Zespół	Imię i nazwisko	Fizyka Techniczna i Modelowanie Komputerowe Gr. 2A, semestr 00/01
5	Krzysztof Klima
Nr ćw.	Temat ćwiczenia	Data	Ocena	Podpis
24	Analiza spektralna gazów	10 XI 2000

1. Wprowadzenie

Jak wiemy światło emitowane jest przez atomy (cząsteczki), w porcjach zwanymi kwantami. Energia kwantu wiąże się z częstotliwością fal emitowanego promieniowania i długością fali świetlnej λ i wyraża się wzorem:

Gdzie: h - jest stała Plancka, c - prędkość światła

Emisja kwantu mam miejsce wtedy, gdy wewnątrz atomu następuje obniżenie energii elektronu, co można obrazowo przedstawić jako przejście elektronu na niższą orbitę lub gdy elektron swobodny zostaje przechwycony przez jon i zajmuje opróżnione miejsce w jego powłokach elektronowych pozbywając się przy tym nadmiaru energii. Poziomy energetyczne w atomach są ściśle określone przez prawa mechaniki kwantowej. Stąd wynika, ze kwanty światła związane z przejściami wewnątrz atomów mają ściśle określone częstotliwości, czyli atomy emitują widmo liniowe. Elektrony przechwycone przez jony z zewnątrz mają energię przypadkowe, towarzyszy więc takim przypadkom emisja promieniowania o równie przypadkowej częstotliwości. To ostatnie promieniowanie przyczynia się do wytworzenia widma ciągłego. Widma pasmowe związane są z przejściami w cząsteczkach, występują tam poziomy o bardzo mało różniących się energiach, przejścia wewnątrz zespołów takich poziomów dają więc całe serie bardzo blisko siebie leżących linii widmowych. W ćwiczeniu obserwować będziemy liniowe widma rtęci oraz nieznanych gazów a także widmo emitowane przez mieszaninę wodoru atomowego H z wodorem cząsteczkowym H₂. W tym ostatnim przypadku zobaczymy więc widmo liniowe wodoru jedno atomowego wymieszane z widmem pasmowym wodoru cząsteczkowego.

Budowa spektroskopu:

P - pryzmat - tutaj dociera wiązka światła badanego. Część z niego się odbija, część ulega rozproszeniu tworząc widmo.(najbardziej odchylone są promienie fioletowe, najmniej czerwone).

K - kolimator - układ optyczny mający za zadanie utworzyć równoległą wiązkę światła będącą źródłem światła dla spektroskopu

L - luneta - na jej obiektyw padają odchylone wiązki, dając na płaszczyźnie szereg odwróconych, rzeczywistych, pomniejszonych obrazów szczeliny. Obrazy te oglądamy przez okular. Obrazy te to widmo ciała świecącego. Rozróżniamy dwa rodzaje widma:

1. widmo ciągłe - gdy obrazy leżą jeden przy drugim i otrzymujemy płynne przejście jednej barwy w drugą.

1. widmo liniowe - powstają pojedyncze obrazy szczeliny w pewnych odległościach od siebie (ciało emituje tylko fale o pewnych długościach)

S' - rurka ze skalą - jej budowa podobna jest do budowy kolimatora. Zamiast szczeliny jest tam nieprzeźroczysta klisza z naciętą skalą. Jej obraz jest rzutowany na pryzmat, tworząc w lunecie po odbiciu obraz skali, umożliwiającej identyfikacje widma.

Charakterystyka spektroskopu - to wykres obrazujący zależność długości fali linii od położenia jej na skali spektroskopu. Do jej sporządzania wykorzystujemy widmo par rtęci.

Analiza widmowa - to w naszym przypadku porównanie zaobserwowanych widm z widmami zebranymi w atlasie widm. Na tej podstawie można zidentyfikować różne substancje.

Absorpcja - Pochłanianie fal o charakterystycznej częstotliwości

Emisja - wysyłanie fal o charakterystycznej długości

W zależności które z dwóch powyższych zjawisk ma miejsce, w widmie występują bądź świecące paski (emisja), bądź też przerwy (absorpcja).

2. Wykonanie ćwiczenia

Zadanie 1

Aby otrzymać ostry obraz szczeliny, należy spektroskop wyregulować. Następnie oświetlamy szczelinę spektroskopu lampą rtęciową , ustalamy szerokość szczeliny i odczytujemy położenie linii na skali. Wyniki pomiarów wpisujemy do tabeli.

Lp.	Barwa linii	Intensywność (silna, średnia, słaba)	Położenie linii na skali	Długość fali λ [nm]
1	czerwona	słaba	7,1	690,7
2	czerwona	średnia	8,4	625,4
3	czerwona	średnia	8,6	615,2
4	żółta	silna	9,45	579,1
5	żółta	silna	9,55	577,0
6	zielona jasna	silna	10,5	546,1
7	zielona ciemna	średnia	12,5	496,0
8	zielona ciemna	silna	12,7	491,6
9	niebieska	silna	16,25	435,8
10	fioletowa	średnia	18,8	407,8
11	fioletowa	silna	19,1	404,7

Zadanie 2

Przechodzimy teraz do obserwacji widm gazów zawartych w rurkach Geisslera. W tym celu w miejsce lampy rtęciowej wstawiamy odpowiednią rurkę Geisslera, doprowadzamy do niej wysokie napięcie i na skali spektroskopu odczytujemy położenie poszczególnych linii widmowych. Długość fal poszczególnych linii widmowych odczytujemy później z charakterystyki spektroskopu.

Lp.	Barwa linii	Intensywność (silna, średnia, słaba)	Położenie linii na skali	Długość fali λ [nm]	Długość tablicowa fali λ [nm]
1	czerwona	słaba	7,1	690	706,52
2	czerwona	średnia	7,6	656	667,81
3	żółta	silna	9,3	584	587,57
4	zielona	średnia	12,4	500	501,57
5	niebieska	słaba	12,8	490	492,19
6	niebieska	silna	13,1	484	471,31
7	fioletowa	słaba	15,5	445	447,15

Porównując długości fal uzyskanych w ćwiczeniu z danymi tablicowymi możemy wnioskować, że pierwszy z badanych gazów to HEL.

Lp.	Barwa linii	Intensywność (silna, średnia, słaba	Położenie linii na skali	Długość fali λ [nm]	Długość tablicowa fali λ [nm]
1	czerwona	słaba	7,5	666	667,8
2	czerwona	słaba	7,6	660	659,9
3	czerwona	słaba	7,8	650	650,6
4	pomarańczowa	średnia	7,9	646	640,2
5	pomarańczowa	średnia	8,1	636	638,3
6	pomarańczowa	średnia	8,2	634	633,4
7	pomarańczowa	słaba	8,3	630	630,5
8	pomarańczowa	silna	8,4	625	626,6
9	pomarańczowa	średnia	8,4	623	621,7
10	pomarańczowa	średnia	8,5	618	616,3
11	pomarańczowa	silna	8,6	615	614,3
12	pomarańczowa	słaba	8,7	610	609,6
13	pomarańczowa	średnia	8,8	607	607,4
14	pomarańczowa	silna	8,9	601	603,0
15	żółta	średnia	9,2	588	588,2
16	żółta	silna	9,3	585	582,0

Porównując długości fal uzyskanych w ćwiczeniu z danymi tablicowymi możemy wnioskować, że drugi z badanych gazów to NEON.

1

- 3 -

---