додати матеріал

приховати рекламу

Дисперсія Спостереження спектрів

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

Лабораторна робота № 1

ДИСПЕРСІЯ. СПОСТЕРЕЖЕННЯ СПЕКТРІВ.

Мета роботи:
   Ознайомитися з призначенням, характеристиками та пристроєм монохроматора. Виробити його градуювання. Застосувати градуювання монохроматора для визначення довжин хвиль джерел світла.
1. Теоретична частина і експериментальна установка
Основною характеристикою хвиль є довжина хвилі l, яка пов'язана з частотою хвилі n і швидкістю хвилі з співвідношенням: .
Довжина електромагнітних хвиль лежить в широких межах: від значень близько 1000 м (радіохвилі) до 10 -10 см (гамма-випромінювання). Світло - це електромагнітні хвилі з довжиною хвилі від »400 нм до» 800 нм. Колір світла (суб'єктивне сприйняття об'єктивної фізичної характеристики світла - частоти воли) визначається частотою електромагнітної хвилі. Для червоного світла l кр »800нм, зеленого l з» 550 нм, фіолетового l ф »400 нм.
Світлові хвилі суворо визначеної довжини хвилі називаються монохроматичним   (Одноколірними). Змішані в певній пропорції світлові хвилі різних довжин хвиль дають біле світло (колір). Жоден з джерел світла не дає суворо монохроматичного світла, тобто хвилю суворо однієї довжини хвилі.
У вакуумі світлові хвилі з різною довжиною хвилі поширюються з однаковою швидкістю с = 300 000 км / с. Але в будь-якому речовині (середовищі) швидкість світла менше, ніж у вакуумі. У результаті цього спостерігається явище заломлення світла при переході світла з однієї середовища в іншу.
   Абсолютний показник заломлення середовища n показує у скільки разів швидкість світла у вакуумі більше ніж у даному середовищі .
Крім того, швидкість світла в середовищі залежить від його довжини хвилі v = f (l). Це явище називається дисперсією.


А
білий світ
j
кр.
                                                        ф.
                            
Рис. 1
Дисперсія призводить до того, що показники заломлення для світла різних довжин хвиль різні. Наприклад, для води n кр (червоний світло) = 1,331, n ф (фіолетове світло) = 1,344.
Явище дисперсії можна спостерігати за допомогою призми (рис. 1), в якій світлові промені заломлюються двічі на передній і задній поверхні призми. За допомогою призми світло розкладається в спектр.
Вид спектрів від різних джерел світла дуже різноманітний.
Спектри випромінювання можна розділити на три типи:
· Безперервні (або суцільні) спектри дають світяться тіла, що знаходяться в твердому або рідкому стані, а також щільні гази. У суцільному спектрі немає розривів, що означає присутність у випромінюванні світла всіляких довжин хвиль. Суцільні спектри дають, наприклад, лампи розжарювання.
· Лінійчатих спектри дають всі речовини в газоподібному атомарному (але не молекулярному) стані. Такі спектри - це «частокіл» кольорових ліній різної яскравості, розділених темними проміжками. Для спостереження лінійчатих спектрів використовують світіння газів або парів речовин в полум'ї або електричної дуги, а так само газовий розряд у трубці, наповненою досліджуваним газом або парою при низькому тиску.
· Смугасті спектри складається з окремих смуг, розділених темними проміжками. Смуги утворюються шляхом накладення великого числа близько розташованих ліній. Смугасті спектри створюються не атомами, а молекулами, і спостерігаються у твердих і рідких зразках.
Якщо пропускати білий світ крізь холодний газ, рідина, розчин, прозоре тверде тіло, то на тлі безперервного спектра джерела спостерігаються темні лінії або смуги. Такі спектри називаються спектрами поглинання (абсорбції).
Спектри несуть величезну інформацію про їх джерела. Вивчення спектрів дозволяє визначити температуру випромінюючого тіла, його хімічний склад, характер руху джерела, енергетичні характеристики атомів і молекул і т. д.
Монохроматор - це один з видів спектральних приладів, призначений для розкладання випромінювання в спектр з метою подальшого визначення фізичної природи джерела цього випромінювання. Для цього спектр повинен бути «розтягнутий» настільки, щоб у ньому не перекривалися вузькі ділянки (лінії) спектру. Кількість, положення і відносні інтенсивності цих лини суворо індивідуальні і характерні для кожної речовини.

