Sprawozdanie pobrane ze StudentSite.pl
Chcesz więcej? Wejdź na: http://www.studentsite.pl/materialy_studenckie.html
Możesz także wspomóc swoimi sprawozdaniami innych: http://www.studentsite.pl/panel_materialy_studenckie/add

KF PŚk	Imię i Nazwisko:				Wydział, Grupa, Zespół:
Symbol ćwiczenia: O3		Temat: Badanie widm optycznych.
Data wykonania:			Data oddania do poprawy:	Ocena:

WSTĘP:

Ładunki elektryczne poruszające się z przyśpieszeniem lub wykonujące ruch drgający są źródłem fal elektromagnetycznych. Dla fal elektromagnetycznych zachodzą następujące zjawiska: odbicie, załamanie, dyspersja (zależność prędkości rozchodzenia się od długości fali), uginanie się (dyfrakcja), interferencja, polaryzacja. Różne rodzaje fal (promieniowania) mają tą samą naturę i różnią się między sobą jedynie długością (częstotliwością drgań).

Światło widzialne: - częstotliwość - 10¹⁵-10¹⁴ [Hz]

- energia fotonów - 10-7 [eV].

Rozszczepienie światła w pryzmacie. Światło białe przy przejściu przez pryzmat ulega rozszczepieniu (dyspersji). Polega to na zróżnicowaniu współczynników załamania w zależności od różnej częstotliwości drgań. Ogólnie mówiąc dyspersją nazywamy zależność prędkości fazowej v od długości fali:

v =f()

przy czym jeśli dv/d>0, to światło o większej długości fali rozchodzi się z większą prędkością fazową i mówimy wtedy o dyspersji normalnej. Jeśli dv/d<0, to promieniowanie o większej długości fali rozchodzi się z mniejszą prędkością fazową i dyspersja jest anomalna. Przy dv/d=0 dyspersja nie występuje.

Zjawisko rozszczepienia ilustruje rysunek:

Na ekranie ustawionym poza szklanym pryzmatem prostopadle do promieni odchylonych powstaje widmo promieniowania białego. Współczynnik załamania jest mniejszy dla światła czerwonego niż dla fioletowego. Ponieważ barwa światła zależy od długości fali stąd też wynika, że każdej długości fali odpowiada inny współczynnik załamania:

Rozróżniamy widma trojakiego rodzaju:

• ciągłe - dają je rozżarzone ciała stałe i ciecze oraz gazy znajdujące się pod dużym ciśnieniem np. widmo słoneczne.

• liniowe - dają atomy rozżarzonych gazów lub par metali. Widmo liniowe składa się z oddzielnych linii barwnych. Linie tego widma tworzą tzw. serie. W obrębie jednej serii przy przejściu lii coraz krótszym długością fali linie zbliżają się do siebie, a po osiągnięciu pewnej granicy, zlewają się.

• pasmowe - dają wzbudzone cząstki. Widmo takie zawiera dużą liczbę linii, które zlewają się w poszczególne pasma.

Wyżej wymienione widma są widmami emisyjnymi, ponieważ powstają poprzez nałożenie światła emitowanego przez ciało świecące.

Widmo absorbcyjne - powstaje jeżeli światło ze źródła przechodzi przez warstwę gazu lub pary o niższej temperaturze niż temperatura źródła, a następnie zostaje rozłożone na widmo, to na tle tego widma powstają ciemne linie. Linie te powstają w tych samych miejscach, w których powstały by linie w widmie emisyjnym danego gazu lub pary.

Widmo fluorescencyjne - niektóre ciała można pobudzić do świecenia przez naświetlenie ich światłem obcym, z zewnątrz. Ten rodzaj świecenia jest charakterystyczny dla struktury chemicznej pobudzanej substancji.

Przyrządy do badania widm to: spektrometry lub goniometry jednokołowe, spektroskopy, spektrografy.

Widmo dawane przez pryzmat nie jest czyste - poszczególne wiązki barwne zachodzą na siebie. Czyste widmo możemy otrzymać przy pomocy układu optycznego zastosowanego w spektroskopie. Typowy spektroskop składa się z kolimatora i lunetki podobnie jak spektrometr. Spektroskop posiada dodatkowy kolimator, w którym w miejscu szczeliny znajduje się podziałka. Działki i cyfry tej podziałki są przezroczyste, a tło nieprzezroczyste. Dodatkowy kolimator ustawiony jest tak, że jego światło odbija się od ścianki i pryzmatu bliżej lunetki i nakłada się na wiązkę przechodzącą przez pryzmat. Dzięki temu w lunetce na tle widma widzimy podziałkę, która pozwala na określenie poszczególnych linii widmowych.

