Анализ спектров испускания веществ с помощью монохроматора

Задачи

1.Длительность возбужденного состояния атома водорода соответствует примерно
Δt = 10^-8с. Чему равна неопределенность ΔЕ энергетического уровня при этом?

2.Найдите границы серии Лаймана (в частотах и длинах волн). Сопоставьте эти данные с интервалом частот и длин волн видимого света.

3.Найдите границы серии Бальмера (в частотах и длинах волн). Сопоставьте эти данные с интервалом частот и длин волн видимого света.

4.Интенсивность монохроматического света, обусловленного переходом атома со второго уровня на первый в серии Лаймана равна 1 нВт Сколько фотонов в секунду создают такую интенсивность? Тот же вопрос для линии серии Бальмера, соответствующей переходу с третьего уровня на второй.

5.Считая, что в возбужденном состоянии атом находится время Δt=10^-8с, вычислите ширину линий (в Δλ) серий Лаймана и Бальмера, соответствующей переходу с третьего уровня на второй.

лабораторная работа № 19

анализ спектров испускания веществ с помощью монохроматора

Газоразрядные лампы.

Неоновая лампа является газоразрядным источником света, в котором оптическое излучение возникает при электрическом разряде. Большинство ламп наполняется не чистым неоном, а неоно-гелиевой смесью с небольшой добавкой аргона, чтобы понизить напряжение зажигания. Поэтому свечение ламп имеет оранжево-красный цвет. Оно видно на далекие расстояния, невозможно спутать его с другими источниками света, туман ему не помеха. Широко используется в качестве световых индикаторов напряжения и тока в системах сигнализации, контрольно-измерительной аппаратуре, а также для освещения. Спектр излучения чистого одноатомного газа – неона можно видеть на рис. 1, а положение спектральных линий в нанометрах – в табл. 1.

Рис.1. Спектр неона.

Таблица.

Основные спектральные линии неона.

Длина волны, нм
453,8
470,4
471,5
475,3
482,7
488,5
495,7
534,1
540,0
585,3
588,2
603,0
607,4
614,3
616,4
621,7
626,7
633,4
638,2
640,2
650,5
659,9
692,9

Люминесцентная лампа также относится к газоразрядным источникам света, световой поток которых определяется в основном свечением люминофоров под воздействием ультрафиолетового излучения разряда. Люминесцентные лампы широко применяются для общего освещения, при этом их световая отдача и срок службы в несколько раз больше, чем у ламп накаливания того же назначения. Наиболее распространённой разновидностью подобных источников является ртутная люминесцентная лампа. Она представляет собой стеклянную трубку, заполненную парами ртути, с нанесённым на внутреннюю поверхность слоем люминофора. При работе люминесцентной лампы между двумя электродами, находящимися в противоположных концах лампы, возникает электрический разряд. Лампа заполнена парами ртути, и поэтому проходящий ток приводит к появлению ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовое излучение преобразуют в видимый свет с помощью люминофора, специального вещества, которое поглощает УФ излучение и выделяет видимый свет. Изменяя состав люминофора можно менять оттенок получаемого света. На рис. 2. представлена компактная люминесцентная лампа, а на рис. 3. – спектр излучения типичной люминесцентной лампы.

Рис. 2. Компактная люминесцентная лампа.

Рис. 3. Спектр излучения типичной люминесцентной лампы.

Цель работы: Определить с помощью монохроматора положение спектральных линий газа неона (в длинах волн) и максимумов спектра излучения люминесцентной лампы.

Приборы и материалы: Неоновая лама, люминесцентная лампа, монохроматор МСД-2.

Рис. 4. Опытная установка для наблюдения спектров излучения веществ.

Рис. 5. Панель управления монохроматором.

1 – установка исходной длины волны (200 нм).

2 – блок управления скоростью сканирования.3 – блок управления направлением и режимами сканирования.

4 – кнопка ручного управления сканированием.

5 – блок управления режимами сканирования на заданный интервал длин волн.

Ход работы:

Проверить правильность сборки установки, согласно схеме опыта. Убедиться, что неоновая лампа стоит прямо напротив щели монохроматора. Ознакомиться с порядком работы на монохроматоре (приложение).

Включить неоновую лампу, монохроматор и дать прогреться приборам в течение 5-10 минут.

Наблюдая через объектив спектр излучения неоновой лампы, отождествить линии спектра неона. Для этого кнопками управления установкой длин волн изменить длину волны так, чтобы положение вертикальной металлической нити объектива совпадало с положением одной из линий спектра неона. Выбрать 5 линий в различных местах отображаемой области спектра. Записать показания монохроматора выбранных линий спектра неона и сравнить их с табличными значениями (табл.). Лучше всего, начинить эксперимент с желтого дуплета (585,3 нм и 588,2 нм)

534,1 Зеленый

540,0 Зеленый

585,3 Желтый

588,2 Желтый

603,0 Красный

При несовпадении значений длин волн линий спектра неона, полученных экспериментально и табличных, более чем на 2-4 нм рассчитать их разность для каждой линии спектра. Установить среднюю поправку для всех измеренных линий спектра неона.

Установить в лапку штатива люминесцентную лампу. После пятиминутного прогрева определить максимумы спектра излучения вещества лампы. Если необходимо, используйте найденную поправку монохроматора. Данные занести в тетрадь.

Оформить отчет. В выводе указать выявленную поправку монохроматора и максимумы спектра поглощения вещества люминесцентной лампы.

Приложение