Рис. 2
У даній роботі вивчається монохроматор УМ2 (універсальний монохроматор, модель 2), призначений для спектральних досліджень видимого і, частково, інфрачервоного та ультрафіолетового випромінювання. Розкладання світла тут здійснюється на основі явища дисперсії. Диспергирующим елементом у ньому є скляна призма Аббе.
Оптична схема монохроматора показана на рис. 2. Тут: 1 - досліджуваний джерело світла; 2 - конденсорная лінза, призначена для збільшення яскравості освітлення щілини. Ширина вхідної щілини 3 регулюється мікрометричним гвинтом 4. Об'єктив 5 формує паралельний пучок світла і направляє його на передню грань призми. Точна настройка (переміщення) цього об'єктива проводиться за допомогою мікрометричного гвинта 6. Призма Аббе 7 встановлена ​​на столику 9, який приводиться в обертання барабаном 8. За допомогою об'єктива 10 зорової труби зображення вхідної щілини монохроматора формується поблизу фокальної площини окуляра 12. У цій же площині поміщений візир 11 - вістря голки. Це дозволяє при візуальному спостереженні через окуляр одночасно бачити різкі зображення вхідної щілини (вертикальні смужки світла) і візира. Коли столик 9, на якому укріплена призма 7, барабаном 8 повертається щодо вертикальної осі, спектр також повертається, переміщаючись горизонтально, і в полі зору
окуляра потрапляють різні ділянки спектру.

2. Експериментальна частина
Завдання 1. Підготовка монохроматора до роботи
1. Огляньте монохроматор, перевірте відповідність комплекту установки малюнку на планшеті, який додається до приладу. Прочитайте наявні на приладах інформаційні таблички. Користуючись малюнком на планшеті, усвідомите призначення вузлів і ручок управління монохроматором. Розгляньте блок живлення, ртутну і неонову лампи.
2. На блоці живлення дозволите тумблер "Мережа". На підставі монохроматора розташовані тумблери вмикання освітлення шкал і окулярного візира.
3. У полі зору окуляра спостерігається окулярний покажчик - візир 11, вертикальне вістря голки. Обертаючи обичайку окуляра, зробіть візир максимально різким. Повертаючи диск зі світлофільтрами нагорі окуляра, можна міняти колір підсвічування візира. Слід використовувати колір, найближчий до кольору спостережуваного ділянки спектру. Інтенсивність підсвічування візира підбирається регулятором, розташованим поряд з його вимикачем.
4. Вивчіть шкалу відлікового барабана. Поділу на барабані нанесені в градусних одиницях j ° (2 ° / справ). Переконайтеся, що при проходженні всього барабана, відліковим прапорець з рискою не сходить з направляючою канавки барабана (при обертанні барабана прапорець бажано притримувати пальцем). Відлік поділів ведеться за спеціальною ризик з точкою на прапорці.
5. Встановіть на рейку ртутну лампу впритул до вхідної щілини монохроматора. Харчування лампи здійснюється від спеціального блоку.
Увага! Ртутна лампа поряд з видимим світлом випромінює ультрафіолет, шкідливий для очей. Щоб уникнути опіків сітківки ока, лампа поміщена в непрозорий футляр з віконцем, спрямованим у бік щілини монохроматора.
6. Розкрийте вхідну щілину на досить велику ширину (ручка мікрометричного гвинта 4). Рукоятку затвора поставте в положення "Об.".
7. Наблизивши очей до окуляра монохроматора, обертанням барабана 8 пройдіть спочатку весь спектр в будь-якому напрямку. У полі зору повинні спостерігатися вертикальні смуги від червоного до фіолетового кольорів.
8. Обертаючи барабан 8, знайдіть у спектрі і встановіть у полі зору окуляра яскраву подвійну жовту лінію. Поступово зменшуючи ширину щілини і користуючись ручкою фокусування 6, добийтеся, щоб лінії стали максимально контрастними - тонкими і яскравими. «Жовтий дублет» ртуті повинен чітко розрізнятися.
9. При перегляді всього спектру ртуті по краях барабана має залишатися певний запас поділок.
Завдання 2. Градуювання монохроматора
Мета: Градуювання будь-якого вимірювального приладу - це встановлення однозначної відповідності між значеннями спостерігається фізичної величини і показаннями приладу. Зокрема, при градуюванні монохроматора, необхідно встановити залежність між довжинами хвиль ліній, спостережуваних в добре вивчених (еталонних) спектрах і свідченнями барабана 8: l = f (j). Ця залежність повинна бути відображена у вигляді градуювального графіка. Надалі градіровочний графік може бути використаний для визначення довжин хвиль у невідомих спектрах.
Градуювання виконується за лінійчатим спектрами газів, довжини хвиль спектральних ліній яких вже відомі. У цій роботі монохроматор градуюється за спектрами парів ртуті та інертного газу неону.
У таблиці 1 вказані номер, колір, довжини хвиль для всіх ліній у спектрі ртуті в діапазоні видимого світла від 400 нм до 710 нм. Цей спектр випромінюється в низьковольтному дуговому розряді однозарядними іонами ртуті.
Для отримання повного спектру ртуті необхідно дуже добре налаштувати прилад і використовувати якісну ртутно-кварцову лампу. У студентській лабораторії вдається спостерігати найбільш яскраві лінії цього спектру (у таблиці виділено жирним шрифтом, яскравість ліній дана в спеціальних одиницях).
Звичайно добре спостерігається одна з "помаранчевих" ліній, дві близько розташовані жовті лінії (дублет), одна яскрава зелена, синьо-зелена (блакитна) і синя яскрава. Червоні лінії спектра і фіолетову (405 нм), незважаючи на відносну яскравість останньої, спостерігати візуально складно, так як їх кольори лежать на кордонах колірного сприйняття людського ока. Але при досить гарній настройці приладу їх все ж таки вдається спостерігати. Треба розуміти, що колір - характеристика досить суб'єктивна і те, що один спостерігач назве червоною (або синім), інший може назвати помаранчевим (або фіолетовим).
Таблиця 1
№ п / п
Колір лінії
l, нм
Яскравість
№ п / п
Колір лінії
l, нм
Яскравість
1
Червона
709
20
18
Зелена
529
2
2
- "-
708
25
19
- "-
521
2
3
- "-
691
25
20
- "-
513
2
4
- "-
671
16
21
- "-
512
4
5

