Opracowanie wyników ćw. 11:

Sprawdzenie krzywej cechowania osi x programu spektrometru przy wykorzystaniu pomiaru długości fali helu (dla czasu naświetlania 2000 ms w programie):

Aproksymacja liniowa zależności długości fali rzeczywistej od długości fali mierzonej przeprowadzona przez program Graph doprowadziła do otrzymania zależności:

λ_rz = 1,012λ_m - 5,219

Wyniki długości fali wodoru (skorygowane)

dł. zmierzona	dł. skorygowana	1/dł. fali	natężenie	1/n^2
658,3	661	0,001513	698	0,111111
589,1	591	0,001692	1156	0,0625
486,9	487,5	0,002051	317	0,04
462,9	463,2	0,002159	299	0,027778

Wykres zależności 1/długość fali = f(1/n²)

­­­­­­

Aproksymowana zależność wyraża się wzorem:

1/λ = -0,0078(1/n²) + 0,0023

Przekształcając następujący wzór możemy obliczyć stałą Rydberga:

gdzie za n podstawiamy kolejno 3,4,5,6, a y jest to odwrotność dł. fali podana w m^-1

Dla λ = 661 nm - R = 10892907 [1/m]

Dla λ = 591 nm - R = 9025013 [1/m]

Dla λ = 487,5 nm - R = 9767533 [1/m]

Dla λ = 463,2 nm - R = 9714275 [1/m]

Średnia - R_ŚR = 9849932 [1/m]

Do obliczeń przyjmę R = 9,85·10⁶ m^-1

Energia jonizacji atomu wodoru

Korzystamy ze wzoru Ej = Rhc, gdzie h - stała Plancka

Ej = 9,85·10⁶ m^-1 · 6,626·10^-34 Js · 3 · 10⁸ m/s = 1,958 · 10^-18 = 12,225 eV

Błąd pomiaru stałej Rydberga

Δλ = 3 nm - rozdzielczość spektometru

tablicowa R_H = 1,097 · 10⁷ [m^-1]

wyznaczona R_ŚR = 9,85·10⁶ [m^-1]

ΔR = 11%

Dyskusja błędów i wnioski:

• Błędy pomiarów wynikały w tym ćwiczeniu z:

• nieidealnego wyizolowania gazu wewnątrz próbki (szczególnie na przykładzie wodoru)

• mechanicznych zakłóceń podczas pomiarów (poruszanie spktromatrem itp).

• Jak widać wyznaczone wartości rozmijają się z tablicowymi wartościami w granicach 10-11%. Energia jonizacji wodoru w rzeczywistości to 13,6 eV, co różni się od otrzymanego wyniku o 10%. Podobnie stała Rydberga (również wyznaczona z niedomiarem).

Analiza widma wodoru

Jak widać z wykresu, widmo powstałem po umieszczeniu serii pomiarowej na wykresie dało wykres zbyt „poszarpany” jak na typowe widmo wodoru. Zapewne było to spowodowane nieczystością próbki z wodorem, w której prawdopodobnie znalazło się powietrze. Poniżej zamieszczam maksima odczytane wykresu i porównane do wartości tablicowych dla wodoru, azotu i tlenu (głównych składników powietrza):

Wodór: 410 nm (mało widoczne), 434 nm, 486 nm(zakłócone orzez maksima innych gazów), 656 nm (bardzo wyraźne).

oraz wybrane bardziej widoczne na wykresie maksima (za: http://astro.u-strasbg.fr/~koppen/discharge/)

Azot: 399 nm, 463 nm (rozpoznawalne na wykresie), 501 nm , 661 nm (bardzo wyraźne)

Tlen: 419 nm, 466 nm (nakłada się z maksimem widma azotu), 615 nm

Wniosek: Próbka z wodorem była zanieczyszczona powietrzem, co mogło wypatrzeć wynik (bardzo duże maksimum dla 661 nm - w rzeczywistości nie dla wodoru, a dla azotu)

Porównanie widma żarówki tradycyjnej i świetlówki

Zarówno żarówka jak i świetlówka są używane w elektrycznych instalacjach oświetleniowych codziennego użytku, jednak natura emitowanego przez nie promieniowania jest różna. Dla żarówki wolframowej emitowane jest promieniowanie cieplne. Temperatura, do której pod wpływem pradu elektrycznego rozgrzewa sie wolframowy żarnik jest tak dobrana, żeby maksimum natężenia promieniowania, zgodnie z prawem Wiena, wypadało w zakresie swiatła widzialnego. Uzyskany obraz widmowy opisuje model Plancka. Dla lampy rteciowo - argonowej promieniowanie emitowane jest w wyniku przeskakiwania elektronów w atomach z orbit dalszych na bliższe - zgodnie modelem modelem Bohra. Dlatego maksima natężenia przypadaja dla pojedynczych, scisle okreslonych długości fali, co daje „poszarpany” wykres z wyraźnymi maksimami, różny od „gładkiego” wykresu dla tradycyjnej żarówki.

Wniosek: Jeżeli widzimy gołym okiem, że 2 żarówki świecą bardo podobnym światłem, to wcale nie oznacza że widma te mają taką postać i naturę.

---