Лабораторна робота № 6.2 „Визначення сталої Ридберга”.

Лабораторна робота № 6. 2 „Визначення сталої Ридберга”.

Мета роботи: Провести градуіровку спектрометра, визначити довжини хвиль в серії Бальмера атома водню і на підставі формули (1) визначити три значення сталої Рідберга. Розрахувати цю сталу по формулі (10) і порівняти з дослідними даними.

Прилади і приладдя: спектрометр, генератор збудження газового розряду зі змінними спектральними трубками з гелієм і воднем.

Опис спектрометра.

Спектрометр складається з коліматорної трубки 1, диспергуючої скляної призми 2, зорової труби 3, відлікового пристрою 4 і підставки 5 (рис. 2).

Коліматорна трубка складається з лінзи, в фокусі якої міститься щілина. Перед щілиною встановлюється капіляр газорозрядної спектральної трубки. В коліматорній трубці формується паралельний пучок світлових променів, який падає на грань диспергуючої призми. Диспергуюча призма скляна, з заломлюючим кутом 60°.

В призмі, внаслідок залежності коефіцієнта заломлення від довжини світлових хвиль (дисперсія) світловий пучок розділяється на паралельні світлові пучки різних довжин хвиль. Виходячи з призми, вони відхиляються до її основи на різні кути і попадають в об’єктив зорової труби. В фокальній площині об’єктива вони збираються в кольорові лінії. Ці лінії розглядаються через окуляр зорової труби. В окулярі закріплена тонка нитка для наводки зорової труби на кожну спектральну лінію. Наводка проводиться мікрометричним гвинтом з відстанню 1 мм. На барабані гвинта нанесена шкала в 50 поділок. Ціна поділок лінійки – 1 мм, а шкали барабана – 0, 02 мм.

Опис генератора збудження розряду.

Генератор збудження розряду являє собою трансформатор з феритовим сердечником. В первинному колі трансформатора зібраний генератор високочастотних коливань (рис. 6. 3).

Генератор з’єднаний з джерелом постійного струму напругою 8 В. Для захисту від неправильного вмикання полярності джерела струму в коло включений напівпровідниковий діод. Коливання, які виникають в генераторі, створюють в феритовому сердечнику змінний магнітний потік. Останній збуджує в обмотці з великим числом витків змінну напругу (2500-3000 В). До кінців цієї обмотки підключаються газорозрядні трубки з гелієм або воднем.

Порядок виконання роботи.

1. Підключити до кола живлення 8 В генератор збудження розряду в спектральній трубці з Не, суворо дотримуючись полярності (+) і (-).

2. Встановити розрядну трубку з Не біля щілини коліматорної труби спектрометра так, щоб в зоровій трубі було видно спектральні лінії і відлікову нитку.

3. За допомогою мікрометричного гвинта наводити нитку окуляра послідовно на лінії спектра і відраховувати їх положення по шкалі і барабану мікрометричного гвинта (мікрометричний гвинт має відстань в 1мм і ціну поділки барабана 0, 02мм). Записати колір лінії, її довжину хвилі і її положення по відліках мікрометра.

4. Такі ж вимірювання провести зі спектральною трубкою з воднем. Всі дані занести до таблиці.

5. По виміряних положеннях спектральних ліній гелію побудувати градуїровочну криву спектрометра. Відкладати на осі абсцис дані шкали мікрометра, а на осі ординат – довжини хвиль в нанометрах (нм) в інтервалі від 400 до 700 нм (рис. 6. 4).

6. По графіку градуїровки визначити довжини хвиль спектральних ліній водню і занести їх до таблиці.

7. На підставі формули спектральної серії Бальмера для атомарного водню

вивести розрахункову формулу для обчислення сталої Рідберга і обчислити три її значення.

8. Обчислити середнє значення сталої Рідберга і її абсолютну і відносну похибку (як для прямих вимірювань).

9. За формулою (10) обчислити теоретичне значення сталої Рідберга і порівняти з одержаним експериментальним значенням, визначивши відносне відхилення:

.