Помаранчева

3
22
- "-
510
2
6
- "-
612
2
23
- "-
502
4
7
- "-
607
2
24
- "-
499
3
8
Жовта
587
2
25
Синьо-зелена
492
10
9
- "-
585
6
26

- "-

489
3
10
- "-
580
14
27
- "-
482
3
11
Яскравий жовтий дублет
579
100
28

Синя яскрава

436
400
12
577
24
29
- "-
435
40
13
- "-
567
16
30
- "-
434
4
14
Зелена
555
3
31
- "-
434
30
15

Зелена яскрава

546
320
32

Фіолетова

411
4
16
- "-
538
3
33
- "-
408
12
17
- "-
535
6
34
- "-
405
180

Рис. 3

Ототожнення ліній у спектрах - це трудомістка й копітка робота. Для її полегшення показана схема розташування ліній у спектрі ртуті (рис. 3 а) та їх відносні інтенсивності (рис. 3 б).
1. Починаючи з фіолетового кінця спектра, обертаючи барабан «на себе», поставте навпроти візира перший спостережувану лінію спектру.
2. У таблицю 1 звіту занесіть значення довжини хвилі лінії і відлік по барабану.
3. Продовжуйте градуювання. Ототожнити найбільш характерні лінії: яскраве синє, дуже яскраве зелене, одну з жовтого дублету і т. д. Можливо, вдасться спостерігати крайню фіолетову і одну з червоних ліній.
4. Оцініть «на око» яскравість ліній за умовною десятибальною шкалою. Найяскравішою лінії присвоюється знак 10, найслабшою - 1.
5. Після завершення вимірювань ртутного спектра вимкніть ртутну лампу. Її повторне включення можливо не раніше ніж через 5-10 хвилин.
6. Замініть ртутну лампу на неонову, харчування якої здійснюється напругою
Рис. 4

220В. Ототожнити кілька ліній спектра неону. З спектру неону можна, наприклад, вибрати лінію 630 нм з трійки помаранчевих ліній і дві - три інші лінії - рис. 4.
7. Природно, градуювальні криві, побудовані по спектру ртуті і по спектру неону, на кордоні повинні плавно сполучатися.

