Описание установки

Общий вид установки схематично представлен на рис. 6.2. Установка включает: 1 – спектральную лампу ДНаС-18; 2 – конденсорную линзу; 3 – светофильтр; 4 – дифракционный монохроматор МДР-3; 5 – фотоприставку к монохроматору; 6 – электронный самопишущий потенциометр ЭПП.

Рис. 6.2

Монохроматор МДР-3 позволяет изучать спектры излучения и поглощения в широкой области – от ультрафиолетовой до инфракрасной, т.е. в интервале длин волн от 200 до 2000 нм.

Принципиальная оптическая схема прибора показана на рис. 6.3. Свет из источника излучения 1 проходит через конденсор 2, входную щель монохроматора 3; отражается от поворотного зеркала 4 и сферического зеркала 5, являющегося объективом коллиматора; а затем параллельным пучком падает на дифракционную решетку 6. После разложения в спектр пучок фокусируется сферическим зеркалом 7 в плоскости одной из выходных щелей 8 или 9 в зависимости от положения поворотного зеркала 10. Сканирование (развертка) спектра осуществляется автоматически, путем поворота дифракционной решетки. При этом на выходную щель последовательно проектируются различные участки исследуемого спектра. Цифровой счетчик на передней панели прибора автоматически показывает длину волны в ангстремах, наблюдаемую в данный момент. Прибор имеет четыре скорости сканирования, а также позволяет сканировать спектр вручную.

Рис. 6.3

Наличие в приборе двух выходных щелей позволяет попеременно производить следующие действия: вести визуальное наблюдение спектра через окуляр 11, установленный на выходной щели 9, или регистрировать его автоматически на ленте самописца с помощью фотоумножителя, установленного за выходной щелью 8. При этих действиях зеркало 10 устанавливается, соответственно, в положения А или В.

Источником излучения, в спектре которого есть линии натрия, служит спектральная лампа 2. Лампа 2 состоит из разрядной трубки, помещенной в колбу. Разрядная трубка, изготовленная из стекла, не взаимодействующего с натрием, наполнена парами металла и инертным газом. Лампу 2 через дроссель включают в сеть переменного тока.

Спектр излучения возникает в результате возбуждения атомов натрия электронным ударом. Электроны, ускоренные электрическим полем разряда, при неупругих столкновениях с атомами натрия передают им часть своей кинетической энергии. При этом внутренняя энергия атома возрастает, так как его оптический электрон переходит из основного в возбужденное состояние, в котором он может находиться c. Затем оптический электрон переходит с верхнего возбужденного уровня энергии либо прямо в основное состояние (если это не запрещено правилами отбора), либо на какой-нибудь нижерасположенный уровень, а уже с него в основное состояние. При этих переходах в соответствии с формулой (6.4) излучаются фотоны той или иной длины волны. Так возникает эмиссионный линейчатый спектр в натриевой лампе.

Приемником излучения является фотоумножитель ФЭУ-39, установленный в фотоприставке 5 (см. рис. 6.2). Фотоумножитель чувствителен к излучению в диапазоне длин волн нм. Сигнал с ФЭУ поступает на вход электронного самопишущего потенциометра6 и записывается на ленте.

Как устанавливают опыт и теория, интенсивность спектральных линий Na резко уменьшается от головной линии к границе серии. Также резко отличается интенсивность линий из разных серий. Например, в условиях данного опыта желтый головной дублет главной серии (нм) примерно в 20 раз интенсивней четвертого дублета резкой серии (нм).

Для уменьшения разброса интенсивностей спектральных линий, регистрируемых на ленте самописца, в приборе устанавливается синий светофильтр, имеющий максимум поглощения в наиболее интенсивной части спектра.