 |
Принцип действия, конструкция и основные
|
|
|
|
ИЗУЧЕНИЕ СПЕКТРОВ ИСПУСКАНИЯ СВЕТА
С ПОМОЩЬЮ МОНОХРОМАТОРА
Цель работы. Ознакомление с принципом действия и конструкцией монохроматора, исследование с его помощью спектра испускания неизвестного источника света.
Приборы и принадлежности: монохроматор УМ-2, неоновая лампа и лампа накаливания на подставках, атлас линий спектра излучения неона, неизвестный источник света с набором атласов линий спектра.
Сведения из теории
Все нагретые тела являются источниками электромагнитного излучения. Основной характеристикой излучения является спектр. Спектром излучения называется совокупность длин волн, испускаемых источником.
Белый свет представляет собой набор всех длин волн видимого диапазона. Если белый свет падает на призму (рис.1), то происходит разложение его на все цвета радуги, так как показатель преломления зависит от длины волны. Подобное разложение белого света в полный спектр, и вообще, все явления, обусловленные зависимостью показателя преломления вещества от длины волны, называются дисперсией.
|
Рис. 1
Разреженный газ для получения его спектра нужно возбудить, чтобы он испускал свет. Этого можно достичь, если к газоразрядной трубка приложить высокое напряжение, а свет от этой трубки пропустить сквозь призму. В результате дисперсии получим спектр, который будет "визитной карточкой" исследуемого газа. Спектры различных веществ отличаются друг от друга цветом и расположением характерных линий, т.е. по спектру можно идентифицировать вещество. Исследование спектров (спектральный анализ) дает много информации о природе источника и о происходящих в нем процессах.
|
|
|
Различают два вида спектров: линейчатые и сплошные. Твердые и жидкие тела излучают свет, в котором присутствуют все линии волн (сплошной спектр). Излучение обусловлено колебаниями атомов и молекул, которые зависят от взаимодействия каждого атома или молекулы со своими соседями. Линейчатые спектры дают разряженные газы. Вних атомы в среднем находятся на больших расстояниях друг от друга, поэтому свет излучают изолированные, и не взаимодействующие между собой атомы. Отсюда линейчатые спектры служат своего рода ключом к строению атома.
В практике используют как спектры испускания, так и спектры поглощения. Если излучение с непрерывным спектром проходит через газ. то в спектре появляются темные линии, соответствующие светлым линиям в линейчатом спектре испускания данного газа.
Теоретическое объяснение спектральных закономерностей было впервые дано в полуклассической теории Бора, а дальнейшее развитие получило в квантовой механике. В качестве объекта исследования был выбран самый простой атом - атом водорода: вокруг ядра вращается только один электрон (модель Резерфорда). У водорода самый простой спектр. Для объяснения устойчивости и характера атомного спектра Бор постулировал:
1. Электроны движутся вокруг ядра по круговым орбитам, среди которых разрешенными являются только определенные орбиты (стационарные состояния). Электрон на такой орбите обладает определенной энергией и движется по орбите, не излучая энергии.
2. Испускание света происходит, когда электрон переходит из одного стационарного состояния в другое. При каждом перехода испускается один световой фотон, энергия которого определяется как
где E 2 - энергия электрона в возбужденном состоянии;
Е 1. - энергия электрона в невоэбужденном состоянии;
l - длина волны излучения,
, n - частота излучения, h – постоянная Планка.
Набор фотонов с одинаковой частотой является монохроматическим излучением и при визуальном наблюдении дает определенную спектральную линию. Таким образом, каждому возможному энергетическому переходу электрона в атоме соответствует спектральная линия. Этим объясняется линейчатый спектр отдельных, невзаимодействующих возбужденных атомов. Возбужденные молекулы имеют полосатые спектры. Излучение вызвано как электронными переходами в атомах, так и колебательными движениями самих атомов и молекул.
|
|
|
Принцип действия, конструкция и основные
|
|
|
