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.

---