linie w widmie emisyjnym danego gazu lub pary.

Widmo fluorescencyjne - niektóre ciała można pobudzić do świecenia przez naświetlenie ich światłem obcym, z zewnątrz. Ten rodzaj świecenia jest charakterystyczny dla struktury chemicznej pobudzanej substancji.

Przyrządy do badania widm to: spektrometry lub goniometry jednokołowe, spektroskopy, spektrografy.

Widmo dawane przez pryzmat nie jest czyste - poszczególne wiązki barwne zachodzą na siebie. Czyste widmo możemy otrzymać przy pomocy układu optycznego zastosowanego w spektroskopie. Typowy spektroskop składa się z kolimatora i lunetki podobnie jak spektrometr. Spektroskop posiada dodatkowy kolimator, w którym w miejscu szczeliny znajduje się podziałka. Działki i cyfry tej podziałki są przezroczyste, a tło nieprzezroczyste. Dodatkowy kolimator ustawiony jest tak, że jego światło odbija się od ścianki i pryzmatu bliżej lunetki i nakłada się na wiązkę przechodzącą przez pryzmat. Dzięki temu w lunetce na tle widma widzimy podziałkę, która pozwala na określenie poszczególnych linii widmowych.

Metoda analizy widmowej jest bardzo czuła. Pozwala ona wykryć ilość substancji rzędu 10^-7 mg w 1 cm³ dla widm emisyjnych lub rzędu 10^-8 mg w 1 cm³ dla widm absorpcyjnych i fluorescencyjnych.

• Wykaz literatury:

• H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN, Warszawa 1980

• T. Dryński, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki, PWN, Warszawa 1977

• http://pl.wikipedia.org/wiki/Widmo_(spektroskopia)

• Obliczenia

• Sporządzanie krzywej cechowania spektroskopu:

Nazwa gazu	Barwa linii widma	Położenie na skali [cm]	Długość fali odczytywana z tablic [nm]
		P1	P2
HEL	czerwona słaba	3,6	2,0
	Czerwona	4,8	3,0
	Żółta	7,5	5,6
	Zielona słaba	12,4	10,4
	Zielona silna	13,0	11,2
	Niebieska	14,8	13,0
	Fioletowa	17,4	15,5

W oparciu o wyniki pomiarów oraz długości fal linii widmowych helu sporządziłam na papierze milimetrowym krzywą cechowania spektroskopu dołączoną do sprawozdania.

• Po sporządzeniu krzywej cechowania, która powstała z przeniesienia danych odczytanych przy badaniu rurki z helem, nanosimy na wykres dane odczytane przy badaniu rurki z gazem nieustalonym. Dla odpowiednich wartości odczytanych z podziałki spektroskopu odczytujemy z wykresu długości fali.

Barwa linii widma	Położenie na skali [cm]	Długość fali odczytywana z wykresu [nm]	Nazwa szukanego gazu	Długość fali odczytywana z tablic [nm]
	P1	P2	Śr
czerwona słaba	1,8	5,6	3,7	675
Czerwona	3,0	6,0	4,5	645
Żółta	5,5	9,5	7,5	570
zielona słaba	8,0	11,8	9,9	525
zielona silna	9,5	12,2	10,9	510
Niebieska	10,0	14,0	12,0	500
fioletowa	13,0	17,0	15,0	452

Porównując wartości z danymi tablicowymi możemy stwierdzić, że w rurce znajdował się neon.

• Rachunek błędów

Błąd pomiaru długości fali jaki otrzymałam dla barwy czerwonej słabej wynosi około 2,3%, zaś dla czerwonej silnej 0,7%. W przypadku barwy żółtej błąd wynosi 2,6%. Największy błąd przypada dla barwy niebieskiej: 3,7%.

• Wnioski

Wyżej wymienione barwy (długości fali) w przybliżeniu pokrywają się z danymi tablicowymi. Największe różnice wystąpiły przy barwie niebieskiej i zielonej silnej, poprzez niżej wymienione czynniki, które wpłynęły na pojawienie się błędów:

• Niezbyt duża zdolność rozdzielcza pryzmatu

• Mała dokładność odczytu położeń prążków na skali spowodowana m.in. przez „zlewanie” się pasków w przypadku drugiego gazu, oraz małą dokładność ludzkiego oka

• Błędy natury graficznej powstałe przy sporządzaniu krzywej dyspersji

• Niezbyt dokładny odczyt długości fal helu ze sporządzonego wykresu – co zostało spowodowane przez ograniczoną możliwość dokładnego przedstawienia danych.