Rok akademicki 1994/95	Laboratorium z fizyki
Nr ćwiczenia: 43	Badanie długości widma za pomocą spektroskopu
Wydział: Elektronika Kierunek: El. i telek. Grupa: III	Paweł Kordowiecki
Data wykonania 30.11.1994 rok	Ocena		Data zaliczenia	Podpis
	T
	S

1. Zasada pomiaru

Celem ćwiczenia była obserwacja widma liniowego za pomocą spektroskopu, wykreślenie krzywej dyspersji i pomiarów długości fal prążków widmowych.

Przebieg ćwiczenia był następujący:

1. Źródło światła o znanych długościach fal (rurka Pl*ckera nalełniona helem) mocujemy na statywie przed szczelinką kolimatora spektroskopu i łączymy ze źródłem napięcia (∼500V).

2. Przy ustalonym, skrajnym położeniu lunetki, odpowiadającym najmniejszemu kątowi odchylenia, należy uzskać ostry obraz prążków widmowych. Regulację ostrości obrazu prążków otrzymujemy przy szerszej szczelinie ok. 1mm, a po ustaleniu ostrości, szerokość szczeliny zmniejszamy, tak, aby prążki widmowe były możliwie wąski, lecz dobrze widoczne.

3. Oświetlamy skalę i tak ustawiamy jej tubus, aby skala była dobrze widoczna w okularze lunety. Regulujemy położenie skali względem soczewki tubusa, wsuwając lub wysuwając jej oprawkę w tubusie, aby obraz w skali był ostry i leżał w płaszczyźnie linii widmowych widocznych w okularze.

4. Odczytujemy położenie linii widmowych o znanych długościach fal, naprowadzając pionową linię widoczną na środek prążka i odczytujemy jego położenie na tle skali.

Widmo helu w części widzialnej składa się z następujących prążków, których długości fal wykorzystujemy przy cechowaniu spektroskopu:

1. 706.6 nm - prążek ciemno-czerwony

2. 667.8 nm - prążek czerwony

3. 587.6 nm - prążek żółty

4. 501.6 nm - prążek zielony

5. 492.2 nm - prążek zielony (słabo widoczny)

6. 471.3 nm - prążek niebiesko-zielony

7. 447.1 nm - prążek fioletowy

Położenie tych prążków zapisujemy w tabeli, która posłuży do narysowania krzywej dyspersji spektroskopu.

5. Przed szczeliną spektroskopu ustawiamy następną rurkę Pl*ckera wypełniona neonem, a następnie wodorem. Odczytujemy położenia kilku wyraźnych prążków widmowych tych gazów. Wyniki notujemy w tabeli.

6. Serir widmową dla wodoru określamy ze wzoru:

z = 1

n, m - orbity elektronu w stanie więcej i mniej wzbudzonym

- stała Rydberga

Dla n = 1 i m = 2,3,... jest to seria widmowa Lymana

Dla n = 2 i m = 3,4,... jest to seria widmowa Belemera

Dla n = 3 i m = 4,5,... jest to seria widmowa Paschena

Dla n = 4 i m = 5,6,... jest to seria widmowa Breckefta

Dla n = 5 i m = 6,7,... jest to seria widmowa Pfunda

Dla n = 6 i m = 7,8,... jest to seria widmowa Humphreysa

2. Schemat układu pomiarowego

Ż - źródło promieniowania

Sz - szczelina

P - pryzmat

S - skala

E - ekran (obraz w lunecie)

3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów

Błąd wyznaczenia działki na skali Δs = 0.1

4. Tabele pomiarowe

Tabelak określająca krzywą dyspersjyjną dla naszego układu. wzorcowe długości fali są to długości fali emitowane przez hel.

s [dz]	0.5	1.7	5.3	11.8	12.7	15.4	18.8
λ [nm]	706.5	667.8	587.6	501.6	492.2	471.3	447.1

Tabela widma wodoru

s [dz]	5.1	7.4
λ [nm]	609.0	549.0
Δλ [nm]	0.6	1.0

Tabela widma neonu

s [dz]	λ [nm]	Δλ [nm]
2.2	686.0	0.2
2.4	6.79.0	0.5
2.8	663.0	0.6
3.1	655.0	0.6
3.4	644.0	0.8
4.0	626.0	0.9
4.2	620.0	0.9
4.5	610.0	1.0
5.0	597.0	1.2
5.5	584.0	1.2
6.0	572.0	1.3
8.4	518.0	1.3
8.9	508.0	1.3
10.1	489.0	1.3
10.4	484.0	1.4
10.8	478.0	1.4
11.2	474.0	1.6
13.5	453.0	1.9

5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej

Wyznaczenie serii widmowej dla wodoru:

z - liczba atomowa (z=1)

- stała Rydberga

Dla n = 1 i m = 2,3,... (seria Lymana)

λ₁₂ = 91.15*10^-9*⁴/₃ = 121.5 nm

λ_1∞ = 91.15*10^-9*1 = 91.1 nm

Nasza seria nie zawiera się w serii Lymana

Dla n = 2 i m = 3,4,5,... (seria Balmera)

λ₂₃ = 91.15*10^-9 * ³⁶/₄ = 656.9 nm

λ₂₄ = 486.6 nm

λ₂₅ = 434.5 nm

λ_2∞ = 364.6 nm

Nasze linie widmowe wodoru odpowiadają serii Balmera, ponieważ:

H_L = (609.0 ± 0.6) nm ≈ λ₂₃

H_B = (549.0 ± 1.0) nm ≈ λ₂₄

Linii λ₂₅ nie zaobserwowano.

6. Rachunek błędów

Błąd Δλ ze względu na to, że λ nie zmienia się według nieskomplikowanego wzoru w stosunku do działki s, Δλ trzeba oszacować graficznie. dla wzorcowego widma wykonujemy pomiary, które określają nam krzywą dyspersji. D można określić:

Dla konkretnego punktu można wyznaczyć z wykresu s=f(λ) wartość D, którą może być wartość współczynnika prostej stycznej do wykresu w tym punkcie (albo w przybliżeniu wartość współczynnika kierunkowego prostej przechodzącej przez dwa punkty należące do wykresu między którymi jest dany punkt).

Dla neonu s = 10.8 Δλ = 484 nm

D = 0.08

Δs = 0.1 dz

Δλ = 1.3 nm

7. Zestawienie wyników pomiarów

Zestawienie wyników pomiarów jest w tabelkach pomiarowych (pkt 4).

8. Uwagi i wnioski

Widmo liniowe wodoru w naszym doświadczeniu było bardzo niewyraźne i przy tym wiele prążków nie było charakterystyczne dla wodoru jednoatomowego, które zostały odrzucowne przy robieniu tabelki.

S

Ż

500 V

S_z

P

E

---