Nr ćwiczenia: 304	Data: 05.12.2011r.	Imię i nazwisko: Szarata Adam	Wydział: BMiZ	Semestr: I	Grupa: MCH1 nr lab. 4
Prowadzący: dr inż. Przemysław Głowacki	Przygotowanie:	Wykonanie:	Ocena:

Temat: Badanie widm za pomocą spektroskopu.

1.Podstawy teoretyczne:

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. Wyniki pomiaru:

2.1 Pomiar widma lampy rtęciowej

Nr linii	λ[nm]	Barwa linii	Natężenie linii	s [mm]
1	708,2	czerwona	bardzo słaba	12,34
2	690,7	czerwona	słaba	12,47
3	671,6	czerwona	słaba	12,52
4	623,4	czerwona	mocna	12,69
5	612,3	pomarańczowa	średnia	12,85
6	607,3	pomarańczowa	średnia	12,91
7	589	żółta	słaba	12,96
8	587,2	żółta	bardzo słaba	12,98
9	585,9	żółta	słaba	13,01
10	580,4	żółta	średnia	13,05
11	579	żółta	bardzo mocna	13,06
12	576,9	żółta	bardzo mocna	13,07
13	567,6	żółto-zielona	średnia	13,16
14	546,1	zielona	bardzo mocna	13,39
15	538,5	zielona	słaba	13,43
16	535,4	zielona	słaba	13,46
17	531,7	zielona	słaba	13,49
18	512,1	zielona	słaba	13,56
19	504,6	niebiesko-zielona	słaba	13,98
20	502,6	niebiesko-zielona	średnia	13,99
21	497	niebiesko-zielona	średnia	14,01
22	491,6	niebiesko-zielona	bardzo mocna	14,13
23	435,8	niebieska	bardzo mocna	14,16
24	434,7	niebieska	średnia	14,28
25	433,9	niebieska	średnia	14,31
26	410,8	fioletowa	bardzo słaba	15,01
27	407,8	fioletowa	mocna	15,1
28	404,7	fioletowa	mocna	15,2

2.1 Pomiary widma dla badanych gazów:

Lp.	Natężenie linii	s [mm]	Nr rurki
1	słabe	12,41	1
2	słabe	13,01	1
3	silne	14,01	1
4	słabe	14,16	1
5	słabe	14,52	1
6	słabe	15,03	1

Lp.	Natężenie linii	s [mm]	Nr rurki
1	słabe	12,22	2
2	słabe	12,29	2
3	silne	12,39	2
4	silne	12,43	2
5	silne	12,47	2
6	silne	12,53	2
7	silne	12,54	2
8	silne	12,61	2
9	silne	12,62	2
10	silne	12,65	2
11	słabe	12,67	2
12	silne	12,69	2
13	słabe	12,73	2
14	silne	12,77	2
15	silne	12,79	2
16	silne	12,83	2
17	silne	12,85	2
18	silne	12,88	2
19	silne	12,93	2
20	silne	12,96	2
21	silne	13,01	2
22	silne	13,04	2
23	słabe	13,11	2
24	słabe	13,49	2

3. Przebieg ćwiczenia:

-oświetlać szczelinę kolimatora lampą wzorcową (rtęciową)

-ustawić wybraną linią widmową na środek pola widzenia (na przecięciu nici pajęczych okularu)

-w tabeli spektralnej znaleźć linię o tych samych parametrach (barwa i natężenie) i takim samym otoczeniu.
Odczytać z tablicy długość fali λ, a z pokrętła obrotu pryzmatu - położenie skali s

-powtarzać punkty 2 i 3 dla wszystkich linii

-odczytać położenia linii widmowych na skali przyrządu dla badanych gazów (rurki Geisslera)

-na papierze milimetrowym wykreślić krzywą dyspersji (s = f(λ)) wykorzystując dane z badania lampy wzorcowej

-na podstawie krzywej dyspersji określić długości fal linii widmowych nieznanych gazów

-korzystając z tabel zawartych w skrypcie znaleźć rodzaje badanych gazów

-zestawić w tabelce linie gazu badanego i gazu znalezionego

Uwaga: Spektroskop został zastąpiony monochromatorem

4. Obliczenia:

4.1 Wykreślenie krzywej dyspersji (s = f(λ)) na podstawie pomiarów widma lampy rtęciowej:

Nr linii	λ[nm]	s [mm]
1	708,2	12,34
2	690,7	12,47
3	671,6	12,52
4	623,4	12,69
5	612,3	12,85
6	607,3	12,91
7	589	12,96
8	587,2	12,98
9	585,9	13,01
10	580,4	13,05
11	579	13,06
12	576,9	13,07
13	567,6	13,16
14	546,1	13,39
15	538,5	13,43
16	535,4	13,46
17	531,7	13,49
18	512,1	13,56
19	504,6	13,98
20	502,6	13,99
21	497	14,01
22	491,6	14,13
23	435,8	14,16
24	434,7	14,28
25	433,9	14,31
26	410,8	15,01
27	407,8	15,1
28	404,7	15,2

4. Określenie długości fal linii widmowych nieznanych gazów na podstawie krzywej dyspersji:

Dane uzyskane w wyniku pomiarów
Lp.
1
2
3
4
5
6

Dane tablicowe
Lp.
1
2
3
4
5
6
7
8

Lp.	Natężenie linii	s [mm]	λ [nm] (odczytane z wykresu)	Odczytane z tablic	Nr rurki
1	słabe	12,22	-	-	2
2	słabe	12,29	-	-	2
3	silne	12,39	700	-	2
4	silne	12,43	694	-	2
5	silne	12,47	686	-	2
6	silne	12,53	678	-	2
7	silne	12,54	674	-	2
8	silne	12,61	660	-	2
9	silne	12,62	657	-	2
10	silne	12,65	650	-	2
11	słabe	12,67	645	-	2
12	silne	12,69	639	s640,2	2
13	słabe	12,73	630	-	2
14	silne	12,77	624	-	2
15	silne	12,79	619	s614,3	2
16	silne	12,83	611	-	2
17	silne	12,85	610	-	2
18	silne	12,88	602	-	2
19	silne	12,93	595	594,5	2
20	silne	12,96	590	b585,2	2
21	silne	13,01	580	-	2
22	silne	13,04	577	-	2
23	słabe	13,11	576	-	2
24	słabe	13,49	538	540	2

Dane tablicowe
Lp.
1
2
3
4
5
6
7

4. Wnioski:

Na podstawie dokonanych pomiarów stwierdzamy, że gaz znajdujący się w pierwszej rurce to hel, a w drugiej to neon. Niestety nasze pomiary są obarczone dosyć dużą niepewności, ponieważ nie wszystkie linie widma były dobrze widzialne i ciężko było je dostrzec.

Niestety nie mogliśmy zbadać gazu znajdującego się w trzeciej rurce, gdyż była ona uszkodzona.