Nr ćwicz. 304	Data: 12.11.97	Arkadiusz Sitek	Wydział Elektryczny	Semestr: I	Grupa: T4
prowadzący: prof. dr hab. Danuta Wróbel					Przygotowanie:	Wykonanie:	Ocena ostat.:

Temat: Badanie widm za pomocą spektroskopu.

Światło emitowane przez dowolne źródło promieniowania składa się z fal elektromagnetycznych o różnych długościach. Możemy się o tym przekonać wykorzystując pryzmat - przyrząd posiadający zdolność dyspersji, czyli rozszczepienia światła. Gdy światło białe, po przejściu przez wąską podłużną szczelinę, pada na pryzmat, ulega dwukrotnie załamaniu na ściankach łamiących oraz rozszczepieniu barwnemu polegającemu na różnym odchyleniu promieni o różnych barwach. Promienie czerwone odchylane są najmniej, a fioletowe najsilniej.

Rozszczepienie jest bezpośrednim następstwem faktu, że współczynnik załamania zależy od długości fali. Dyspersją ośrodka nazywamy pochodną współczynnika załamania względem długości fali

.

Wielkość tę możemy przedstawić w postaci funkcyjnej, gdyż znana jest przybliżona zależność współczynnika załamania od długości fali, Ma ona dla ciał przezroczystych postać

gdzie A i B są pewnymi stałymi.

Uwzględniając powyższe znajdujemy, że dyspersję ośrodka w zależności od długości fali wyraża się wzorem

Widzimy, że dyspersja ośrodka wzrasta szybko, gdy długość fali maleje.

Wielkość rozszczepionej przez pryzmat zależy nie tylko od dyspersji ośrodka, lecz również od kąta padania i kąta łamiącego. Wielkością charakteryzującą rozszczepienie dla danego pryzmatu jest dyspersją kątową pryzmatu

,

gdzie
jest kątem odchylania.

Obraz rozszczepionej wiązki na ekranie nazywamy widmem promieniowania danego źródła światła. Ciała stałe w podwyższonej temperaturze emitują promieniowanie o widmie ciągłym, zawierającym wszystkie możliwe długości fal.

Gazy dwuatomowe i bardziej złożone. pobudzone do świecenia, emitują długości fal z pewnych przedziałów, dając widmo pasmowe.

Gazy jednoatomowe oraz pary ciał stałych promieniują widmo liniowe, w którym występuje zespół kilku do kilkudziesięciu długości fal o ściśle określonych wartościach.

Do badania widm używa się spektroskopów , w których elementem rozszczepiającym światło jest siatka dyfrakcyjna lub pryzmat.

Widmo absorpcyjne - układ ciemnych pasm (dla ciał stałych i cieczy) lub linii (dla gazów).

Fotoluminescencja - niektóre ciała można pobudzić do świecenia przez naświetlanie ich z innego źródła. Ten rodzaj świecenia nazywamy fotoluminescencją.

Reguła Stokesa - badając widmo luminescencji dla tej samej substancji można zauważyć, że to ostatnie jest przesunięte bardziej w stronę fal długich. Ta prawidłowość nosi nazwę reguły Stokesa i może być wytłumaczona na bazie zasady zachowania energii. Kwant promieniowania pochłoniętego ma energię , która nie może być mniejsza od energii kwantu promieniowanego, gdyż światło pochłonięte jest źródłem energii dla procesu emisji:

Biorąc pod uwagę związek , otrzymamy nierówność: która wyraża właśnie regułę Stokesa

Przebieg ćwiczenia:

1. Oświetlić lampę kolimatora lampą wzorcową.

2. Odczytać położenie linii widmowych na skali przyrządu i z tablicy znaleźć odpowiadające im długości fali.

3. Na papierze milimetrowym wykreślić krzywą dyspersji.

4. Zbadać widmo lampy. Podać, jakim gazem jest wypełniona.

Informacje dodatkowe:

1. Spektroskop został zastąpiony monochromatorem.

2. Krzywą dyspersji monochromatora wykreślamy dla znanego widma. Wartość s odczytujemy na śrubie mikrometrycznej monochromatora, gdy linia widma znajduje się na przecięciu nici pajęczych okularu.

3. Długość fal widma lampy wzorcowej:

kolor	l [nm]	S [cm^-1]
czerwona słaba	772.8	12350
czerwona słaba	737.2	12455
czerwona słaba	690.7	12555
czerwona mocna	623.4	12875
czerwona słaba	612.3	12955
pomarańczowa słaba	607.2	12995
pomarańczowa słaba	589.0	13145
żółta bardzo mocna	579.1	13235
żółta bardzo mocna	576.9	13255
żółto zielona b. słaba	567.5	13350
zielona b. mocna	546.1	13570
niebiesko - zielona słaba	536.5	13695
niebieska b. słaba	504.6	14125
niebieska b. słaba	502.6	14155
niebieska mocna	499.1	14250
niebieska b. mocna	491.6	14320
niebieska b. mocna	435.8	15435
niebieska b. słaba	434.7	15485
niebieska b. słaba	433.1	15560
fioletowa słaba	407.8	16250
fioletowa mocna	404.6	16350

Analiza pomiarów:

nr rurki	natężenie	S [cm^-1]	l [nm]	wartość tablicowa l [nm]	widmo pierwiastka
1	b. słaba	12640	673	670,8	Lit
1	b. słaba	13000	607	610,4
2	słaba	12620	670		Neon
	b. mocna	12750	643	640,2
	b. słaba	12790	636
	mocna	12880	618	614,3
	słaba	12930	616
	mocna	13048	594	594,5
	b. mocna	13128	585	585,2
3	b. słaby	12320	780	783,5	mieszanina par
	b. słaby	12370	766	738,4	rtęci i kadmu
	słaby	12505	706
	mocny	12590	685
	b. mocny	12690	658
	słaby	12790	637	643,8
	mocny	12880	622	623,4
	mocny	12930	616
	b. mocny	13040	601
	b.. mocny	13125	589	579,1
	b. słaby	13200	581	577,0
	mocny	13590	547	546,1
	b. słaby	13662	538
	b. mocny	14340	490	480
	b. słaby	14760	466	467,8
	słaby	15420	436	435,8

Wnioski:

Wyniki otrzymane dla rurek 2 i 3 nie są zbyt dokładne. Może to być spowodowane tym, że podczas przeprowadzania doświadczenia zapalona była lampa przy sąsiednim stoliku, co mogło dać dodatkowe długości fali dla danej rurki Geisslera.

Z tabelki wynika, że w pierwszej badanej rurce znajdował się lit, w drugiej najprawdopodobniej neon, a w trzeciej mogła być mieszanina par rtęci i kadmu.

---