7. Прилади та обладнання.

Оптична лава. Одномірна дифракційна гратка. Оптичний квантовий генератор. Екран з лінійною шкалою. Міліметрова лінійка.

8. Література.

8.1. Савельев И. В. Курс общей физики. Т.2. -М.; Наука, 1978, с. 125-130.

8.2. Яворский Б. М., Детлар А. А. Курс физики.. Т.З.-М.; Высшая школа, 1972, с. 61-63.

8.3. Геворкян Р. Г. Курс физики. М.; Высшая школа, 1979, с.423-432.

Лабораторна робота № 2

Варіант 1

Вивчення лінійчатих спектрів випромінювання

1. Мета роботи

Вивчення спектральних закономірностей випромінювання розрідженими двоатомними газами.

2. Теоретичні відомості.

Атоми усіх хімічних елементів складаються з позитивно заряджених ядер, в яких зосереджена майже вся маса атома, та електронів. Сумарний від’ємний заряд електронів рівний додатному заряду ядра.

Електрони в атомах можуть мати тільки визначенні значення енергії. Ці значення при графічному зображенні позначаються як енергетичні рівні атома. Найнижчий рівень відповідає основному стану атома, а більш високий – збудженому. Кожен енергетичний рівень атома характеризується головним квантовим числом n, яке може приймати значення послідовного ряду чисел:n= 1, 2, 3,…

Випромінювання та поглинання енергії атомами відбувається при їхніх переходах з одного енергетичного рівня на інший, тобто дискретно. Енергія поглинутого або випроміненого кванта при цьому:

де h=6.626·10^-34Дж·с – стала Планка,v– частота, аЕ₁таЕ₂– енергії стаціонарних рівнів.

При отриманні ззовні енергії (нагрівання, опромінювання, бомбардування частинками тощо) атоми, поглинаючи кванти енергії, переходять у збуджені стани. Потім вони можуть повернутися на більш низькі енергетичні рівні, випускаючи при цьому енергію.

Випромінювання можна розкласти у спектр за допомогою призми або дифракційної гратки. Розжарені тверді та рідкі тіла дають світло, при розкладанні якого отримують суцільнийспектр, що має вигляд кольорової смуги з неперервним переходом одного спектрального кольору в інший (рис. 1).

Рис. 1. Суцільний спектр видимого випромінювання [http://uk.wikipedia.org/wiki/Файл:Spectrum_roygbiv.jpg].

Спектр молекул газу або пару складається з окремих смуг, чітких з одного краю і розмитих з іншого. Такий спектр називається смугастим. Ці смуги утворені великою кількістю близько розташованих вузьких ліній (рис. 2).

Рис. 2. Смугастий спектр азоту[http://uk.wikipedia.org/wiki/Файл:Nitrogen.Spectrum.Vis.jpg].

Гази і пари, що складаються із окремих атомів дають так звані лінійчатіспектри у вигляді окремих ліній.

При проходження білого світла через гази в останніх відбувається поглинання тих довжин хвиль, які присутні в спектрі випромінювання цих газів. Лінійчаті спектри поглинання складаються з окремих темних ліній, розташованих на фоні суцільного спектру. Ці темні лінії відповідають поглинутим довжинам хвиль атомами (рис. 3).

Кожен хімічний елемент має характерний для нього лінійчатий спектр (рис. 4). Тому вивчення спектрів є важливим методом дослідження складу речовини. По яскравості спектральних ліній можна також оцінити відсоткове співвідношення окремих елементів у складі речовини.

Рис. 3. Лінійчатий сонячний спектр поглинання із чіткими фраунгоферовими лініями [http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fraunhofer_lines_DE.svg].

Рис. 4. Лінійчатий спектр випромінювання водню [http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Emission_spectrum-H.png].

Лінії в спектрі атомів об’єднуються у групи, які називаються спектральними серіями. В одній і тій же серії лінії зближуються в сторону більш коротких довжин хвиль і мають деяку границю, біля якої іони розташовуються дуже щільно аж до злиття одна з одною.

У спектрі атома водню спостерігаються наступні серії ліній: