Контрольные вопросы

1. Какие физические законы лежат в основе принципа действия пирометра?

2. Как читается закон Кирхгофа?

3. Будет ли температура, измеренная пирометром, равна действительной температуре тела?

4. Что называется излучательной способностью тела?

5. Какова размерность излучательной способности тела в СИ?

6. Какой физический смысл имеет коэффициент, измеряемый в данной работе?

7. Что называется поглощательной способностью тела?

8. Какова единица измерения поглощательной способности тела в СИ?

9. Как читается закон Вина?

Лабораторная работа №25 изучение линейчатых спектров. Градуировка спектроскопа и определение постоянной ридберга по спектру гелия

Цель работы: ознакомьтесь с линейчатыми спектрами испускания водорода и гелия. Проградуируйте спектроскоп по спектру водорода. Определите постоянную Ридберга по спектру гелия.

Приборы и принадлежности: двухтрубный спектроскоп, газоразрядные трубки, заполненные водородом и гелием, высоковольтный генератор для поджига трубок, источник постоянного тока.

Введение

Дисперсия света состоит в разложении белого света на его составляющие при пропускании, белого света, через трехгранную, призму.

Явление дисперсии света объясняется зависимостью коэффициента преломления от длины световой волны.

При пропускании белого солнечного света через трехгранную призму (рис. 1) на экране получают цветную полоску, называемую спектром.

Солнечный свет дает сплошной спектр с непрерывным переходом одних цветов в другие. Это означает, что в солнечном (белом) свете присутствуют электромагнитные волны всех длин волн.

Рисунок 1

При использовании некоторых искусственных источников света спектр получается линейчатым. Он состоит из отдельных светлых полос (линий), разделенных темными промежутками.

Это указывает на то, что свет от таких источников состоит лишь из колебаний, соответствующих определенным длинам волн. Линейчатый спектр дают разреженные газы при прохождении через них электрического тока, пары металлов при нормальном давлении. Установлено, что каждому элементу соответствует определенный спектр.

Одной из важнейших закономерностей атомных спектров является сериальное строение этих спектров. Сериальные закономерности являются проявлением квантовых свойств излучающих атомных систем. Спектральные линии атомного спектра элемента могут быть объединены в определенные закономерности, построенные в так называемые серии.

В наиболее простой форме сериальные закономерности проявляются в спектре одноэлектронного атома — атома водорода. Закономерности в спектре излучения атома водорода объясняются квантовой теорией, в основе которой лежат постулаты Бора. Линии всех серий атома водорода объединены в «сериальной формуле», вид ее

(1)

где v — частота излучаемого света;

R — постоянная Ридберга, R = 3,29 • 10¹⁵ сек-¹; n, m — квантовые числа;

n — номер энергетического уровня, на который переходит электрон; m — номер энергетического уровня, с которого переходит электрон. При излучении света атомом m>n.

В зависимости от значения n в спектре излучения атома водорода различают следующие серии:

1. Серия Лаймана: n = 1. m = 2, 3, 4... Эта серия линий лежит в области ультрафиолетовых лучей. Из формулы (9.1) для серии Лаймана имеем:

2. Серия Бальмера: n = 2, m = 3, 4, 5... Эта серия имеет четыре линии, лежащие в области видимых лучей. Остальные линии лежат в области ультрафиолетовых лучей. Из формулы (1) для серии Бальмера:

(2)

3. Серия Пашена: n = 3, m = 4, 5, 6... Эта серия линий лежит в области инфракрасных лучей. Из формулы (1) для серии Пашена:

При n = 4, 5, 6... образуются более далекие инфракрасные серии. Схема энергетических уровней атома водорода дана на рис. 2

Рисунок 2

Наблюдаемые в спектре излучения атома водорода линии принадлежат серии Бальмера (n= 2, m = 3, 4, 5...).

Так как

В видимой части спектра атома водорода хорошо наблюдаются три линии: красная (m=3), голубая (m =4), фиолетовая (m = 5). Зная длину волны соответствующей линии, из формулы (2) можно найти значение постоянной Ридберга.

Для выполнения работы используется простейший из спектральных приборов — двухтрубный спектроскоп.

Оптическая схема спектроскопа дана на рис. 3.

Рисунок 3

В фокальной плоскости линзы L₁ коллиматорной трубы Т₁ находится щель с шириной 0,01—0,1 мм, освещаемая источником S. Из коллиматора лучи выходят параллельным пучком. Проходят призму П, каждый из лучей белого света претерпевает разложение на лучи различной цветности.

Лучи одной длины волны (одного цвета) идут в призме параллельно друг другу. Затем лучи попадают в зрительную трубу T₂. В фокальной плоскости линзы L₂ лучи одинакового цвета собираются в одном месте.

Таким образом, в фокальной плоскости линзы L₂ получается спектр источника S в виде изображения щели в лучах разного цвета. Через линзу L₃ спектр рассматривается как в лупу. В фокальной плоскости окуляра имеется вертикальная металличеоская нить (визирная линия). Она служит для фиксирования спектральных линий. Установка визирной линии в нужном участке спектра производится с помощью микрометрического винта. По отсчету микрометра можно зафиксировать положение отдельной линии спектра.