Metoda analizy widmowej jest bardzo czuła. Pozwala ona wykryć ilość substancji rzędu 10^-7 mg w 1 cm³ dla widm emisyjnych lub rzędu 10^-8 mg w 1 cm³ dla widm absorbcyjnych i fluorescencyjnych.

Literatura:

Tadeusz Dryński „Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki.”, PWN, Warszawa 1977.

Henryk Szydłowski „Pracownia fizyczna.”, PWN, Warszawa 1973.

Encyklopedia internetowa.

OBLICZENIA I RACHUNEK BŁĘDÓW:

Wyniki pomiarów:

Sporządzanie krzywej dyspersji (skalowanie spektroskopu).

Nazwa gazu	Barwa linii widma	Położenie linii na skali x [mm]				Długość fali odczytywana z tablic [nm]
				P1	P2		P3	Średnia
	HEL	czerwona słaba	3	3	3,05	3,02	706,5
		czerwona	4	4	4	4	667,8
		żółta	6,7	6,7	6,7	6,7	587,6
		zielona słaba	11,3	11,3	11,3	11,3	504,8
		zielona silna	11,55	11,5	11,55	11,53	501,6
		zielono - niebieska	12,25	12,3	12,25	12,27	492,2
		niebieska	14,05	14,1	14,1	14,08	471,3
		indygo	16,6	16,6	16,65	16,62	447,1
		fioletowa słaba	17,8	17,7	17,65	17,72	439,0

Z powyższych pomiarów otrzymałem poniższą krzywą cechowania spektroskopu.

Po sporządzeniu krzywej dyspersji, która powstała z przeniesienia danych odczytanych przy badaniu rurki z helem nanosimy na wykres dane odczytane przy badaniu rurki z gazem nieustalonym. Dla odpowiednich wartości odczytanych z podziałki spektroskopu odczytujemy z wykresu dyspersji długości fali.

Barwy linii widmowej	Położenie linii na skali x [mm]	Długość fali odczytywana z wykresu [nm]	Nazwa szukanego gazu
czerwona mocna	3,4	690	NEON
czerwona	4	668
czerwona	4,5	645
pomarańczowa	5,2	620
żółta	6,5	590
żółta	6,9	580
zielona	9	540
zielona	9,4	530
zielono - niebieska	10,8	510
niebieska	11,4	503

Długości fal linii widmowych neonu:

Barwa linii widma	Długość fali odczytywana z tablic [nm]
ciemno czerwona	724,5
czerwona	640,2
silna pomarańczowa	614,3
żółta	594,5
bardzo silna żółta	585,2
zielona	540,0
zielona	534,1
niebieska	482,7

Porównując wartości z danymi tablicowymi możemy stwierdzić, że w rurce znajdował się gaz o nazwie neon.

Oszacowanie błędów:

Błędy jakie uzyskaliśmy to:

dla barwy czerwonej: 4,8nm;

dla barwy żółtej: 4,5nm;

dla barwy niebieskiej: 20,3nm.

Dla barwy czerwonej i żółtej śmiało możemy stwierdzić że błąd pomiaru długości fali
. Co prawda otrzymane przez nas błędy są większe, ale precyzja wykonania przez nas krzywej cechowania i fakt że pomiar nieznanego gazu odbył się tylko raz, przekonuje nas do takiego stwierdzenia.

Gorzej wygląda sytuacja z barwą niebieską, odchylenie jest na tyle duże, że przypuszczamy że pomierzona przez nas linia nie jest linią charakterystyczną neonu do której można się odnieść, żeby móc porównać i oszacować jakiś błąd.

WNIOSKI:

Wszystkie wyżej wymienione barwy (długości fali) za wyjątkiem barwy niebieskiej w przybliżeniu pokrywają się z danymi tablicowymi. Długość fali barwy niebieskiej dla neonu wynosi 482.7nm po odczytaniu wartości z wykresu wychodzi 503.

Uważamy, że pewnym czynnikiem wpływającym na uzyskane pomiary były warunki w jakich było przeprowadzane doświadczenie. Doświadczenie było wykonywane w pomieszczeniu zwanym ciemnią. Wykonując inne ćwiczenia mamy sposobność do porównania pracy w różnych warunkach i możemy stwierdzić, że praca w ciemności była obarczona wieloma czynnikami utrudniającymi prawidłowe wykonanie doświadczenia. Trudność sprawiała szczególna uwaga na spektroskop, aby nie zmienił swojego położenia i zapisywanie pomiarów na kartce, w związku z tym musieliśmy poprawiać zapisane wyniki.

---