10

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ижевская государственная сельскохозяйственная академия»

Кафедра физики

Лаборатория оптики и физики атома – 1(015)

РАБОТА 11

ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ ДВУХТРУБНОГО СПЕКТОСКОПА.

Составил: профессор кафедры физики

Ульянов А.И

Отредактировал: ст.преподаватель кафедры физики

Валиуллина Г.С.

Ижевск 2010

РАБОТА 11

ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРОВ ИСПУСКАНИЯ С ПОМОЩЬЮ ДВУХТРУБНОГО СПЕКТРОСКОПА

Приборы и принадлежности: 1) двухтрубный спектроскоп, 2) источник питания, 3) ртутная лампа , 4) неоновая лампа.

Работа спектроскопа основана на явлении дисперсии света.

белый луч спектр

Красный

Оранжевый

Желтый

Зеленый

Голубой

Синий

Фиолетовый

Рис. 1

Дисперсия света была открыта в 1666 г. Ньютоном и состоит в следующем. С точки зрения волновой теории видимый свет – это электромагнитные волны с длиной волны λ от 400 до 760 нм. Световые волны c различными λ, распространяются в данной среде с различной скоростью, то есть имеют различный показатель преломления. Если естественный, т.е. белый, луч света направить на стеклянную трехгранную призму, то лучи с разными λ (лучи разного цвета) выйдут из призмы под различными углами преломления и на экране будет наблюдается полоса с семью главными цветами, указанными на рис. 1.

С помощью трехгранной призмы можно разложить на составляющие свет, излучаемый любым искусственным источником. Совокупность длин волн, из которых состоит луч света, испускаемый источником, называется спектром излучения. Если в спектре испускания обнаруживаются все длины волн видимых лучей от 400 до 760 нм, т.е. цвета непрерывно через бесконечное число оттенков идут от красного до фиолетового, то такой спектр называется сплошным. Сплошные спектры излучают раскаленные твердые тела и жидкости.

Раскаленные одноатомные газы и пары излучают линейчатые спектры, которые состоят из нескольких отдельно стоящих цветных линии на черном фоне. Атомы всех химических элементов имеют свой "спектроскопический портрет", то есть имеют присущие только данному элементу набор цветных линий в спектре. Например, натрий имеет две близко расположенные линии в желтой области спектра, водород – три, две из которых находятся в синей части спектра и одна в оранжевой.

Спектры многоатомных газов и паров состоят из ряда широких полос, это - молекулярные спектры. Наблюдения с помощью спектроскопов высокого разрешения показывают, что полосы молекулярных спектров состоят из отдельных линий.

Линейчатые спектры нагретых газов и паров объясняются с точки зрения квантовой теории света. Согласно этой теории свет излучается атомами отдельными порциями энергии - квантами. Носителями квантов энергии являются фотоны. Энергия фотона E_Ф определяется частотой ν (длиной волны λ) излучаемого света:

E_Ф = hν .

Здесь h = 6,610^-27 Джс. – постоянная Планка, ν = c / λ, где с - скорость света.

Если к атому любым способом подвести энергию, например, в результате нагрева, пропускания электрического тока и т.д., то атом переходит из основного в возбужденные состояния. Это выражается в том, что внешние электроны атома переходят из основного стационарного состояния с низкой энергией Е₁ в стационарные состояния с более высоким значением энергии, например, Е₂. Для каждого атома таких возбуждённых состояний с дискретными значениями энергий может быть достаточно много. Побыв в возбуждённом состоянии время порядка 10^-8 с, электрон переходит в другое стационарное состояние с более низким значением энергии. От излишка энергии электрон избавляется при этом путём испускания фотона. Например, электрон при переходе из возбуждённого состояния с энергией Е₂, в стационарное состояние с энергией Е₁, излучает фотон с энергией:

hν = E₂ – E_1.

Такому переходу электрона будет соответствовать вполне определенная частота излучённого фотона, а в спектре – однозначно определенная линия. Поскольку в атоме имеется ряд дискретных возбуждённых состояний, то в спектрах испускания атомов обычно наблюдается несколько отдельно стоящих цветных линий.

В разреженном газе или паре атомы являются независимыми излучателями. Поэтому по спектрам излучения можно судить о химической индивидуальности атома. Способ исследования веществ с помощью анализа их спектров испускания называется спектральным анализом. С его помощи можно обнаруживать присутствие очень малого количества элементов (10^-7÷10^-8 г).