Politechnika Śląska

Wydział AEiI

Kierunek AiR

Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki:

Analiza widmowa.

Grupa IV, sekcja 3

                                                                                                      1.Szymon Ciupa

                                                                                                      2.Adam Filipek

Gliwice, 7.05.1999

1.    Wstęp teoretyczny:

              Widmem optycznym nazywamy  obraz powstały wskutek rozszczepienia światła pochodzącego od źródła rzeczywistego na składowe o różnych długościach fali.

Przyrządem najczęściej stosowanym do analizy promieniowania ciał świecących jest spektroskop pryzmatyczny. Zasadniczym jego elementem jest pryzmat  z substancji przezroczystej, wykazującej zjawisko dyspersji.

Podczas przejścia światła białego przez pryzmat, oprócz załamania obserwuje się również zjawisko dyspersji, czyli rozszczepiania światła. Światło białe nie jest światłem monochromatycznym, lecz składa się z wielu barw (wielu długości fal). Światło to przechodząc przez pryzmat ulega rozszczepieniu na barwy: czerwoną, pomarańczową, żółtą, zieloną, niebieską, indygo i fioletową. Prędkość rozchodzenia się światła w ośrodku materialnym  zależy od długości fali. Odpowiadające różnym prędkościom wartości współczynników załamania są różne dla poszczególnych barw. W wyniku rozszczepiania światła białego w pryzmacie otrzymuje się widmo ciągłe (poszczególne barwy w sposób ciągły przechodzą jedna w drugą).

Gdy źródłem światła są gazy jednoatomowe, widmo składa się z pojedynczych prążków barwnych, których ilość i położenie jest inne dla każdego gazu. Zatem widmo pozwala zidentyfikować atomy wysyłające światło. Z tego powodu sposób identyfikacji atomów oparty o analizę widma nazywamy analizą widmową. Chcąc wykonać analizę widmową musimy znać dokładnie długości fal poszczególnych linii. Długość fal możemy określić z położenia poszczególnych linii znając dla danego spektrometru tzw. krzywą dyspersji, czyli zależność długości fali od wartości na skali. Celem wyznaczenia przebiegu krzywej dyspersji określamy położenie linii pierwiastka o znanym widmie. Długości poszczególnych linii widmowych są charakterystyczne dla rodzaju substancji. Obecność określonej linii świadczy o obecności odpowiedniej substancji w źródle światła. Z natężenia linii można wnioskować o ilości danego pierwiastka.

                            Emisyjne widmo liniowe dają pobudzone do świecenia gazy oraz pary metali. Zgodnie z teorią Bohra elektron może zajmować w atomie ściśle określone poziomy energetyczne. Przy przejściu z jednego poziomu na inny musi zaabsorbować względnie wyemitować różnicę energii w postaci kwantu światła

.

Jeśli na drodze światła o ciągłym rozkładzie widmowym ustawimy warstwę gazu lub pary o temperaturze niższej niż temperatura źródła, to na tle widma ciągłego zaobserwuje się czarne linie odpowiadające liniom widma emisyjnego.

2. Opis ćwiczenia:

Na początku cechujemy spektroskop, co polega na przyporządkowaniu danym podziałkom skali określonych długości fal.

Dla dwóch znanych gazów i jednego nieznanego notujemy położenia linii widmowych. Rysujemy krzywą dyspersji (skalowania) spektrometru.

Z wykresu określamy długości linii widmowych badanego gazu i za pomocą tablic linii spektralnych identyfikujemy go.

3.    Tabela pomiarowa:

Badany gaz:

4. Wykresy:

5. Wnioski:

       W wyniku przeprowadzonego doświadczenia zidentyfikowaliśmy badany gaz jako neon.

      Na wykresie widać punkty będące znacznie odsunięte od prawidłowej linii wykresu. Oznacza to, że danej linii widmowej przyporządkowano błędnie długość fali odczytaną z tablic.

3