laborka1.doc

1.Przygotowanie teoretyczne.

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 emitują widmo liniowe,  w którym występuje zespół kilku do kilkudziesięciu długości fal  o ściśle określonych wartościach.

Reguła Stokesa: badając widmo absorpcji i 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. Zatem .Biorąc pod uwagę związek , otrzymamy nierówność: która wyraża właśnie regułę Stokesa. Do badania widm używa się spektroskopów , w których elementem rozszczepiającym światło jest siatka dyfrakcyjna lub pryzmat.

2. Przebieg ćwiczenia:

1. Oświetlić lampę kolimatora lampą wzorcową (rtęciową).

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. Spekroskop 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: