r. akad. 1997/98
|
L A B O R A T O R I U M Z F I Z Y K I
|
|||
nr ćwicz. 43 |
Badanie długości fali świetlnej za pomocą spektroskopu pryzmatycznego |
|||
wydział: elektroniczny kierunek: elektronika i telekomunikacja grupa: I |
imię i nazwisko: Krzysztof Górski Krzysztof Granda |
|||
data wykonania: |
ocena |
data zaliczenia |
podpis |
|
03.11.1997 |
teoria |
|
|
|
|
Sprawozdanie |
|
|
|
1. Wprowadzenie
Celem ćwiczenia była obserwacja widma liniowego za pomocą spektroskopu, wykreślenie krzywej dyspersji i pomiarów długości fal prążków widmowych.
Pierwiastki będące w fazie gazowej emitują nieciągłe widma liniowe. Każdy pierwiastek emituje charakterystyczny dla siebie rozkład prążków. Długości fal prążków w emitowanym widmie można opisać wzorem:
gdzie:
λ - jest długością fali,
Z - liczbą atomową danego pierwiastka,
n1 i n2 - liczbami kwantowymi określającymi stan energetyczny atomu, n1 - wyższy, n2 - niższy.
Dla n1 = 1 i n2 = 2,3,...,∞ - seria widmowa Lymana;
Dla n1 = 2 i n2 = 3,4,...,∞ - seria widmowa Balmera;
Dla n1 = 3 i n2 = 4,5,...,∞ - seria widmowa Paschena;
Dla n1 = 4 i n2 = 5,6,...,∞ - seria widmowa Bracketta;
Dla n1 = 5 i n2 = 6,7,...,∞ - seria widmowa Pfunda;
Przy czym stałą
nazywamy stałą Rydberga
W ćwiczeniu do badania widm pierwiastków używany jest spektroskop pryzmatyczny. Spektroskop składa się z podstawy, na której umocowany jest stolik spektroskopu z kolimatorami i lunetą. Badane źródła światła umieszcza się przed szczeliną kolimatora. Światło to w postaci wiązki równoległej pada na pryzmat, gdzie ulega rpzszczepieniu tworząc barwne widmo. Charaktrer widma jest uzależniony od rodzaju źródła światła. Widmo to ogłądamy przez lunetę obserwacyjną. Oświetlając drugi kolimator w ognisku którego znajduje się skala widzimy w lunecie obserwacyjnej na tle widma skalę. Używając najpierw źródła o znanych długościach fal można wykreślić krzywą dyspersji liniowej spektroskopu.
Krzywa dyspersji s = f(λ) obrazuje zależność położenia linii widmowych na skali lunety od długości ich fali.
2. Schemat układu pomiarowego
S - szczelina
K - kolimator
Sz - soczewka zbierająca
Pr - pryzmat
L,L1 - luneta
Z1 - źródło światła
Sk - skala
3. Ocena dokładności pojedynczych pomiarów
Błąd wyznaczenia działki na skali Δs = 0.1
4. Tabele pomiarowe
TABELA 1
Tabela określająca krzywą dyspersjyjną dla naszego układu. wzorcowe długości fali są to długości fali są to długości emitowane przez hel
λ [nm] |
706,5 |
667,8 |
587,6 |
501,6 |
492,2 |
471,3 |
447,1 |
s [dz] |
1,5 |
2,5 |
6 |
12 |
13 |
15 |
18 |
Δs [dz] |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
TABELA 2
widmo wodoru
s [dz] |
4,8 |
13,5 |
16,6 |
λ [nm] |
610 |
487 |
458 |
Δλ [nm] |
2 |
1 |
1 |
Tabela 3
widmo neonu
s [dz] |
2,5 |
3,5 |
6 |
8,5 |
9 |
12 |
13,5 |
λ [nm] |
668 |
642 |
588 |
550 |
542 |
502 |
485 |
Δλ [nm] |
2 |
3 |
1 |
1 |
2 |
1 |
1 |
5. Przykładowe obliczenia wyników pomiarów wielkości złożonej
Wyznaczenie serii widmowej dla wodoru:
z = 1
1. Dla serii Lymana:
n1 = 1 i n2 = 2,3,..., ∞
- dla n2 = 2
- dla n2 = ∞
λ = 91,2 [nm]
Zaobserwowana przez nas seria nie odpowiada serii Lymana.
2. Dla serii Balmera:
n1 = 2 i n2 = 3,4,..., ∞
- dla n2 = 3
λ = 656,3 [nm]
- dla n2 = 4
λ = 486,2 [nm]
- dla n2 = 5
λ = 434,1 [nm]
Seria widmowa wodoru odpowiada serii Balmera.
6. Rachunek błędów
Błąd pomiaru długości fali świetlnej w tym ćwiczeniu odczytujemy z wykresu krzywej dyspersji na podstawie przyjętego przez nas błędu wyznaczania działki na skali Δs = 0,1 [dz].
7. Zestawienie wyników pomiarów
Wodór
s [dz] |
λ[nm] |
4,8 ± 0,1 13,5 ± 0,1 16,6 ± 0,1 |
610 ± 2 487 ± 1 458 ± 1 |
Neon
s [dz] |
λ[nm] |
2,5 ± 0,1 3,5 ± 0,1 6,0 ± 0,1 8,5 ± 0,1 9,0 ± 0,1 12,0 ± 0,1 13,5 ± 0,1 |
668 ± 2 642 ± 3 588 ± 1 550 ± 1 542 ± 2 502 ± 1 487 ± 1 |
8. Uwagi i wnioski
Podczas obserwacji linii widmowych nie udało nam się odczytać wszystkich prążków.
Było to spowodowane tym, że nie wszystkie prążki były dobrze widoczne. Pod uwagę wzięliśmy tylko te, które były najjaśniejsze i najwyraźniejsze.
Przy obserwacji widma wodoru zauważyliśmy trzy prążki. Linie widmowe wodoru zbliżone są do serii Balmera:
λ = (610 ± 2) [nm] - odpowiada przejściu atomu wodoru z orbity 3 na 2;
λ = (487 ± 1) [nm] - odpowiada przejściu atomu wodoru z orbity 4 na 2;
λ = (458 ± 1) [nm] - odpowiada przejściu atomu wodoru z orbity 5 na 2;
Niedokładna linia krzywej dyspersji spowodowana jest niedokładnością odczytu działki ze skali jak również niewyraźnymi liniami widma.