 |
Характеристики монохроматора
|
|
|
|
Для изучения спектрального состава света, излучаемого источником, иcпользуются различные спектральные приборы, основными частями которых являются так называемые монохроматоры. Из спектра сложного излучения они выделяют узкие спектральные участки, т.е. дают свет практически одной и той же длины волны (монохроматический свет).
Простейшая схема монохроматора показана на рис. 1. Свет от источника 1 падает на узкую щель 2, расположенную в фокальной плоскости линзы 3 объектива. Щель 2 образуется двумя ножами, которые перемещаются при помощи винта. Ширину щели устанавливают такой, чтобы два её соседних изображения для близких длин волн не накладывались друг на друга.
Проходя через линзу 3, свет образует параллельный пучок, падающий на трехгранную призму 4. Вследствие дисперсии преломленные в призме параллельные световые пучки, соответствующие различным длинам волн, будут идти под различными углами друг к другу (на рис.1 показано только два пучка). Эти углы даже при значительной дисперсии не превышают нескольких градусов. Световые пучки, проходя через линзу 5, в фокальной плоскости которой стоит экран 6, дают несколько изображений щели 2для различных длин волн. В зависимости от источника излучения (воэбужденный газ или нагретое твердое тело) на экране образуется линейчатый либо сплошной спектр.
По способу регистрации спектров спектральные приборы разделяются на четыре группы:
1. Спектрографы. экран 6 покрывают эмульсией для получения фотографии спектра,
2. Фотоэлектрические приборы. Спектр регистрируют с помощью фотоэлементов и фотоэлектронных умножителей, входящих в состав приборов.
3. Спектроскопы. Спектр визуально наблюдается через окуляр.
|
|
|
4. Монохроматоры. В фокальной плоскости окуляра 5 с помощью узкой щели выделяютисследуемый участок спектра. Перемещение спектра в поле зрения осуществляют поворотом призмы 4 вокруг оси, перпендикулярной плоскости рисунка. Поворачивая призму на определенный угол, можно рассмотреть весь спектр излучения.
В центре поля зрения окуляра находится указатель, с которым совмещают спектральные линии.
Основными характеристиками любого спектрального прибора, в том числе и монохроматора, является угловая дисперсия D j, линейная дисперсия D l и разрешающая способность прибора R.
Угловой дисперсией называется отношение углового расстояния Dj между лучами, длины волн которых отличаются на Dl, к самому интервалу Dl. 
(1)
Линейной дисперсией называется отношение расстояния между спектральными линиями D l, длины волн которых отличаются на Dl, к интервалу Dl.
(2)
где 
- фокусное расстояние окуляра.
Возможность раздельного наблюдения (разрешения) двух спектральных линий определяется не только интервалом длин волн между ними, но и шириной самих спектральных линий. Разрешающая способность спектрального прибора характеризует возможность прибора разделять две близко расположенные спектральные линии с длинами волн l 1 и l2:
,
Dl- наименьший интервал длин волн, для которого две спектральныелинии по критерию Рэлея могут наблюдаться раздельно, Dl = l2 - l1.
Чем больше разрешающая способность, тем более близкие длины волн можно разрешить с помощью спектрального прибора.
Описание установки
|
Рис. 2
Установка (рис.2) состоит из монохроматора УМ-2, эталонного источника света 6 и неизвестного источника (не показан). Свет от эталонного источника 6 падает на входную щель 5 коллиматора,
ширина которой регулируется винтом 4. Поворот диспергирующей призмы осуществляется градуировочным барабаном - 2, снабженным указателем. При повороте барабана указатель скользит по размеченной в градусах спиральной канавке. Фокусировка объектива необходима на каждую спектральную линию, так как её длине волны соответствует свое фокусное расстояние. Такая фокусировка осуществляется с помощью винта 3. Диоптрийной подстройкой окуляра под глаз (поворотом кольца 1) можно добиться резкого изображения указателя и спектральных линий.
|
|
|
Порядок выполнения работы
Градуировка монохроматора
1. Перед входной щелью объектива монохроматора, на расстоянии 10-15см установить подставку с неоновой лампой. Ширина входной щели должна быть достаточно узкой, чтобы спектральные линии были хорошо разрешены. С помощью винта 1 добиться резкого изображения указателя и спектральных линий в поле зрения окуляра.
2. Произвести идентификацию линий неона, т.е. по характерным признакам спектральных линий, отмеченных в атласе спектра неона, найти соответствующие линии в наблюдаемом в окуляр спектре.
3. Отградуировать монохроматор. Градуировку рекомендуется начать с желтой линии. Для этого поворотом градуировочного барабана совместить указатель в поле зрения с желтой линией и соответствующее ей деление барабана занести в таблицу. Подобную "привязку" шкалы барабана монохроматора к спектру неона проиэвести для всех остальных линий.
Примечание. Для исключения влияния возможного люфта на градуировку при подводе линий к указателю барабан следует вращать в одну сторону.
Измерения произвести для каждой линии не менее трех раз. Полученные отсчеты по барабану и соответствующие длины волн занести в таблицу. В качестве окончательного результата измерений берется среднее арифметическое отсчетов.
4. Построить градуировочный график монохроматора. По оси абсцисс отложить деления n барабана, по оси ординат - соответствующие длины волн l в нм.
Исследование дисперсии монохроматора
Градуировочный график n (l) по оси ординат (по длине волны) разбить на 6-8 одинаковых интервалов Dl, для каждого из них на оси абсцисс определить интервалы Dn и для каждого интервала вычислить отношение 
(дел/нм). Построить график зависимости угловой дисперсии D j = от длины волны: по оси абсцисс отложить среднее на интервале Dl значение lср
|
|
|
|
|
|
