Теория метода и описание установки

Рис. 4.1

Излучение света различными телами при их нагревании до высоких температур принято называть тепловым или температурным излучением. Если свет раскаленного тела пропустить через призму, то на экране за призмой получим непрерывную цветную полосу, которая представляет собой сплошной спектр испускания. Такой спектр получается от раскаленной вольфрамовой нити лампы накаливания. Если источником света является возбужденный газ или пар, то картина спектра существенно меняется: на месте непрерывных, переходящих одна в другую цветных полос наблюдается несколько ярких линий, разделенных темными полосами. Такие спектры называются линейчатыми. Линейчатые спектры испускания возникают в тех случаях, когда источником излучения служат атомы или ионы химических элементов. Примерами линейчатых спектров служат спектры водорода, гелия, неона, паров ртути. Если источником излучения служат не атомы или ионы, а молекулы вещества, то получается полосатый спектр (например, спектр метана).

Рис. 4.2

Для качественных исследований видимой части спектра служат различного типа спектроскопы. Один из наиболее простых типов состоит из коллиматорной трубы А со щелью S и объективом О₁, призмы D, зрительной трубы В с объективом О₂, трубы С со шкалой N и объективом О₃ (Рис. 4.1 и 4.2).

Назначение коллиматора – дать параллельный пучок света, падающий на призму D спектроскопа. Для этого щель коллиматора установлена в фокальной плоскости объектива О₁ параллельно преломляющему ребру призмы. Ширину щели можно изменять при помощи винта Х (Рис 4.3).

Призма D спектроскопа устанавливается под углом наименьшего отклонения, т. е. в том положении, когда ход лучей, лежащих в плоскости, перпендикулярной к преломляющему ребру призмы, симметричен; внутри призмы преломленный луч идет параллельно основанию призмы.

Дело в том, что для призмы, как для оптической системы, не обладающей осью симметрии, не существует параксиального пучка лучей, по отклонению к которому аберрационные ошибки оптической системы практически устранены. В случае преломления в призме астигматизм косых пучков отчетливо проявляется. Элементарный расчет хода лучей в призме всегда делается для луча, лежащего в плоскости главного сечения призмы. Между тем, из коллиматора на призму падают лучи, проходящие через призму и в других плоскостях. Отклонение, даваемое призмой для них, будет иным, чем для лучей, лежащих в плоскости главного сечения. Поэтому, например, изображение щели, даваемое призмой, изгибается в вертикальной плоскости симметрично относительно центра щели. Выпуклость изображения щели бывает обращена к красному концу спектра. Отсутствие искажений в ширине изображения, очевидно, важно для наблюдения близких спектральных линий.

Описанный выше и другие недостатки качества изображения, даваемого призмой, до известной степени устраняются установкой призмы на угол наименьшего отклонения. Пучок света из объектива O₁ падает на переднюю грань призмы D (Рис. 4.2), в которой испытывает спектральное разложение и выходит параллельными пучками разных цветов и направлений в зависимости от длины световой волны.

Пройдя призму, световые пучки поступают в оптическую трубу через объектив О₂. Т. к. выходящие из призмы параллельные пучки разных цветов имеют различные направления, то в фокальной плоскости линзы О₂ получается ряд параллельных различно окрашенных изображений щели, образующих видимый спектр. Эти изображения рассматриваются через окуляр трубы В.

Для измерения относительного положения полос в спектре служит труба С со шкалой N (Рис. 4.2). Эта шкала нанесена на стекло и состоит из светлых штрихов на темном поле; освещается вспомогательным источником света (лампа накаливания). Пучки света, идущие от шкалы, находящейся в фокальной плоскости линзы О₃, отражаются от ближайшей к зрительной трубе грани призмы и дают действительное изображение в фокальной плоскости О₂. Таким образом, глаз видит через окуляр одновременно налагающиеся друг на друга изображения спектра и шкалы. Боковые пучки, падающие на призму, задерживаются специальным колпачком, надеваемым на призму D.

Для градуировки шкалы спектроскопа используется богатый линиями спектр ртутной лампы ПРК-4. Ртутно-кварцевая лампа представляет собой лампу дугового разряда в парах ртути.