Краткая теория и принципиальная схема экспериментальной установки

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к лабораторной работе № 64

 

 

ГРАДУИРОВКА МОНОХРОМАТОРА

И ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ГАЗОВ

(для бакалавриата всех профилей)

 

Ростов-на-Дону

УДК 531.383

Методические указания к лабораторной работе № 64 «Градуировка монохроматора и исследование спектров излучения газов».- Ростов н/Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. – 11 с.

 

Методические указания содержат краткую теорию метода, порядок выполнения лабораторной работы, требования техники безопасности, требования к оформлению результатов, а также перечень контрольных вопросов и тестов.

Предназначены для выполнения лабораторной работы по программе курса физики для студентов бакалавриата очной и заочной форм обучения всех профилей по направлениям:

 

270800 «Строительство»

270200 «Реконструкция и реставрация архитектурного наследия»

280700 «Техносферная безопасность»

190700 «Технология транспортных процессов»

190600 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»

230400 «Информационные системы и технологии»

230700 «Прикладная информатика»

120700 «Землеустройство и кадастр»

261400 «Технология художественной обработки материалов»

221700 «Стандартизация и метрология»

100800 «Товароведение»

 

УДК 531.383

Составители: проф. Н.Н. Харабаев

доц. Ю.И. Гольцов

доц. Е.В. Чебанова

Рецензент проф. А.Н.Павлов

 

 

Редактор Н.Е. Гладких

Темплан 2011 г., поз.

Подписано в печать Формат 60х84 1/16. Бумага писчая. Ризограф. Уч.-изд.л 0,5. Тираж 100 экз. Заказ

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета.

334022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

 

 

© Ростовский государственный

строительный университет, 2011

Лабораторная работа № 64

 

Градуировка монохроматора и исследование спектров излучения газов

Цель работы: Построение градуировочной кривой монохроматора и установление элементного состава неизвестного газа по спектру излучения.

 

Приборы и принадлежности: призменный монохроматор УМ-2, ртутная лампа СДВШ-250, газоразрядная трубка, источники питания.

Краткая теория и принципиальная схема экспериментальной установки

Согласно квантовой теории, изолированные атомы могут находиться только в определенных энергетических состояниях, образующих дискретный набор значений полной энергии: E ₁ , E ₂, E ₃ , …. Атомымогут переходить из одного энергетического состояния в другое, причем при переходе атома из состояния большей энергии в состояние меньшей энергии происходит излучение энергии, равной по величине разности энергий двух состояний, между которыми происходит переход.

Излучаемая атомом энергия переносится фотоном, то есть квантом электромагнитного излучения, длина волны которого λ определяется соотношением: , где

E_n и E_m – энергии соответствующих состояний атома;

h – постоянная Планка, с – скорость света.

Все атомы одного и того же химического элемента имеют одинаковый набор энергетических состояний, поэтому состав (спектр) излучаемого света, т.е. совокупность возможных значений длины волны λ_nm каждого элемента, является его индивидуальной характеристикой, хотя отдельные линии (длины волн) в спектрах различных элементов могут случайно совпадать.

Для выделения в спектральном составе света компоненты с определенной величиной длины волны λ_nm,т.е. для исследования спектрального состава света, применяются специальные приборы – монохроматоры.

Рис. 1

Действие призменного монохроматора основано на явлении дисперсии – зависимости показателя преломления света, падающего на границу раздела двух сред, от его длины волны. Как показано на рис. 1, свет от источника S падает на узкую щель, расположенную параллельно боковой грани треугольной призмы Р и находящуюся в фокусе собирающей линзы – объектива О ₁, и далее распространяется пучком параллельных лучей. После прохождения призмы этот пучок из-за явления дисперсии разделяется на множество пространственно разделенных пучков света меньшей интенсивности, состоящих из лучей одной длины волны, которые после выхода из призмы остаются параллельными друг другу. Эти лучи собираются вторым объективом О ₂ в тонкую светящуюся полоску (спектральную линию) на экране Э, расположенном в фокальной плоскости объектива. Для визуального наблюдения спектра за фокальной плоскостью объектива О ₂ располагают вместо экрана еще одну линзу – окуляр, создающий мнимое увеличенное изображение спектра.

Для регистрации спектральных линий необходимо вначале провести градуировку монохроматора, то есть построить график, связывающий между собой длину наблюдаемой световой волны и соответствующий показатель измерительного барабана, используя для этого эталонный источник излучения с известным набором спектральных линий, например, ртутную лампу (табл.1, рис. 2).

Построив по точкам график зависимости λ = f(φ), где φ – угол поворота измерительного барабана монохроматора, соответствующий определенной длине волны света (общий вид градуировочной кривой приведен на рис. 3), в дальнейшем используют эту кривую при определении набора спектральных линий неизвестного источника излучения. Для этого фиксируют (заносят в табл. 2) все значения на измерительном барабане монохроматора, соответствующие каждой наблюдаемой спектральной линии неизвестного источника излучения, а затем по градуировочной кривой монохроматора λ = f(φ) определяют полный набор значений длин световых волн, зафиксированных в изучаемом диапазоне волн. Полученные значения длин световых волн также заносят в таблицу 2. Сравнивая полученный набор длин световых волн неизвестного источника с характеристическим спектральным составом отдельных элементов (например, приведенных в табл. 3), можно провести качественный спектральный анализ неизвестного источника излучения.

Для градуировки монохроматора в настоящей работе используют ртутную лампу СДВШ-250, в которой свечение паров ртути возбуждается электрическим разрядом.

Необходимые сведения о характеристиках этого светового излучения представлены в таблице 1 и на рисунке 2.

 

Таблица 1