Описание экспериментальной установки

Изучение спектров испускания и поглощения света телами производится в данной работе с помощью универсального монохроматора УМ-2. Его схема представлена на рис.3.

Рис.3. Схема монохроматора УМ-2

Свет от исследуемого источника 1 падает на входную щель 2 монохроматора. Так как щель лежит в фокальной плоскости линзы 3, то из последней выходит параллельный пучок света, который направляется на диспергирующую призму 4. После призмы лучи, имеющие различную длину волны, идут параллельными пучками по разным направлениям, поскольку показатели преломления вещества призмы для света разной длиной волны различны. В фокальной плоскости объектива 5 при этом возникает ряд изображений щели, окрашенных в различные цвета (спектр). Эти изображения рассматриваются через окуляр 6, в поле зрения которого находится указатель в виде стрелки. При повороте барабана 7 диспергирующая призма 4 поворачивается, и наблюдаемый спектр перемещается в поле зрения окуляра в ту или иную сторону. На барабане нанесена шкала, позволяющая определять его положение в угловых градусах.

Для определения положения линий в наблюдаемом спектре вращением барабана поворачивают призму до тех пор, пока нужная линия не совместится с указателем. После этого производится отчет N по шкале барабана. Длину волны λ спектральной линии находят по градуировочному графику монохроматора, выражающему зависимость N от λ. (Градуировка монохроматора произведена по спектру излучения ртутной лампы, имеющей в видимой области достаточно большое число спектральных линий с известной длиной волны). В качестве источников света в работе используются осветитель ОИ-19 с лампой накаливания и газоразрядные трубки, заполненные инертными газами при низком давлении. Газоразрядная трубка подключается к вторичной обмотке повышающего трансформатора, называемого катушкой Румкорфа. Его первичная обмотка через молоточковый прерыватель присоединяется к источнику постоянного напряжения 12-15 В. Спектральная трубка размещается непосредственно перед щелью монохроматора так, чтобы её средняя часть была параллельна щели.

При наблюдении спектров поглощения источником света служит осветитель ОИ-19 с лампой накаливания, а исследуемые образцы размещаются перед входной щелью монохроматора.

Измерения и обработка результатов

Упражнение 1. Изучение спектра излучения лампы накаливания.

Пронаблюдайте с помощью монохроматора спектр излучения лампы накаливания, используя в качестве источника света осветитель ОИ-19. Определите границы ( и ) спектральных интервалов, которые соответствуют лучам разной цветности в наблюдаемом спектре излучения. (Естественно, что четких границ не существует, их положение является в определенной степени условным, зависящим от зрительного восприятия цветовых оттенков наблюдателем).

Результаты измерений сведите в табл. 1.

Таблица 1

Цветность лучей	, угл. град.	, угл. град	Интервал длин волн ÷ , нм
Красные
Оранжевые
Желтые
Зеленые
Голубые
Синие
Фиолетовые

Используя цветные фломастеры, изобразите исследуемый спектр вдоль равномерной горизонтально расположенной оси значений λ (см. рис. 2).

Упражнение 2. Изучение спектра излучения атомарного газа.

Установите перед входной щелью монохроматора газоразрядную трубку с атомарным газом (гелием или криптоном). Попросите преподавателя или лаборанта включить источник высокого напряжения, обеспечивающий протекание электрического разряда внутри трубки, сопровождаемого свечением газа.

Пронаблюдайте спектр излучения атомов исследуемого газа. Определите длины волн наблюдаемых спектральных линий. Результаты измерений запишите в табл. 2.

Таблица 2

Цвет линии	угл. град.	λ, нм

Используя цветные фломастеры, изобразите исследуемый спектр излучения на рисунке. Как соотносится спектр излучения атомов исследуемого газа со спектрами, представленными на рис. 2 для атомов других веществ?

Упражнение 3. Изучение спектров поглощения.

Осветите входную щель монохроматора лампой накаливания. Убедитесь, что в поле зрения окуляра монохроматора наблюдается достаточно яркий сплошной спектр. Установите в световой пучок исследуемый образец (светофильтр, кювету с раствором фуксина, марганцевокислого калия или другой жидкостью в соответствии с заданием преподавателя).

Определите спектральные интервалы, которые соответствуют наиболее эффективному поглощению света исследуемым веществом.

Отразите рисунком характер спектра поглощения для каждого исследованного вещества. Для этого на фоне сплошного спектра выделите черным цветом области эффективного поглощения.