Экспериметальная установка

Для измерения длин волн спектральных линий в работе используется стеклянно-призменный монохроматор УМ-2, предназначенный для спектральных исследований в диапазоне от 380 до 1000 нм. В состав прибора входят следующие основные части (рис. 2):

1. Входная щель 1, снабженная микрометрическим винтом 9, который позволяет открывать щель на нужную ширину. Обычная рабочая ширина щели равна 0,02…0,03 мм.

2. Коллиматорный объектив 2, снабженный микрометрическим винтом 8. Винт позволяет смещать объектив относительно щели при фокусировке спектральных линий различных длин волн.

3. Сложная спектральная призма 3, установленная на поворотном столике 6. Призма 3 состоит из трех склеенных призм P₁, P₂, P₃. Первые две призмы P₁ и P₂ с преломляющими углами 30⁰ изготовлены из тяжелого флинта, обладающего большой дисперсией. Промежуточная призма P₃ сделана из крона. Лучи отражаются от ее гипотенузной грани и поворачиваются на угол 90⁰. Благодаря такому устройству дисперсии призм P₁ и P₂ складываются.

4. Поворотный столик 6 вращается вокруг вертикальной оси при помощи микрометрического винта с отсчетным барабаном 7. На барабан нанесена винтовая дорожка с градусными делениями. Вдоль дорожки скользит указатель поворота барабана. При вращении барабана призма поворачивается, и в центре поля зрения появляются различные участки спектра.

5. Зрительная труба, состоящая из объектива 4 и окуляра 5. Объектив 4 дает изображение входной щели 1 в своей фокальной плоскости. В этой плоскости расположен указатель 10. Изображение рассматривается через окуляр 5. В случае необходимости окуляр может быть заменен выходной щелью, пропускающей излучение одной из линий спектра. Такой режим называется режимом монохроматора. В настоящей работе такой режим не применяется, то есть УМ-2 используется как спектроскоп.

6. Массивный корпус 11, предохраняющий прибор от повреждений, загрязнения и обеспечивающий необходимую устойчивость прибора.

Прибор устанавливается на оптической скамье, на которую также помещаются рейтеры с источником света Л и конденсором К, служащим для концентрации света на входной щели. Источник света рекомендуется располагать на расстоянии 45 см от щели, а конденсор – примерно в 13 см от источника. Для яркого освещения входной щели конденсор перемещают вдоль скамьи, стремясь получить на щели изображение источника света. При этом для удобства наводки на щель надевают белый колпачок с крестом.

При подготовке прибора к наблюдениям особое внимание следует обращать на тщательную фокусировку, с тем чтобы указатель 10 и спектральные линии имели четкие, ясные границы. Фокусировка производится в следующем порядке: перемещая окуляр, следует получить резкое изображение острия указателя 10. Осветив входную щель прибора ртутной лампой, нужно найти спектральные линии и получить их ясное изображение при помощи микрометрического винта 8.

Для отсчета положения линии ее центр совмещают с острием указателя. Отсчет производится по делениям барабана. Для уменьшения ошибки ширину входной щели делают по возможности малой (0,02…0,03 мм по шкале микрометрического винта). Для наблюдения самых слабых линий в крайней фиолетовой области щель приходится слегка расширять (до 0,05…0,06 мм). Глаз лучше замечает слабые линии в движении, поэтому при наблюдении удобно слегка поворачивать барабан в обе стороны от среднего положения.

Для произведения измерений УМ-2 нуждается в предварительной градуировке. Для градуировки удобно применять ртутную лампу ПРК-4, работающую в режиме низкого давления, который можно реализовать питая лампу от маломощного источника с достаточно высоким напряжением (например, от катушки Румкорфа). Красная линия ртути в спектре излучения лампы ПРК-4 очень слаба, и поэтому для градуировки прибора в красной части спектра лучше использовать другой источник света, например, неоновую лампу ТН-0,2 или ТН-0,3, спектр которых богат красными линиями разных оттенков.

Градуировочную кривую следует строить в крупном масштабе на листе миллиметровой бумаги. По оси x откладываются градусные деления барабана, а по оси y – длины волн соответствующих линий. Иногда при построении графика некоторые точки оказываются смещенными относительно плавной кривой. Чаще всего такие «выбросы» свидетельствуют о промахах – неправильной расшифровки наблюдаемой картины спектральных линий (главным образом для неона). В этом случае необходимо более внимательно сопоставить картину с таблицей и внести в градуировочный график необходимые исправления.