Теоретична частина

Лабораторна робота № 21

СПОСТЕРЕЖЕННЯ СПЕКТРІВ ЗА ДОПОМОГОЮ СПЕКТРОСКОПА

ТА ВИЗНАЧЕННЯ ПОСТІЙНОЇ РІДБЕРГА

Мета роботи: Вивчення спектральних закономірностей, вивчення
спектроскопа.

Прилади і матеріали: 1.Спектроскоп двотрубний;

2. Газонаповнені трубки з гелієм і воднем;

3. Ртутно-кварцева лампа;

4. Штатив з тримачем, в який вставлені газонаповнені трубки;

5..Індукційна котушка (Румкорфа);

6. Набір кольорових стекол;

7. Випростувач;

8. Настільна лампа.

Література: 1. Кортнев А.В. і ін. Практикум по физике. – 1963. – робота № 81, 82.

2. Яворський Б.М., Детлаф А.А. Курс фізики.Т.3. – 1971. – § 13.3, 13.4.

Теоретична частина

Видиме світло являє собою електромагнітні хвилі, довжина яких перебуває в межах приблизно 0,4-0,75 мікрона. Довжина хвилі червоного світла – 0,7 мк, а довжина хвилі фіолетового світла – 0,4 мк. У вакуумі світло незалежно від довжини хвилі поширюється із швидкістю 3·10⁸; але при переході до іншого прозорого середовища швидкість світла змінюється – зменшується залежно від довжини хвилі і середовища.

Найбільше зменшується швидкість фіолетового променя, а найменше – червоного. Цим пояснюється те, що фіолетовий промінь переходячи з вакууму в інше прозоре середовище, заломлюється більше, ніж промінь червоний, тобто має більший абсолютний показник заломлення. Білий промінь складений, а тому, коли він проходить через тригранну призму (рис. 1), то не тільки заломлюється до її основи, а й розкладається на кольорові промені.

Основних кольорів (за Ньютоном)
є сім: 1 – Червоний, 2 – Оранжевий, 3 – Жовтий, 4 – Зелений, 5 – Голубий, 6 – Синій, 7 – Фіолетовий.

Отже, будь-який складний промінь за допомогою тригранної призми можна розкласти на його складові частини. Відомо також, що розжарені тверді і рідкі тіла дають спектр випромінювання суцільний – суцільну кольорову смугу, яка складається з різних кольорів, що поступово переходять одинв другий. Розжарені пари і гази елементів дають лінійчасті спектри, що складаються з окремих кольорових ліній. Лінійчасті спектри – характеристичні. Кожному елементу в стані розжареної пари або газу відповідає певне число кольорових ліній. Наприклад, натрій дає тільки одну жовту лінію (фактично, це дублет – дві близькі лінії, але їх можна побачити окремо тільки в доброму спектроскопі), водень (Н) – має чотири яскраво виявлені лінії: одну в червоній частині спектра, другу – в зеленій, третю – в синій, четверту – в фіолетовій.

Таким чином, розглядаючи лінійчасті спектри, можна визначити хімічну природу пароподібної або газоподібної речовини, що перебуває в розжареному стані.

Якщо розжарене тверде тіло, або рідке, що дає суцільний спектр оточене парою або газом, який має більш низьку температуру, то в цьому випадку промені, пройшовши через тригранну призму, дадуть спектр вбирання, тобто суцільний спектр, перерізаний різкими темними лініями вбирання. Її темні лінії будуть у тих спектра, де наведений вище газ, або пара, перебуваючи в розжареному стані, дають властиві їм кольорові лінії. Досліджуючи спектр вбирання можна, користуючись спеціальними таблицями, визначити, якому елементу належать ті або інші темні лінії. Таким чином, аналіз лінійчастих спектрів випромінювання і спектрів вбирання дає можливість встановити хімічну природу речовини.

Вивчення лінійчастих спектрів встановило певні закономірності цих спектрів, які зв’язані з внутрішньою будовою атомів. А саме встановлено, що спектральні лінії можна об’єднати у серії. Теорія дає, що для водню хвильові числа спектральних ліній (тобто величини, обернені до довжини хвилі ) можна визначити з формули:

, (1)

де – швидкість світла;

– постійна Рідберга;

і – цілі числа, при цьому певне число, а – ряд чисел, починаючи з числа, на одиницю більшого від .

Число визначає серію (ряд ліній, що відповідають певному при різних ). Наприклад, при = 2 одержуються лінії видимої частини спектра – серія Бальмера.

Кожна спектральна ліня виникає при переході електронів з одного стаціонарного стану в інший. При цьому зміна енергії електрона дорівнює енергії випромінюваного кванта.

За теорією Бора енергія електрона зв’язана певним числом з його характеристиками. Тому і постійна Рідберга з ними зв’язана.

Наведемо формулу без виводу:

, (2)

де – маса електрона; – заряд електрона; – постійна Планка;
= 8,85·10 ^-12 ф/м.

Для одержання і вивчення спектрів користуються приладами, які називаються спектроскопами.