Zagadnienia teoretyczne

Jak ogólnie wiadomo, światło białe składa się z wszystkich kolorów widzialnych dla ludzkiego oka. Rozszczepiając światło to, np. za pomocą pryzmatu szklanego, otrzymujemy ciągły pas zmieniających się kolorów. Jest to widmo zwane dyspersyjnym lub pryzmatycznym. Położenie kolorów na widmie zależy od długości fali danego koloru światła. Współczynnik załamania światła maleje wraz z wzrastającą długością fali. To oznacza, że np. światło niebieskie zostanie odchylone bardziej niż czerwone.

Gdy rozszczepiane światło nie jest białe, mamy do czynienia z ciekawym zjawiskiem. Otóż wszystkie gorące gazy pod niskim ciśnieniem emitują światło składające się tylko z pewnych, ściśle określonych długości fal. Po rozszczepieniu ukazuje się widmo seryjne (szereg równoległych linii o różnych barwach). Gazy o cząsteczkach wieloatomowych tworzą widma pasmowe, składające się z szeregu linii, zagęszczających się w pobliżu głowicy pasma. Każdy gaz posiada swoje charakterystyczne widmo. Stąd łatwo można go zidentyfikować za pomocą spektroskopu. Metoda ta jest szczególnie uzyteczna przy badaniu na odległość np. składu atomowego dowolnej gwiazdy. Dopasowywując do jej widma charakterystyczne widma znanych gazów można w dużym stopniu ustalić jej skład.

Takie widma, powstałe przy bezpośrednim obserwowaniu ciał świecących nazywają się widmami emisyjnymi. Niektóre ciała można pobudzić do świecenia poprzez naświetlanie ich zewnętrznym źródłem światła. Otrzymane widma nazywamy widmami fluorescencji. Należy jeszcze wspomnieć o widmach absorbcyjnych, powstałych wskutek rozszczepienia światła białego po przeniknięciu przez (pół)przezroczystą substancję. Na widmie otrzymujemy wówczas ciemne smugi, które służą w tym przypadku do badania składu przenikanej substancji.

Urządzenie służące do badania widm nazywamy spektroskopem. Ogólnie rzecz biorąc, składa się on z pryzmatu i trzech rur ułożonych promieniście od pryzmatu; jedna z nich jest kolimatorem i służy do nakierowywania badanego światła w kierunku pryzmatu, druga (lunetka obserwacyjna z okularem) służy właśnie do badania rozszczepionego światła po wyjściu z pryzmatu, trzecia, lunetka ze wbudowaną skalą, służy do określania względnego położenia każdej linii:

Opis doświadczenia i wyniki pomiarów

Celem doświadczenia było odczytanie za pomocą krzywej dyspersji sporządzonej dla spektroskopu na podstawie gazu wzorcowego (w naszym przypadku helu) długości fal i widma rtęci. W tym celu pomierzono położenia linii w spektrum helu na podziałce spektroskopu i przypisano je do długości ich fal, spisanych z oficjalnej tabeli:

kolor	natężenie	położenie	długość fali
fioletowy	silny	14.0	447.15
niebieski	słaby	11.7	471.31
niebiesko-zielony	słaby	10.1	492.19
zielony	średni	9.5	501.57
żółty	b. silny	5.2	587.56
czerwony	średni	2.8	667.81
czerwony	słaby	1.9	706.52

Korzystając z programu Grapher, sporządzono wykres krzywej dyspersji (patrz rys. 1). Następnie, korzystając z tej krzywej i pomiarów położenia widma rtęci, odczytano długości fal rtęci (rys. 2) i zanotowano w poniższej tabeli:

kolor	natężenie	długość fali
fioletowy	silny	424
niebieski	b. słaby	456
niebiesko-zielony	b. słaby	472
zielony	silny	516
żółty	słaby	544
czerwony	b. słaby	640

Ocena błędu

Błąd należało odczytać z wykresu; zależał on głównie od błędu odczytu podziałki spektroskopu. Na wykresie została zachowana ta sama skala podziałki co w spektroskopie. Zaznaczono błędy odczytu dla dwóch wybranych pomiarów. W obu przypadkach błąd wynosił ok. 1 podziałkę na skali długości fali, czyli ok. 2 nm.

Wnioski

Porównując otrzymane wyniki z tymi przepisanymi z tablic, okazuje się, że wartości te jednak różnią się między sobą o więcej niż 2 nm:

Kolor	jest	powinno być	różnica
fioletowy	424	408	16
niebieski	456	436	20
niebiesko-zielony	472	492	-20
zielony	516	547	-31
żółty	544	578	-34
czerwony	640	623	17

Różnice te nie są na tyle duże, żeby można było mówić o istotnych błędach w pomiarach; średnia różnica względna waha się tutaj w granicach 5%. Niemniej, są to większe różnice niż by to wynikało z rozdzielczości skali spektrometru. Prawdobodobnie jest to wina tak człowieka, jak i rozregulowania / zużycia sprzętu. Podczas przeprowadzania doświadczenia zaistniały problemy z prawidłowym odczytem pozycji i koloru co ciemniejszych linii, co miało swoje podłoże w nieostrym i szczególnie ciemnym obrazie widma obu gazów. Największe trudności, właśnie ze względu na stosunkowo małą jasność widma, wystąpiły przy odczycie pomiarów dla rtęci. Należy także wziąć pod uwagę stosunkowo dużą liczbę części ruchomych w spektrometrze i możliwość ich zużycia i przemieszczania się podczas ruchu lunetką, lub podczas przesuwania spektroskopu w kierunku drugiej lampy. Chociaż otrzymane wyniki ogólnie zgadzają się z tymi przewidzianymi dla rtęci, do profesjonalnej analizy widm ów zestaw spektroskopowy się niestety nie nadaje.

---