Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений

Ознакомиться с устройством и работой монохроматора УМ-2.

Примечание. Настройка монохроматора производится лаборантом или преподавателем.

Часть 1

1. Установить водородную лампу ТВС-15 перед щелью монохроматора. Включить питание лампы. Лампа должна светиться розовым светом. В поле зрения монохроматора наблюдаются яркие отдельные линии – линии атомарного водорода. В поле зрения могут быть и слабые линии молекулярного водорода.

2. Совместить линии водорода (начиная с красной) с указателем в поле зрения зрительной трубы и произвести отсчет по барабану монохроматора. Эти отсчеты занести в таблицу 1. Измерения произвести не менее трех раз для каждой линии, после чего рассчитать и занести в таблицу 1 среднее из трех измерений.

3. Найти соответствующие длины волн, пользуясь градуировочным графиком, и занести их в таблицу 1.

4. Подсчитать для каждой линии обратную длину волны .

5. Вычислить постоянную Ридберга по опытным данным для каждой линии по формуле (7). Из полученных значений определить среднее значение и подсчитать абсолютную и относительную ошибки.

6. Вычислить теоретическое значение постоянной Ридберга по формуле (4).

7. Свести в таблицу 1полученные опытом и вычислением результаты.

Таблица 1 – Экспериментальные и справочные данные спектра водорода

Цвет и индекс спектральной линии водорода	Отсчет по барабану монохроматора, дел.	Экспериментальные длины волн			Справочные					Квантовые числа			Постоянная Ридберга R, из опыта		Rср, м-1
		, Ǻ	λср, Ǻ	, Ǻ		интенсивность	m			n
Ярко-красная Нα	1			6562,8		3000			2		3
	2
	3
Зелено-голубая Нβ	1			4861,3		500			2		4
	2
	3
Сине-фиолетовая Нγ	1			4340,5		200			2		5
	2
	3
Фиолетовая (слабая линия) Нδ	1			4101,7		100			2		6
	2
	3

Примечание. Справочные значения интенсивности линий в таблице 1 указаны в относительных единицах.

8. Проверить графически справедливость формулы Бальмера для спектральных линий в видимой части спектра водорода. Построить график зависимости обратной длины волны от. Линейный характер графика будет свидетельствовать о справедливости формулы (1) для серии Бальмера (k = 2). Тангенс угла наклона графика дает значение постоянной Ридберга.

Часть 2

1. Установить перед коллиматором I монохроматора источник света с ртутной лампой. Произвести настройку монохроматора по двум оранжевым линиям (5770 Å и 5790 Å) таким образом, чтобы они были видны раздельно и резко.

2. Снять наиболее интенсивные линии, наблюдающиеся в спектре паров ртути. Данные занести в таблицу 1. Интенсивность линий оценивать качественно по пятибалльной шкале - очень сильная (о. с.), сильная (с.), средняя (ср.), слабая (сл.) и очень слабая (о. сл).

3. Произвести аналогичные измерения для других газов (гелий, неон – по указанию преподавателя). Данные занести в таблицы (1, 2).

4. Установить перед объективом монохроматора лампу накаливания и ознакомиться с характером спектра нагретого твердого тела. Измерить длину волны, соответствующей середине λср каждой области спектра (красной, оранжевой, желтой, зеленой и т.д.). Данные занести в таблицу 3.

На основании полученных данных необходимо провести качественный анализ состава газа в газоразрядных трубках. Химический состав газов в газоразрядных трубках подтверждают, сопоставляя измеренные в работе длины волн с табличными данными спектральных линий элементов (источники света надписаны). Качественный анализ производится, как правило, по наиболее сильным линиям спектров.

Сделать выводы о характере спектров газов, паров и твёрдых тел.

Таблица 2 - Экспериментальные и справочные данные спектров паров ртути и гелия

Пары ртути								Газ - гелий
Эксперимент					Справочник [5]			Эксперимент					Справочник [5]
Деления барабана	, Å	Интенсивность	Цвет	, Å		Интен-сивность	Деления барабана		, Å	Интенсивность	Цвет	, Å		Интен-сивность
				6907		125						6678		100
				5803		70						6560		100
				5790		1000						5876		1000
				5770		600						5411		50
				5676		80						5015		100
				5461		2000						4922		50
				4916		50						4713		40
				4358		500						4686		300
				4348		200						4472		100
				4339		20						4388		30
				4078		150
				4047		300

Примечание. Справочные значения интенсивности линий в таблицах 1, 2 указаны в относительных единицах. Жирным шрифтом выделены наиболее сильные линии в спектрах. Для неона указаны только наиболее сильные линии.

Таблица 2 - Экспериментальные и справочные данные спектров неона

Газ - неон									Газ – неон (продолжение)
Эксперимент					Справочник [5]			Эксперимент						Справочник [5]
Деления барабана	, Å	Интенсивность	Цвет	, Å		Интен-сивность	Деления барабана			, Å	Интенсивность	Цвет	, Å		Интен-сивность
				6599		1000							5852		2000
				6507		1000							5401		2000
				6402		2000							5341		1000
				6383		1000							4957		1000
				6334		1000							4884		1000
				6266		1000							4752		1000
				6217		1000							4715		1500
				6164		1000							4712		1000
				6143		1000							4708		1200
				6074		1000							4704		1500
				6030		1000							4538		1000
				5882		1000

Таблица 3 - Спектр излучения нагретого твердого тела

Цвет	Красный	Оранжевый	Жёлтый	Зелёный	Голубой	Синий	Фиолетовый
λср, мкм

Контрольные вопросы

1. Дать определение понятия «спектр».

2. Перечислить виды спектров и указать их характер.

3. Чем обусловлен линейчатый характер спектров излучения атомов?

4. Чем обусловлен полосатый характер спектра поглощения молекул?

5. На чем основана возможность определения химического состава вещества с помощью спектрального анализа?

6. Формула Бальмера для спектра атома водорода. Постоянная Ридберга. Определяющие ее константы.

7. Дать определение явления дисперсии света. Указать и объяснить порядок следования цветов в дисперсионном спектре призмы.

8. Устройство и работа монохроматора УМ-2.

9. Перечислить области применения спектрального анализа.