8. Побудуйте на міліметровому папері градуювальний графік, як показано на рис. 4, відкладаючи по горизонтальній осі поділу j   по барабану, а по вертикальній осі - довжину хвилі l. (Ще краще, якщо побудова градуювального графіка ведеться одночасно з вимірюваннями і заповненням таблиці 1 звіту. Тоді буде відразу видно, що будь-яка точка не лягає на плавну криву, і її слід «переміряти»). Кутова координата j по осі абсцис (рис. 5) відкладається в порядку убування. Це зроблено для того, щоб точки на графіку відповідали розташуванню ліній спектра в полі зору труби монохроматора. Спочатку побудови графіка точки наносяться акуратно гостро відточеним олівцем. Якщо виникає розкид точок, то слід перевірити ще раз ототожнення ліній на цій ділянці. Після уточнення точки слід відзначити більш чітко. У точок, відповідних найбільш яскравим лініях вкажіть довжину хвилі. З'єднайте точки кривою лінією. Графік має бути гладкою монотонну криву, що проходить через кожну виміряну крапку.
Завдання 3. Спостереження суцільного спектру випромінювання та спектрів поглинання
1. Джерелом суцільного спектру є лампа розжарювання. Встановіть освітлювач з лампою розжарювання на рейку монохроматора і поспостерігайте суцільний спектр лампи.
2. Для спостереження спектрів поглинання в даній роботі використовуються інтерференційні фільтри, пропускають світло в дуже вузькому інтервалі довжин хвиль. Вставте один з фільтрів в утримувач, укріплений на монохроматор. Виміряйте довжину хвилі середини смуги пропускання фільтру.
3. Порівняйте отримане значення з вказаним на фільтрі і зробіть висновок про точність вимірювань.
4. Оцініть якість фільтру: чи немає інших, крім основної, смуг пропускання; наскільки вузька смуга пропускання.
Завдання 4. Вимірювання довжини хвилі випромінювання лазера
Визначте довжину хвилі випромінювання виданого для досвіду лазера.

Завдання 5. Дослідження невідомого спектру
(Виконується за завданням викладача)
1. За допомогою градуювальної кривої, побудованої для даного спектрального апарата в даних умовах можна визначати довжину хвилі ліній у спектрі будь-якого невідомого випромінювання. У даній роботі досліджується спектр газу, отриманий в тліючому розряді.
2. Встановіть трубку з газом на рейку приладу впритул до щілини. Підключіть її до джерела живлення. Відрегулюйте положення лампи так, щоб лінії в спектрі були максимально яскравими.
3. Для кожної спектральної лінії виміряйте кутову координату j за шкалою вимірювального барабана. За градуювальним графіком для кожної лінії за значеннями кута j визначається довжина хвилі l (таблиця 3 звіту).
4. Отримана таблиця може бути звірена зі значеннями, взятими з спектральних таблиць.
5. Описані вище операції складають основу методу ідентифікації речовини за його спектру - так званого «якісного» спектрального аналізу.
Звіт з лабораторної роботи № 1
Дисперсія. Спостереження спектрів
виконаної студент курсу, група
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
«... ...» ... ... ... ... ... 200 р.
Завдання 2. Градуювання монохроматора УМ2
Таблиця 1

п / п
Колір
l, нм
з таблиці
  j, °
Яскравість
«На око»
Ртуть
1
2
3
4
5
6
7
8
Неон
9
10
11
12
Градуювальних графік монохроматора виконується на окремому аркуші міліметрового паперу зручного формату і додається до звіту.
Підпис: Градуювальних графік монохроматора виконується на окремому аркуші міліметрового паперу зручно-го формату і додається до звіту.



Завдання 3. Спостереження суцільного спектру випромінювання та спектрів
поглинання
Таблиця 2
№ п / п
j, °
l, нм
по градуюванні
l, нм
зазначена на фільтрі
± D l, нм
Якість фільтра
1
2
3
4
5
6
7
Завдання 4. Вимірювання довжини хвилі випромінювання лазера
Завдання 5. Дослідження невідомого спектру
Таблиця 3
Газ ... ... ... ... ... ... ... ...
№ п / п
Колір
Яскравість
j, °
l, нм
по
  градуюванні
l, нм
табличне значення
± D l, нм
1
2
3
4
5
Висновок: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Фізика та енергетика | Лабораторна робота | 126.1кб. | скачати

Схожі роботи:
Форми статистичного спостереження Види та способи спостереження Помилки спостереження та спосо
Дисперсія імпульсів в одномодових волокнах
Дисперсія у одномодових телекомунікаційних волокнах
Дослідження спектрів немодульований і модульованих коливань
Дослідження спектрів немодульований і модульованих коливань і сигналів
Визначення довжин хвиль випромінювання джерел дискретного і безперервного спектрів
Метод спостереження
Вибіркове спостереження
Статистичне спостереження 3
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru