Экспериментальная установка и методика измерений

Для изучения спектров в видимой области используется гониометр, на столике которого установлена призма. Перед щелью на оптической оси коллиматора устанавливают ртутную лампу. Рабочая ширина входной щели выбирается в пределах 0.05-0.1 мм. Перемещая источник света слева-направо и вверх-вниз, добиваются наибольшей яркости и четкости изображения линий ртутного спектра в окуляре зрительной трубы гониометра. Для облегчения такого поиска вначале допускается использование более широкой щели с постепенным ее уменьшением до рабочего размера. После отождествления наблюдаемого спектра с эталонным отсчитывают и записывают положение линий по шкале гониометра. Начинают градуировку обычно с первой красной линии ртути (λ=6907 Å). Для снятия отсчетов совмещают искомую линию спектра с отсчетной линией зрительной трубы при помощи микровинтов алидады. Производят дополнительную фокусировку зрительной трубы и коллиматоров для по­лучения наибольшей четкости спектральных линий маховичками фокуси­ровки. Далее смотрят в окуляр отсчетного устройства, и, осторожно вращая маховичок оптического микрометра, добиваются совмещения крат­чайшим путем двойных штрихов на верхней и нижней шкалах отсчетного устройства. Отсчет должен представлять собой угловую меру, состоя­щую из некоторого числа градусов, минут и секунд.

Число градусов представлено цифрой на верхней шкале, находящейся левее отсчетной линии. Число десятков минут находят, подсчитав число интервалов между цифрой, соответствующей числу градусов на верхней шкале и числом, равным этому числу +180, найденному на ниж­ней шкале с перевернутым изображением. Единицы минут и секунд от­считывают справа в прямоугольной шкале.

Задание 1. Градуировка спектроскопа

Пользуясь эталонным спектром, записывают значения длин волн на­блюдаемых линий ртути и их отсчеты по лимбу гониометра. Затем стро­ят градуировочный график, откладывая по оси абсцисс деления шкалы п , а по оси ординат значения длин волн λ. Через полученные та­ким образом точки проводят плавную кривую. Для получения достаточ­ной точности необходимо использовать практически все линии эталон­ного спектра.

Задание 2. Определение постоянной Ридберга и построение диаграммы Гротриана

Пользуясь шкалой, устанавливают зрительную трубу гониометра в положение, при котором может наблюдаться красная часть спектра. По­сле этого устанавливают трубку с водородом против щели прибора и получают в ней газовый разряд с помощью высокочастотного генерато­ра. Увеличив входную щель в два-три раза и не изменяя никаких ус­тановок гониометра, медленным горизонтальным смещением разрядной трубки добиваются появления в зрительной трубе красной линии водо­рода. Более узкие и сравнительно яркие линии атомарного водорода наблюдаются на фоне большого числа близко расположенных линий не­большой интенсивности, излучаемых молекулярным водородом. Для уменьшения молекулярного фона необходимо уменьшить ширину щели.

Определяют отсчеты по шкале для трех линий (красной, голубой и синей) серии Бальмера и находят по градуировочной кривой длины волн λ₁, λ₂, λ₃. Для каждого значения λ по формуле (8) вычисляют постоянную Ридберга (в см^-1) и находят ее среднее значение. Используя полученное значение R по формуле (7) вычисляют значение энергии (в эВ) для значений п= 1,2,3,4,5,6 и ∞. Полученные значения энергии отмечают на вертикальной шкале горизонтальными линиями (по аналогии со схемой, приведенной на рис.10). Рядом с каждой линией выписывают соответствующее ей значение энергии в эВ, рядом - значение терма в см^-1 , вычисленное по формуле (6).

На полученной таким образом диаграмме Гротриана вертикальными линиями отмечают переходы, соответствующие наблюдаемым линиям. Штрихованными стрелками показывают все возможные переходы и связывают их с линиями известных серий водородного спектра.