Ćwiczenie 20

Ćwiczenie 47
Badanie widma emisyjnego gazów. Wyznaczanie nieznanych długości
fal
I. Wymagania do ćwiczenia
1. Równania Maxwella dla płaskiej fali elektromagnetycznej. Równanie różniczkowe
fali.
2. Model Bohra atomu wodoru
3. Powstawanie widma emisyjnego
4. Bieg światła w pryzmacie. Zjawisko dyspersji.
5. Zasada działania spektrometru pryzmatycznego
Literatura
1. J.M. Massalski, M. Massalska, Fizyka dla inżynierów t. 2, WNT, Warszawa 1975
2. I.W. Sawieliew, Wykłady z fizyki, t. 3, Wydawnictwo Naukowe PWN 1994, str. 57
– 74,
II.
Metodologia wykonania pomiarów
Spektrometr pryzmatyczny
Spektrometr pryzmatyczny jest urządzeniem służącym do pomiaru długości fali widma.
Jeśli układ skonstruowany jest tak, że widmo można obserwować gołym okiem, to
nazywamy go spektroskopem, jeśli widmo rejestrowane jest np. na kliszy fotograficznej
– spektrografem. Konstrukcje spektrografów mogą być różnorodne. Ten zastosowany w
ćwiczeniu składa się z trzech pryzmatów: na dwóch zachodzi dyspersja (P1, P2), trzeci
(P3) służy do zmiany kierunku promieni.
Pryzmat P3 połączony jest z bębnem
P2
spektrografu w taki sposób, że obrót bębna
powoduje równię jego obrót wokół osi
P3
przechodzącej przez środek pryzmatu. Sprężyna
S powoduje likwidację ewentualnych luzów na
luneta
gwincie śruby powodującej obrót pryzmatu.
S
Położenie wybranej linii widmowej o danej
P1
bęben
barwie (długości) wyznaczamy ustawiając tę
linię na wskazówkę widoczną w polu okularu
kolimator lunety. Położenie danej linii odczytujemy na
skali znajdującej się na bębnie spektrografu.
Zależność położenia danej linii od długości fali
Sz
jest charakterystyczna dla danego spektroskopu
i nosi nazwę krzywej dyspersji spektroskopu.
Przyrządy: spektroskop, transformator, rurki Plückera wypełnione różnymi gazami
1
1. Rurkę Plückera wypełnioną helem włożyć w uchwyt, połączyć z
transformatorem zasilającym rurkę.
Uwaga: Napięcia uzyskiwane w transformatorze są rzędu kV. Należy więc
zachować szczególną ostrożność i nie dotykać części nieosłoniętych rurki i
cewki. Czynności te należy wykonać w obecności osoby prowadzącej zajęcia.
2. Ustawić rurkę tak, aby w obiektywie spektroskopu uzyskać intensywne widmo
liniowe. Jeśli dodatkowo oświetlimy szczelinę Sz światłem białym, to uzyskamy
widmo liniowe na tle widma ciągłego.
3. W celu wyskalowania spektrometru przeprowadzić pomiar położenia LHe na
skali spektrometru wszystkich widocznych linii widmowych helu.
4. Dla wybranej linii widmowej pomiar położenia powtórzyć 10-krotnie.
5. Zamienić rurkę Plückera na wypełnioną gazem dającym inne widmo liniowe i
wskazaną przez prowadzącego zajęcia. Odczytać w analogiczny sposób jak w p.
3 położenie L linii widmowych.
6. Wyniki pomiarów wpisać do tabeli
Lp.
LHe
[-]
He
L
[-]
[nm]
  u( )
[nm]
III. Obliczenia
1. Na podstawie pomiarów przeprowadzonych w p. 4 wyliczyć odchylenie
standardowe u(LHe).
2. Wykreślić zależność He  f ( LHe ) . Długości fali dla widma helu podane są w
tabeli poniżej.
3. Przeprowadzić próbę dopasowania funkcji drugiego stopnia do punktów
pomiarowych dla helu, wykorzystując w tym celu program ORIGIN lub EXCEL.
4. Wyznaczyć długości fal badanego widma. Wyznaczyć niepewność u().
Długość fali najsilniejszych linii widzialnych widma emisyjnego helu
2
He [m]
Barwa
natężenie
0,7065
0,6678
0,5876
0,5411
0,5047
0,5015
0,4921
0,4685
0,4471
0,4387
czerwona
czerwona
żółta
żółto-zielona
zielona
zielona
zielono-niebieska
niebieska
fioletowa
fioletowa
słaba
silna
bardzo silna
bardzo słaba
słaba
silna
umiarkowana
silna
silna
bardzo słaba