Badanie widm za pomocą spektroskopu

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 rozczepieniu 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 postać

gdzie A i B są pewnymi stałymi.

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

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.

Pomiary

wzorcowa rurka Geisslera

Linia	λ [nm]	s [mm]
czerwona słaba	772,8	12,33
czerwona słaba	737,2	12,43
czerwona słaba	690,7	12,76
czerwona mocna	623,4	12,85
czerwona słaba	612,3	13,04
pomarańczowa słaba	607,2	13,07
pomarańczowa słaba	589,0	13,13
żółta bardzo mocna	579,1	13,16
żółta bardzo mocna	576,9	13,24
żółto zielona b. słaba	567,5	13,46
zielona b. mocna	546,1	13,59
zielony b. słaba	536,5	14,01
niebieska b. słaba	504,6	14,04
niebieska mocna	499,1	14,14
niebieska b. mocna	491,6	14,21
niebieska b. mocna	435,8	15,34
niebieska b. słaba	434,7	15,36
niebieska b. słaba	433,1	15,39
fioletowa słaba	407,8	16,10
fioletowa mocna	404,6	16,24

nieznana rurka nr 1

Linia	s [mm]	λ [nm]	λ tabl. [nm]
żółty mocny	12,67	670	667,8
niebieska słaba	14,01	502	504,8

Gaz zawarty w rurce - hel

nieznana rurka nr 2

Linia	s [mm]	λ [nm]	λ tabl. [nm]
czerwona b.słaba	12,18	780
czerwona b.słaba	12,41	740
czerwona b.słaba	12,46	738
czerwona mocna	12,58	720
czerwona b.mocna	12,65	672
czerwona b.słaba	12,66	660
czerwona słaba	12,70	658
czerwona słaba	12,75	638	640,2
pomarańczowa słaba	12,89	614	614,3
pomarańczowa b.słaba	12,92	612
pomarańczowa	12,97	602
żółta słaba	13,07	596
żółta mocna	13,08	594	594,5

Gaz zawarty w rurce - mieszanina oparów neon

nieznana rurka nr 3

Linia	s [mm]	λ [nm]	λ tabl. [nm]
czerwona mocna	12,62	660	656,3
niebieska mocna	14,29	488	492,2

Gaz zawarty w rurce - wodór

Wnioski

Z porównania przedstawionego powyżej wynika, iż pomiary odpowiadają w przybliżeniu wartościom tabelarycznym helu, neonu i wodoru. Wyniki doświadczenia nie są dokładne i nie wszystkie linie widma mają swoje odpowiedniki w wartościach tablicowych. Może to być spowodowane tym, że przy stoliku obok była zapalona lampka, co mogło powodować powstanie dodatkowych linii widma, jak również tym, iż część linii widma byłą bardzo słabo widoczna, co mogło spowodować pominięcie niektórych z nich.

---