Опис установки.

Робота виконується на стилометрі СТ-7. Опис приладу є у додатку. Джерелами випромінювання є газорозрядні лампи. Для градуювання приладу використовують неонову або ртутну лампу. Проградуйований стилометр дозволяє визначати довжини хвиль у спектрі випромінювання елемента, що пропонується для дослідження.

Звертаємо увагу на обережне поводження з газорозрядними лампами. Їхнє включення в електричну мережу можливо тільки під керівництвом викладача.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитись з будовою СТ-7 та навчитися ним користуватися

2. Проградуювати стилометр за допомогою відомих ліній випромінювання. Побудувати графік, що зв’язує покази барабана стилометра і довжини хвиль спектра випромінювання.

3. Користуючись графіком, визначити довжини хвиль випромінювання видимої області спектра досліджуваних атомів (досліджуваний атом визначається викладачем).

4. Користуючись енергетичною діаграмою атома, визначити переходи, яким відповідають лінії випромінювання, що спостерігаються. Скласти таблицю отриманих даних по типу таблиці 3.

5. Використовуючи серійні формули знайти положення граничних ліній у спектрі головної, різкої і дифузійної серіях атома Са.

6. Визначити природне розщеплення термів. По формулах (24) і (28) обчислити величини ефективного заряду і постійну екранування (для одного випадку).

Звіт про виконану роботу

Звіт складається в наступній послідовності: ціль роботи, коротка теорія з перерахуванням основних формул, оптична схема установки та її характеристики, таблиці з результатами вимірів, діаграми рівнів і переходів для кальцію чи ртуті, оцінка точнсті вимірів. Висновки про узгодження отриматиманих, результатів з табличними.

Література

1. Ельяшевич M. А. Атомная и молекулярная спекгроскоппи. M.. Физмаггиз, 1962.

2. Ландсберг Г. C. Оптика. M., ГИИТТЛ, 1957.

3. Фриш C. Є. Оптнческие спектры атомов. M.. Физматгиз. 1963.

4. Оптика и атомная физика (лабораторный практикум по физике).Отв. редактор Р.И. Солоухин. Новосибирск 1976 .

5. И.В. Савельев. Курс общей физики. Т.3.М „Наука” 1979.

Лабораторна робота № 6

Дослідження молекулярного спектру йоду

Мета роботи: 1. Ознайомитися на досліді зі спектром поглинання молекулярного газу.

2. Вивчити теорію утворення спектру молекули і оцінити її вірогідність за допомогою експерименту.

Завдання до роботи.

1. Вивчити на досліді молекулярний спектр поглинання I₂, визначити характеристики спектру.

2. Розрахувати теоретично електронно-коливний спектр молекули (на прикладі окремих серій).

3. Розрахувати положення і вигляд окремих смуг спектра.

4. Провести аналіз отриманих теоретично і за дослідом характеристик спектру на їх сумісність.

Загальні положення.

При проходженні світла через речовину частина його енергії розсіюється за рахунок перетворення її в різні види внутрішньої енергії речовини. Це й призводить до явища, яке називається поглинанням світла. Поглинуте світло може нагрівати речовину, змінювати енергетичний стан окремих її молекул, викликати різні фотохімічні процеси. Властивість речовини поглинати світло оцінюється спек­тральним коефіцієнтом поглинання К (СКП). Інтенсивність світла I, яке пройшло через речовину товщиною х змінюється таким чином:

І=І₀∙е^-кх, (1)

де І₀ – початкова інтенсивність світла.

За формулою (1) знайдемо вираз для коефіцієнта К:

К= , (2)

де dI – поглинена інтенсивність світла при проходженні шару речовини товщиною dх.

Дослід показує, що спектральний коефіцієнт поглинання світла залежить від складу речовини, її агрегатного стану та частоти падаючого світла ω. Залежність СКП від частоти ω (довжини хвилі λ) називають спектром поглинання речовини. Загальний вигляд спектра дає уявлення про агрегатний стан речовини. Спектр атомарного газу лінійчатий (рис.1), молекулярний газ має полосатий спектр (рис.2), речовина в кришталевому або аморфному стані має суцільний спектр поглинання.

В даній роботі пропонується вивчити спектр поглинання молекулярного газу, що складається з молекул йоду (І₂).

Дослідна установка.

Для отримання спектру поглинання використовується спектроскоп ІСП-5І із приставкою УФ-90. На рис.3 приведена схема дослідної установки. Спектр спостерігаємо візуально через оптичні приставки. Речовиною є кришталевий йод, який при нагріванні в замкненій посудині перетворюється в газ. Суцільний спектр випромінювання утворює лампа накалювання. При проходженні світла через речовину – газ, молекули І₂ поглинають фотони певних частот і переходять в збуджений стан, а в спектрі випромінювання окремі довжини хвиль світла зникають і на місці поглинутої хвилі спостерігається чорна лінія. Сукупність таких ліній утворюють смугу поглинання. Положення смуги визначається по її канту – різкий край. Спектральний прилад має механічний пристрій, за допомогою якого можна переміщувати спектр відносно покажчика на приладі. За градуювальною кривою приладу і показів барабана можна визначити довжини хвиль , які поглинули молекули йоду. Спектр розглядається візуально через лінзу, положення якої треба підібрати . За вказівкою викладача треба зробити заміри положень кантів декількох смуг. Кожний вимір проводиться не менше трьох разів, щоб уникнути випадкової помилки і оцінити розкидання вимірів. Отримані числа заносять в таблицю.

Другий вимір полягає в визначенні ширини і будови однієї полоси, яка задається викладачем. При загальному ознайомленні зі спектром, треба визначити область, де починається суцільне поглинання, з’ясувати вплив температури речовини на спектр.

Рис.3

Установка для дослідження спектрів молекулярного газу

1. Джерело світла; 2. Лінзи, які формують світловий потік;3. Колба з молекулярним газом;4. поворотне дзеркало;5. Спектрограф ІСП-51; 6. Барабан механізму для переміщення спектра; 7. Лінза – окуляр; 8. Око спостерігача.

Фізична модель виникнення полосатого спектра поглинання двохатомної молекули