Прилади та обладнання

• спектрометр,

• неонова лампа,

• газорозрядна воднева лампа з джерелом живлення,

• кольоровий спектр неону.

Коротка теорія

Воднеподібні атоми, з квантової точки зору та за борівською теорією докладно розглянуто у Додатку §5. Щоб порівняти результати експериментального визначення спектру атома водню у нашій роботі з теорією та вимірюванням цього ж спектра на досконалих приладах приведемо серіальну формулу Бальмера та спектрограму спектра водню

мула Бальмера

. (1)

На малюнку представлені довжини хвиль, обчислені за формулою (1) та спектрограма водню.

Опис експериментальної установки

Для виміру довжин хвиль спектральних ліній використовується призменний монохроматор, принципова схема якого приведена на Мал. .

С вітло від джерела S концентрується за допомогою конденсора K на щілині Щ коліматора, ширина якої регулюється мікрометричним гвинтом 9. Сфокусований коліматорним об'єктивом 2, вузький промінь направляється на систему скляних призм 3,6, за допомогою яких він, в результаті дисперсії, розкладається в спектр. Далі світло попадає в зорову трубу 5, через окуляр якої спостерігається спектр.

За допомогою мікрометричного гвинта 7 із відліковим барабаном, столик 6, на якому розташовані призми, можна повертати навколо вертикальної осі. Це необхідно для того, щоб суміщати потрібну лінію спектра, що спостерігається, з вістрям покажчика 10, розташованого в центрі фокальної площини об'єктива 4 зорової труби і спостерігається через окуляр 5.

К ут N, на який відхиляється світло призмою певної довжини хвилі , завжди залишається незмінним. Він визначається кутом повороту відлікового барабана мікрогвинта 7.

Для визначення довжини хвилі спектральної лінії за допомогою монохроматора, його треба спочатку проградуювати. Градуювання приладу полягає у встановленні на графіку однозначної відповідності між показаннями монохроматора N і довжиною світлової хвилі (див.Мал. ). Для його побудови необхідно джерело світла, спектр якого добре відомий (трубка зі світними парами ртуті, газоподібним неоном, гелієм і т.п.). Якість градуювання визначає точність наступного визначення невідомих довжин хвиль ліній досліджуваного спектра. Тому при градуюванні монохроматора варто особливо уважно ідентифікувати лінії картини відомого спектра й лінії, що спостерігаються в монохроматорі. Оскільки при розшифровці спектра, що спостерігається, можливі помилки, то варто пам'ятати, що градуйовочний графік повинен бути плавною кривою, яка проходить однаково близько між експериментальними точками. Якщо на спектрометрі деякій лінії спектра з невідомою довжиною хвилі , відповідає кут положення призми , то для визначення довжини хвилі цієї лінії необхідно на графіку виставити точку відповідного кута : встанолюємо у ній перпендикуляр і з точки А перетину його з графіком опустимо перпендикуляр на вісь довжин хвиль . Відповідна точка перетину і буде шуканою довжиною хвилі.

Хід виконання роботи

1. Ознайомитися з будовою монохроматора УМ-2 на стенді, використовуючи схему.

2. Відоме джерело світла (неонова лампа) розташуйте перед щілиною й увімкніть напругу. Переміщенням окуляра 5 знайдіть різке зображення вістря покажчика 10 і чіткі, ясні границі спектральних ліній. Ширину, чіткість і яскравість спектральних ліній регулюйте шириною щілини за допомогою мікрометричного гвинта 9. При спостереженні слабких ліній у крайній фіолетовій області спектра потрібно трохи збільшити ширину щілини. Оскільки око краще фіксує слабко яскраві лінії у русі, за допомогою барабана 7 можна переміщати їх щодо вістря покажчика у обидва боки, домагаючись найкращого суміщення середини лінії з вістрям покажчика.

3 . Заповнити Таблицю 1 і зробити градуювання приладу по спектру неону.

4.Замініть неонову лампу газорозрядною трубкою водню. Визначте положення ліній випромінювання водню по шкалі спектрометра й занесіть дані в Таблицю 2.

Варто врахувати, що хоча в серії Бальмера видимих ліній практично тільки три (лінія лежить в області близької до ультрафіолету і має малу інтенсивність) у спектрі, що спостерігається в монохроматорі, видні й інші лінії - це лінії спектра молекулярного водню та парів води. Тому пошук потрібних ліній необхідно починати з найбільш інтенсивної червоної лінії і зелено-блакитної . У проміжку між лініями розташовуються трохи червоно-жовтих і зелених, порівняно слабких молекулярних смуг.

Третя лінія фіолетово-синя. Перед цією лінією розташовані дві слабкі розмазані молекулярні смуги синього кольору. Четверта лінія фіолетова, є слабкою і важко спостерігається.