![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Физический практикум по курсу «физика атома»
- •Введение
- •Определение потенциала возбуждения атома (опыт франка и герца)
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Изучение спектра испускания атомарного водорода. Определение постоянной ридберга и массы электрона
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Проверка уравнения эйнштейна для фотоэффекта
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Определение удельного заряда электрона с помощью электронно-лучевой трубки
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Определение параметров потенциальной ямы и потенциала ионизации атома ксенона на основе эффекта рамзауэра
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение дисперсии и разрешающей способности спектрографа
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Качественный и полуколичественный анализ сплавов с помощью стилоскопа сл-11а
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Изучение уширения спектральных линий
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Изучение электронного строения и спектров атомов щелочных металлов
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Изучение закономерностей и характеристик молекулярных спектров
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Содержание
Теоретическое введение
Среди разнообразных оптических методов исследования вещества спектроскопические методы занимают особое место. Они предусматривают изучение спектров излучения, поглощения, отражения, и рассеяния. с использованием различных спектральных приборов. На основе спектроскопических данных можно получить обширную информацию как о физических процессах, протекающих в источнике излучения, так и о физических свойствах среды, с которой излучение взаимодействует [1].
Спектроскопические методы достаточно сложны. Получение максимально возможного объема информации, достижимое при рациональном использовании этих методов, требует глубоких теоретических знаний и навыков практического обращения со спектральными приборами. Необходимо знать принципы действия различных приборов, их спектроскопические и фотометрические характеристики, уметь правильно выбрать условия регистрации и обработки спектров в зависимости от поставленной задачи, вида спектра, типа используемого прибора и т.д. [1]. Объем и качество получаемой информации, получаемой при спектроскопических исследованиях, зависит не только от правильного выбора типа собственно спектрального прибора, но и от режима работы источника излучения, режима работы и типа приемника излучения. Поэтому в настоящее время под спектральным прибором в широком смысле слова понимают установку, включающую в себя источник излучения, осветительную систему, собственно спектральный прибор и приемник излучения с усилительно-регистрирующим комплексом [1].
Собственно спектральный прибор представляет собой оптический прибор, предназначенный для разложения электромагнитного излучения оптического диапазона в спектр по длинам волн или частотам и для регистрации этих спектров.
Классификацию спектральных приборов можно провести по различным признакам: по методу получения спектра (призменные, дифракционные, интерференционные и т.п.), по методу его регистрации (визуальная, фотографическая, фотоэлектрическая регистрация) и др.
В каждом спектральном приборе можно выделить 3 основные части, различающиеся своим устройством и назначением: коллиматор, диспергирующая система, камера (в случае визуальной регистрации – зрительная труба).
Коллиматор предназначен для получения пучка излучения с плоским фронтом; он состоит из объектива и находящейся в его фокальной плоскости входной щели прибора.
Диспергирующим устройством могут служить одна или несколько призм, дифракционная решетка, интерферометр.
Зрительная труба, состоящая из объектива и окуляра, формирует изображение щели, которое рассматривается глазом. В спектрографах изображение формируется камерным объективом на слое фотоэмульсии, находящемся в фокальной плоскости объектива.
Каждый спектральный прибор характеризуется следующими основными параметрами: угловой и линейной дисперсией, разрешающей способностью, областью дисперсии, светосилой и фотометрической точностью, вертикальным и горизонтальным увеличениями.
Угловая
дисперсия определяется отношением
углового расстояния
между монохроматическими пучками,
выходящими из объектива камеры (зрительной
трубы) спектрального прибора, к разнице
длин волн
этих пучков:
/
.
Для призменных спектральных приборов,
работающих в минимуме отклонения,
,
(1)
где
- преломляющий угол призмы,
- дисперсия материала призмы. Угловая
дисперсия дифракционных приборов
определяется соотношением (при нормальном
падении лучей)
,
(2)
где
- порядок дифракции,
- постоянная решетки.
Линейная
дисперсия, равная отношению расстояния
между двумя монохроматическими
изображениями входной щели прибора
(спектральными линиями) к соответствующей
разнице длин волн
(
/
),
пропорциональна угловой дисперсии:
,
(3)
где
- фокусное расстояние камерного объектива,
- угол наклона его фокальной плоскости
вследствие хроматической аберрации
камерного объектива и астигматизма,
вносимого призмой. Для характеристики
спектрографов часто пользуются величиной
обратной линейной дисперсии:
/
.
Разрешающая
способность
характеризуется минимальным спектральным
интервалом
между близкими монохроматическими
линиями
и
,
которые данный спектральный прибор
позволяет разрешить:
.
Разрешимый интервал определяется в
соответствии с критерием Рэлея [2, 3, 4].
Для призменного прибора
(4)
(
- длина основания всех призм вдоль луча),
- светосила объектива коллиматора,
- ширина щели).
Для дифракционного прибора
,
(5)
где
- число штрихов в решетке,
- порядок дифракции.
Областью дисперсии называют ту область длин волн в спектре, где имеется однозначная связь между длиной волны спектральной линии и ее положением в спектре [1].
Светосила
спектрального прибора
характеризует его фотометрические
свойства; она равна коэффициенту
пропорциональности между яркостью
источника
и непосредственно измеряемой спектральным
прибором энергетической характеристикой
(потоком, освещенностью) излучения Ф.
Светосила зависит от ряда геометрических
и спектроскопических параметров прибора,
величины потерь излучения на всем пути
от источника до приемника излучения, а
также от метода регистрации спектра
[1]. Светосила влияет на относительную
ошибку результата измерения энергетических
характеристик спектра
[1].
Существование
для каждого прибора минимальных величин
и
(разрешаемый интервал) ограничивает
его информационную способность. При
заданных яркости источника
,
регистрируемом участке спектра
вблизи
и уровне регистрируемых шумов
информационная способность прибора
пропорциональна произведению светосилы
на разрешающую способность. В большинстве
случаев для каждого прибора
остается практически постоянным.
Ширина
и высота
изображения входной щели прибора на
фотопластинке определяются соотношениями
;
,
(6)
где
-
ширина,
- высота входной щели,
и
- фокусные расстояния объективов
коллиматора и камеры соответственно,
- угловое увеличение призмы или решетки,
- угол наклона фокальной поверхности
камерного объектива. Уменьшение
приводит к уменьшению
лишь до определенных значений ширины
щели
(смотри рисунок 12). При
<
ширина изображения остается практически
постоянной, и происходит лишь уменьшение
освещенности изображения. Кроме того,
при значениях ширины входной щели,
близких к
,
распределение освещенности в изображении
отличается от прямоугольного.
При
отсутствии аберраций ширина входной
щели
,
соответствующая переходу зависимости
от линейной к зависимости
,
называется нормальной шириной щели.
Она зависит от параметров спектрального
прибора [1].