Цель работы

Научиться градуировать спектроскоп и по градуировочной кривой определить длину световых волн спектральных линий какого- либо светящегося газа.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ И ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Излучение света различными телами при их нагревании до высоких температур принято называть тепловыми или температурным излучением. Если свет от раскаленного тела пропустить через призму, то на экране за призмой получим непрерывную цветную полоску, к которой прибавляют еще справа и слева невидимые части. Вся картина вместе носит название непрерывного или сплошного спектра испускания. Такой спектр получается, например, от раскаленной вольфрамовой нити лампы накаливания. Если источником света является раскаленный газ или пар, то картина спектра существенно меняется: на месте непрерывно переходящих одна в другую цветных полос наблюдаются несколько ярких линий, разделенных темными полосами. Такие спектры называются линейчатыми.

Линейчатые спектры испускания возникают в тех случаях, когда источником излучения служат атомы или ионы химических элементов, находящихся в газообразном состоянии. Примерами линейчатых спектров служат спектры водорода, неона, гелия. Если источником излучения служат не атомы или ионы, а молекулы вещества, то получается так называемый полосатый спектр (например, спектр метана). По виду полосатый спектр похож на линейчатый, но только в полосатом спектре наблюдаются не цветные полосы на тёмном фоне, как у линейчатого, и наоборот, на цветном фоне - тёмные полосы. Для качественных исследований видимой части спектра служат различного вида спектроскопы. Один из наиболее простых типов состоит из треножного штатива (рис.1), на котором укреплены следующие части: коллиматор А, зрительная труба В и столик с призмой 4. Коллиматор А состоит из оптической трубы, в которой окуляр заменен щелью 9. Щель помещена в главном фокусе объектива О1 (рис.2)., поэтому лучи, идущие от нее, выходят из объектива параллельным пучком. Ширину щели можно менять с помощью винта. Призма 4, которая помещается на столике спектроскопа, устанавливается на угол наименьшего отклонения выходящих лучей. Лучи из объектива О1 падают на переднюю грань призмы (рис.2), в которой разлагаются и выходят параллельными пучками разных цветов и направлений, смотря по их составу. Пройдя призму, лучи поступают в оптическую трубу В через объектив О2, который дает изображение спектра в фокальной плоскости линзы ОЗ. Так как выходящие их призмы пучки параллельных лучей различных цветов имеют различное направление, то в фокальной плоскости линзы ОЗ получается ряд параллельных изображений этих пучков (ряд различно окрашенных изображений щели). Эти изображения рассматриваются через окуляр ОЗ трубы В. Для определения относительного положения полос спектра в окулярной трубе имеется указатель, который при помощи винта С (рис.1) можно передвигать и совмещать с любым изображением щели. На винте С есть миллиметровые деления, а барабан винта разделен на 50 частей. Ход винта равен 1 мм, следовательно, цена деления на барабане винта: N = 0,02м Положение каждого изображение щели можно характеризовать отсчетом на барабане. Работа заключается: 1) в градуировке шкалы спектроскопа и 2) в исследовании линейчатого спектра испускания какого-либо металла или газа, т.е. в определении длины волны линий, наблюдаемых в спектре этого газа.

ГРАДУИРОВАНИЕ СПЕКТРОСКОПА

Градирование спектроскопа заключается в построении градировочного графика спектроскопа по известным длинам волн линейчатого спектра известного газа, для чего по оси X откладываются показания барабана n, по оси У- длина волны Y. Для этого пользуются спектральными трубками, наполненными специально очищенными газами, находящимися под давлением около 1мм. рт. ст. и имеющими в средней части капилляр, где при пропускании разряда происходит наиболее интенсивное свечение. В качестве источника тока может быть небольшая индукционная катушка, питаемая постоянным током.

Щель предварительно установленного спектроскопа, следует, возможно, ближе придвинуть к капилляру спектральной трубки, причем она должна быть расположена параллельно капилляру, т.е. вертикально. Следует иметь также ввиду, что наблюдаемый в трубке спектр зависит помимо прочих условий и от того режима, при котором работает трубка, от величины искры, от интенсивности разряда, частоты прерывателя и т.д. Для каждой отдельной трубки необходимо найти из опыта наилучшие условия режима ее работы и обеспечить, таким образом, наибольшую четкость и яркость спектра.

Градирование барабана спектроскопа можно вести по любой трубке, если известны длины волн, находящегося в ней газа. Длины волн для градирования, их расположение и цвет даны в таблицах для справок.

ИЗМЕРЕНИЕ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ. ГРАДУИРОВКА СПЕКТРОСКОПА.

1. Устанавливают трубку и включают ток.

2. Наблюдая спектр, и осторожно вращая барабан, приводят указатель окуляра оптической трубы спектроскопа в совпадение с первой хорошо различимой линией, например, ярко-красной, и делают отсчет по шкале микрометрического винта барабана. Затем, вращая барабан, переводят указатель на следующую хорошо видимую линию и опять делают отсчет по шкале микрометрического винта барабана и т. д. Результаты измерений заносят в таблицу, предварительно записав в нее известные длины волн спектра, по которому ведется градуировка.

3. Строят график градуировки , откладывая на миллиметровой бумаге по оси абсцисс показания шкалы микрометрического винта барабана, а по оси ординат - длины волн. По графику определяют длины волн неизвестного газа, если известно положение линий по шкале микрометрического винта барабана спектроскопа[36].

4. Зарисовывают спектр, соблюдая интервалы по длинам волн между спектральными линиями.[37] Показания шкалы микрометрического винта барабана спектроскопа вносят в таблицу.

ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ И ВЫЧИСЛЕНИЙ