2. 2. Описание экспериментальной установки.

Основным элементом установки является спектрограф. Спектрографом называется прибор для фотографирования спектра. Отвлекаясь от устройства конкретного прибора (поскольку в настоящее время существуют несколько различных схем), рассмотрим лишь принцип действия любого спектрографа (рис.4).

Свет от источникаA проходит через щель S и попадает на объектив L₁. Поскольку S помещается в фокусе L₁ , то после прохождения L₁ свет идет параллельно главной оптической оси. Проходя диспергирующую систему D (например, дифракционную решетку или призму), свет разлагается на спектральные компоненты. Последние фокусируются объективом L₂ в фокальной плоскости P. Если поместить в эту плоскость фотопластинку P, то после проявления получим на ней фотографию спектра данного источника.

Экспериментальная установка представлена на рис.4-6. Она включает в себя следующие элементы:

1. Эталонная ртутно-гелиевая лампа (рис.5). По своему устройству аналогична ламповому диоду. Включает в себя: нить накала (питается от переменного напряжения 4в), анод, катод. Пространство колбы заполнено парами ртути и гелием при низком давлении. Зажигание лампы происходит при напряжении между анодом и катодом порядка 140В. При работе напряжение на лампе составляет 40-50В. Напряжения, необходимые для питания лампы вырабатываются источником питания УИП-1. Свет лампы выходит через окно 8. 2. Водородная лампа (рис. 6). Основу лампы составляет П-образная стеклянная трубка 8 с узким каналом 7. В трубке при низком давлении находится водород. Лампа помещена в защитный корпус с отверстием для обдува воздухом от вентилятора 5. Питание лампы осуществляется от источника питания, который состоит из лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) 1 и повышающего трансформатора 2. Зажигание лампы происходит при напряжении 1700-1900В (в зависимости от температуры окружающего воздуха), что соответствует напряжению на ЛАТРе порядка 60-70В. При работе напряжение на лампе падает до 1200В. Напряжение на лампе регулируется ручкой 4. Такое высокое напряжение необходимо для того, чтобы ионизировать атомы водорода (перевести электроны в атомах водорода на более высокие энергетические уровни ). При обратных переходах, переданная атому энергия излучается в виде линий спектра (серии Лаймана- переход с более высоких на 1-ый энергетический уровень, Бальмера- на 2-ой, Ритца-Пашена- на 3-ий и.т.д). Из перечисленных серий наблюдаемой является только серия Бальмера так как она приходится на видимый участок спектра.

При работе лампа, а особенно капиллярный канал, нагреваются до температуры 100-150⁰С, поэтому лампа обдувается потоком воздуха от вентилятора 5.

3. Спектрограф. Предназначен для наблюдения и фотографирования спектра. Спектрограф ИСП-51 и штатив с линзой размещены на направляющем рельсе 1.Штатив с линзой может перемещаться вдоль рельса. Положение штатива 2 на рельсе фиксируется стопорным винтом 5. С помощью собирающей линзы 4 свет от источника фокусируется на входной щели 7 спектрографа 9. Грубая настройка положения линзы обеспечивается смещением штатива вдоль рельса, а точная - при помощи ручек 6. При помощи микрометрического винта 8 настраивается необходимая ширина щели в диапазоне 0÷4мм. Ширина щели определяет ширину наблюдаемых спектральных линий и их яркость. Оптическая схема спектрографа представлена на рис.4. Диспергирующим элементом является призма, изготовленная из флинта. Ручкой 11 призма поворачивается относительно вертикальной оси, при этом спектр смещается вдоль выходной щели 10. Спектр источника можно непосредственно увидеть при помощи собирающей линзы, либо сфотографировать его на фотопластинку (для этого нужно установить на выходную щель кассетную рамку с фотопластинкой).

Для фотографирования исследуемого спектра между линиями эталонного спектра применяется диафрагма Гартмана (рис.8.). Диафрагма устанавливается перед входной щелью спектрографа и ограничивает линии спектра по вертикали