Практическая часть Градуировка монохроматора

В настоящей работе для разложения света на спектральные составляющие используется универсальный монохроматор УМ-2. Схема монохроматора показана на рисунке 5.

Рис. 5

Освещаемая светом исследуемого источника входная щель S коллиматорной трубы К выделяет узкий пучок света. Входная щель находится в фокусе коллиматорного ахроматического объектива L₁, который формирует параллельный пучок лучей. Параллельный пучок лучей падает на диспергирующий элемент – призму Р, устанавленную на вращающемся столике Т. Вращение столика Т вызавается поворотом барабана монохроматора, который расположен справа от зрительной трубы М.

Действие призмы основано на том, что ее показатель преломления n зависит от длины волны падающего света (явление дисперсии света), а, следовательно, угол отклонения луча призмой будет различным для разных длин волн.

Линза L₂ зрительной трубы М собирает свет, разложенный призмой Т по длинам волн и формирует изображение спектра, который рассматривается в окуляр О. Окуляр имеет указатель (визира) в виде стрелки и служит для градуировки монохроматора.

Градуировкой монохроматора называют процесс, с помощью которого устанавливается связь между отсчетом по шкале делений барабана монохроматора и длиной волны спектральной линии, расположенной против указателя (визира) в зрительной трубе. Угловая дисперсия призмы существенно зависит от длины волны, поэтому градуировочные (по длинам волн) характеристики приборов нелинейны и для выполнения градуировки нужно использовать большое число линий с известными длинами волн. Для градуировки используется эталонный источник света, у которого имеются линии во всех областях спектра. Длины волн этих линий должны быть известны с высокой точностью. Результаты градуировки представляются в виде графиков, таблиц или в виде новой шкалы.

В настоящей работе в качестве эталонного источника света используется ртутная лампа. Изготовленная из специального кварцевого стекла и заполненная парами ртути трубка лампы пропускает свет в очень широком диапазоне (включая видимую и ультрафиолетовую области спектра). Трубка лампы (для защиты глаз от ультрафиолетовых лучей) помещена в светонепроницаемый корпус с небольшим окном для выхода излучения. Запрещается смотреть непосредственно на выходное окно ртутной лампы, т.к. при прямом попадании света в глаза возможен ожог сетчатки глаза.

Включите источник излучения, прогрейте его в течение 10 минут. В корпус источника встроены ртутная и водородная лампы, которые имеют различные выходные отверстия (на верхней части корпуса указано, какой лампе принадлежит соответствующее выходное отверстие). Перемещая корпус источника, расположите напротив входной щели монохроматора выходное окно включенной ртутной лампы. Обычные стеклянные линзы и призма монохроматора задерживают ультрафиолетовое излучение, поэтому в окуляре зрительной трубы будут видны только отдельные спектральные линии различного цвета и интенсивности, принадлежащие видимому спектру ртути. Наблюдая спектр в окуляр, перемещением ртутной лампы добейтесь максимальной яркости спектральных линий. Вращение барабана монохроматора приводит к повороту столика Т, на котором расположена призма Р, и наблюдаемый в окуляре спектр источника излучения будет перемещаться относительно стрелки окуляра (визира). Измерения рекомендуется проводить при перемещению по спектру от желтой к фиолетовым областям. Положение красной линии находится в последнюю очередь, так как она имеет очень маленькую интенсивность. Для того, чтобы увидеть две желтые линии ртути с близкими длинами волн, уменьшите ширину входной щели монохроматора S. Спектральные линии должны быть достаточно узкими. Совместите визир со спектральной линией ртути. Для получения наиболее точных измерений визир всегда должен приближаться к линии только с одной стороны, в нашем случае - с правой. Занесите показания шкалы барабана монохроматора для соответствующего цвета в таблицу 1. При перемещении в фиолетовую область спектра линии становятся менее яркими, наименьшую интенсивность имеет голубая линия (4916,0 Ǻ), поэтому рекомендуется по мере необходимости увеличивать ширину входной щели монохроматора. После того, как измерены положения линий в сине-фиолетовой области, вернитесь в красную область спектра, которая расположена до желтой области, и увеличьте ширину щели. Если в аудитории выключено верхнее освещение и настольные лампы на соседних столах, вы должны увидеть очень тусклую красную линию. Подведите визир окуляра монохроматора к центру этой линии с правой стороны и запишите показания шкалы барабана.

Заполните таблицу 1. Длина волны спектральных линий ртути в таблице приведена в ангстремах (1 Ǻ = 10^-8 см).

Таблица 1

Спектральные линии ртути	Длина волны, Ǻ	Показания шкалы барабана монохроматора
красная	7081,9
желтая	5790,6
желтая	5769,6
зеленая	5460,7
голубая	4916,0
сине-голубая	4358,3
фиолетовая	4046,6

По данным таблицы 1 постройте градуировочный график (градуировочную кривую монохроматора). По оси ординат OY откладываются длины волн спектральных линий ртути, по оси абсцисс OX — соответствующие им показания по шкале барабана монохроматора. Градуировочный график должен иметь вид плавной монотонной линии. С его помощью по измеренным значениям положений (делений шкалы барабана) спектральных линий любого другого излучения можно определить их длины волн.